第1章汽车行驶安全性控制系统

汽车电子控制技术（下）主讲：赵迎生第一章汽车行驶安全性控制系统教学目的及要求：第一章汽车行驶安全性控制系统电子控制系统概述第一章汽车行驶安全性控制系统人车路第一章汽车行驶安全性控制系统车路第一章汽车行驶安全性控制系统“无人驾驶车辆穿越欧亚大陆项目”是一次具有历史性意义的前沿实验。一支包括4辆无人驾驶车、7辆后勤和技术保障车在内的11辆越野车队，自7月20日从意大利始发，循着当年马可·波罗的旅行路线。在3个月的行程中，车辆满载着意大利最新科技成果，经过塞尔维亚、匈牙利、乌克兰、俄罗斯、哈萨克斯坦等国，最后进入中国边境。行进过程中，两辆车编为一组，第一辆车由人驾驶，在驶过许多没有地图的地区时，通过GPS导航系统，向第二辆车报告定位。由此，第二辆无人驾驶的车可以找到车道位置，避开可能遇到的障碍。该项目研究负责人、来自意大利帕尔马大学的阿尔贝托·伯洛奇教授介绍说，每辆汽车都配备有传感器、监测系统、太阳能接收板和控制软件，12个精密传感器可以让车辆在各种不同类型的交通、天气和道路状况下安全行驶。第一章汽车行驶安全性控制系统第一章汽车行驶安全性控制系统汽车电子技术发展的社会背景：安全、节能、环保汽车的安全性是人类社会的一大祸害，车辆的制动安全性、驱动安全性与行驶安全性是道路交通安全事故的三大主要根源。全世界每年由于交通事故死亡约50万人，排在人类死亡原因的第10位；我国目前每年因交通事故死亡占全国总死亡人数的1.5%，约每年10万人。为此，科技人员从汽车的主动安全性和被动安全性两个方面着手，设计了防滑控制系统、车辆姿态控制系统、智能防撞预警与应急保护系统、碰撞后的保护系统等一系列电子控制装置。当今世界汽车业正处于技术大变革、产业大调整时代。这一时代的主题是汽车的安全、节能、环保。而贯穿这一时代的主线是汽车的电子化、电气化、电脑化。汽车电子：汽车新技术革命的核心汽车电子是现代汽车技术发展的最主要驱动力。无论是燃油汽车、燃气汽车、还是电动汽车、智能汽车，汽车电子都是它们的共性关键技术。汽车工业是使用微处理器最多的工业。汽车电子占整车成本的比例在90年代达到25－30％，未来将达到30％～50％。汽车电子的发展有力促进了信息产业发展。汽车电子系统的基本框架SmartSensorAnalogDigital高实时性要求发动机5000rpm，1°CA用时约33μs(波音747客机1000km/h飞行，33μs飞过9mm)高控制精度要求动力性、经济性、排放、安全性直接受控制精度影响高可靠性要求温度变化范围-40℃~125℃200km/h高速移动和剧烈震动DC/DC变换器、电机带来的强烈电磁干扰低成本、高产量要求市场对价格的敏感性适合大批量生产汽车电子控制系统的难点（1）第一阶段(1965－1980)：部件层次分立式半导体元件开始用于汽车交流发电机整流器、起动电机、转速表等。主要集中于个别部件的开发；（2）第二阶段(1980－1995)：子系统层次采用微处理器及单片机用来完成信息的检测和处理，使得控制系统具有了数字化和智能化的特征。典型的系统有发动机控制系统、自动变速箱控制系统、汽车防抱死制动系统、电子悬架控制系统、空调控制系统等。汽车电子系统发展的三个阶段（3）第三阶段(1995-)：集成网络化层次采用先进的微电子技术，车载网络技术，集成智能功率器件、智能传感器、大容量EEPROM或者FLASHROM、专用集成电路等，形成了车上的分布式、网络化的电子控制系统。例如动力系统（Powertrain)综合控制，集成了发动机和变速箱的综合控制(Drive-by-Wire)；驾驶和悬架综合控制系统(Steering-by-Wire)；主被动安全控制系统（Brake-by-Wire)；整个车被联成一个多ECU、多节点的有机的整体，使得其性能也更加完善。四层网络结构网络层次的发展整车分布式控制系统SteeringModule68HC08AZSteeringAngleSensor68HC908AZ60ElectronicThrottleAudioModule68HC08AZClimateControl68376DriverInformation68HC08AZUpperElectricalModule68HC08AZSunroof33290LightSwitch33290RearElectronicModule68HC08AZDoorModulex468HC08AZPowerSeat68HC08AZGSMPhone68HC08AZMUXGateway68376车身电子网络构成汽车电子控制子系统•发动机电子控制；•变速器电子控制；•悬架电子控制；•转向系统电子控制；•制动（ABS)电子控制；•气囊和安全带控制；•车身电子控制•智能汽车电子技术•电动汽车发动机电子控制点火提前角控制电磁气门ExhaustGasRecirculation控制柴油机燃油喷射系统电控共轨喷射发动机变速器电子控制悬架电子控制制动（ABS）电子控制汽车防抱制动系统ABSR电液执行器轮速传感器电控单元转向系统电子控制安全气袋ECU系统研究了安全气袋匹配的原理，技术；研制开发的HCQ-2智能型ECU应用了先进的电容式传感器和全数字化硬件，自行开发了移动窗式和神经网络算法等先进的控制算法软件，拥有自主的知识产权；运用模拟计算和台车试验等先进手段，减少了匹配气袋所需的实车碰撞试验次数，缩短了匹配周期；完成了TRW、GM公司委托的气袋模拟计算项目拥有自主的知识产权的安全气袋ECU系统过台阶过坑槽路面过凸块扭曲路面过大鹅卵石路面过石块路面(甲，乙，丙)过小波扭曲路面050100150200250300acce,g图3汽车上110mm台阶波形time,ms图1减速带剖面图LHCAB图2坑槽路面示意图防止气袋误爆-路面干扰试验过台阶过坑槽路面过凸块扭曲路面过石块路面(甲，乙，丙)过小波扭曲路面过减速带过大鹅卵石路面车身电子控制座椅控制系统xy123M按钮单片机SNESORECUACTATOR汽车主动安全性控制技术系统特点：行使环境感知：单光束扫描式雷达测距系统及信息融合安全状态辨识：基于驾驶员模型的行驶安全模式辨识车辆运动控制：具有主动避撞功能的自适应巡航轮胎电子控制利用现代信息、控制技术将车辆--道路--使用者紧密结合，以解决汽车交通事故、堵塞、污染及能源消耗等问题为目标的智能化车辆交通系统智能汽车与智能交通系统N智能汽车电子系统时间电功率传统内燃机汽车2kw大功率输出5kw传统汽车最小混合动力系统，10kw一体化起动机/发电机轻度混合功率辅助混合动力系统，20~40kw功率混合燃料电池或类似电动汽车的混合动力系统，70kw能量混合电力电子与电气化发展趋势N汽车状态收集器信息显示器燃料电池超级电容蓄电池管理系统主DC/DC电机驱动控制单元整车控制器CAN网络J1939E电动汽车分布式控制系统32bitECUOSEK/Linux软件平台P=1.2kWU=24Vn=6000rpm同步磁阻永磁电机基于起动机/发电机一体化的混合动力基本装置（IntegratedStarter/Alternator—ISA）基于起动机/发电机一体化的混合动力RearviewofISASideviewofISAN第一章汽车行驶安全性控制系统电子控制系统的一般组成第一章汽车行驶安全性控制系统控制系统的分类：1.按控制系统有无反馈环节分类2.按输入量变化的规律来分类3.按系统传输信号对时间的关系分类4.按系统输出量和输入量的关系分类5.简化的汽车电子控制系统模型第一章汽车行驶安全性控制系统1.按控制系统有无反馈环节分类(1)开环控制系统若系统的输出量对系统的控制作用不产生影响(即无检测反馈单元)，则称为开环控制系统。(2)闭环控制系统系统的输出通过检测反馈单元返回来作用于控制部分，形成闭合回路，这种控制系统就称为闭环控制系统，又称为反馈控制系统。第一章汽车行驶安全性控制系统2.按输入量变化的规律来分类(1)恒值控制系统恒值控制系统的特点是，系统的输入量是恒值，并要求系统的输出量相应地保持恒定值。(2)随动控制系统随动控制系统的特点是，输入量是变化的(有时是随机的)，并且要求系统的输出量能跟随输入量的变化而作出相应的变化，故随动系统又称为伺服系统或跟踪系统。(3)过程控制系统该系统的输出量是按给定的时间函数实现控制的。第一章汽车行驶安全性控制系统3.按系统传输信号对时间的关系分类(1)连续控制系统连续控制系统的特点是，控制作用的信号是连续量或模拟量。(2)离散控制系统又称采样控制系统。第一章汽车行驶安全性控制系统4.按系统输出量和输入量的关系分类(1)线性系统线性系统的特点是，系统的输出量和输入量的关系是线性的，它的各个环节或系统都可以用线性微分方程来描述，可以应用叠加原理和拉氏变换解决线性系统中的问题。(2)非线性系统非线性系统的特点是，其中的一些环节具有非线性性质(例如出现饱和死区、滞环等)。第一章汽车行驶安全性控制系统5.简化的汽车电子控制系统模型第一章汽车行驶安全性控制系统插入电子控制系统视频车轮滚动的三种情况：（还有转向）自由滚动、加制动力矩的滚动、加驱动力矩的滚动第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）ABS/ASR引言第四章底盘电子控制系统第一节汽车防滑控制系统第四章底盘电子控制系统第一节汽车防滑控制系统制动过程中车轮的三种运动状态第一阶段：纯滚动，路面印痕与胎面花纹基本一致车速V=轮速Vω第四章底盘电子控制系统第一节汽车防滑控制系统第二阶段：边滚边滑，路面印痕可以辨认出轮胎花纹，但花纹逐渐模糊。车速V＞轮速Vω第四章底盘电子控制系统第一节汽车防滑控制系统第三阶段：抱死拖滑，路面印痕粗黑。轮速Vω=0第四章底盘电子控制系统实验证明：弹性轮胎与地面之间的附着系数与滑转率有关。第一节汽车防滑控制系统第四章底盘电子控制系统第一节汽车防滑控制系统第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）ABS-AntilockBrakingSystem(防抱死制动系统）ASR-AccelerationSlipRegulation(驱动防滑系统）一、ABS的作用1.ABS的作用汽车的最大制动力取决于地面附着力：F≤FΦ附着力分为纵向附着力和侧向附着力。在汽车制动过程中，纵向附着力决定汽车的纵向运动，影响汽车的制动距离；侧向附着力决定汽车的侧向运动，影响汽车的方向稳定性和转向操纵能力。附着力FΦ=FZ·Φ，影响附着系数的因素除了路面和轮胎以外，还有车轮滑移率。第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）车轮滑移率是指实际车速V与车轮速度VW之差同实际车速的比值：S=S=0，纯滚动；S=100%，纯滑动；S=0～100%，边滚边滑。影响车轮滑移率的因素包括以下几个方面：①汽车的载质量②前、后轴的载荷分布情况；③轮胎种类及轮胎与道路的附着状况；④路面种类和路面状况；⑤制动力大小及其增长速率。%1001%1001%100wwvrvvvvv第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）滑移率与附着系数之间的关系：①附着系数取决于路面性质。②在各种路面上，附着系数都随滑移率的变化而变化。③在各种路面上，当滑移率为20%左右时，纵向附着系数最大，制动效果最好。附着系数与滑移率的关系(虚线与实线标注的上下顺序一一对应)φB—纵向附着系数；φS—横向附着系数；S—滑移率第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）干燥硬实路面上的滑移率与附着系数的关系：纵向附着系数最大时的滑移率称为理想滑移率或最佳滑移率。车轮抱死时，纵向附着系数变小，使制动距离变长。车轮抱死时，横向附着系数趋于零，汽车将失去方向稳定性和转向控制能力。如果前轮抱死，虽然汽车能沿直线向前行驶，但是失去转向控制能力。如果后轮抱死，汽车制动时在横向外力的作用下就会发生侧滑(甩尾)，甚至出现调头等危险现象。为了获得最佳制动性能，应