车辆电子控制技第2课--线控转向-PPT文档资料

车辆电子控制技术讲授内容：第九章转向控制（第2课）主讲人：鲁植雄教授《车辆电子控制技术》课件2020年3月15日星期日Email：luzxnjau.eduQQ：1607357229车辆电子控制技术22020年3月15日星期日本章内容安排第九章转向控制第1课电动助力转向控制第2课线控转向第3课四轮转向控制车辆电子控制技术32020年3月15日星期日一、线控转向系统的功用二、线控转向系统的组成三、线控转向系统的工作原理四、线控转向系统的结构特点五、对硬件的功能要求六、线控转向系统所需模块七、线控转向系统的统控制策略本节课的主要内容第2课线控转向第九章转向控制车辆电子控制技术42020年3月15日星期日汽车线控转向系统（SteeringByWireSystem，简写SBW）取消了转向盘与转向轮之间的机械连接，完全摆脱了传统转向系统的各种限制，不但可以给自由设计汽车转向的力传递特性，而且可以设计汽车转向的角传递特性，给汽车转向特性的设计带来无限的空间，是汽车转向系统的重大革新。汽车线控转向系统是汽车转向方面最为先进和最前沿的技术之一。第一，满足了汽车智能化发展的需要。汽车智能化一直是人们追求的目标，线控转向系统的转向控制单元可以接受汽车上其他传感器的信号，这样它就可以知道整个汽车的运动状态，当出现紧急或意外情况时，线控转向系统就能够在驾驶员之前开始采取相应的动作以避免意外事故的发生。一、线控转向系统的功用第2课线控转向第九章转向控制车辆电子控制技术52020年3月15日星期日第二，提高了汽车的操纵稳定性。在前轮转向控制方面可以实现传动比的任意设置，并对车速变化的参数进行补偿，使汽车转向特性不随车速变化。从而将传统人-车闭环系统中驾驶员负担的部分工作由控制器完成，减轻驾驶员的负担，提高了汽车系统对驾驶员转向输入的响应和人-车闭环系统的主动安全性。线控转向系统可以通过前轮转向的控制，实现直接横摆力矩控制(DirectYawMomentControl，DYC)系统的功能，达到更为理想的效果，且可以与其他主动安全设备，如汽车防抱死制动系统(ABS)、汽车动力学控制、防碰撞、单个车轮转向、轨道跟踪、自动侧向导航以及自动驾驶等功能相结合，从而实现对汽车的整体控制，提高汽车整体稳定性。一、线控转向系统的功用第2课线控转向第九章转向控制车辆电子控制技术62020年3月15日星期日第三，改善驾驶员的路感。由于转向盘和转向车轮之间无机械连接，驾驶员“路感”通过模拟生成。在回正力矩控制方面可以从信号中提出最能够反映汽车实际行驶状态和路面状况的信息，作为转向盘回正力矩的控制变量，使转向盘仅仅向驾驶员提供有用信息，从而为驾驶员提供更为真实的“路感”。一、线控转向系统的功用第2课线控转向第九章转向控制车辆电子控制技术72020年3月15日星期日汽车线控转向系统结构如图4．32所示，可以分为以下几个主要部分：转向盘系统、电子控制单元(ECU)、转向执行系统以及自动防故障系统、电源等辅助系统。二、线控转向系统的组成第2课线控转向第九章转向控制车辆电子控制技术82020年3月15日星期日二、线控转向系统的组成第2课线控转向第九章转向控制车辆电子控制技术92020年3月15日星期日1．转向盘系统转向盘系统包括转向盘、转向盘转角传感器、转矩传感器、路感电动机。转向盘系统的主要功能是将驾驶员的转向意图(通过测量转向盘转角)转换成数字信号，并传递给电子控制单元；同时接受电子控制单元送来的力矩信号，产生转向盘回正力矩，以提供给驾驶员相应的路感信息。2．转向执行系统转向执行系统包括前轮转角传感器、转向电动机、转向电动机控制器和前轮转向组件等。转向执行系统的功能是接受电子控制单元的命令，通过转向电动机控制转向车轮转动，实现驾驶员的转向意图。二、线控转向系统的组成第2课线控转向第九章转向控制车辆电子控制技术102020年3月15日星期日3．电子控制单元电子控制单元对采集的信号进行分析处理，判别汽车的运动状态，向转向盘路感电动机和转向电动机发送指令，控制两个电动机的工作，保证各种工况下都具有理想的汽车响应，以减少驾驶员对汽车转向特性随车速变化的补偿任务，减轻驾驶员负担。同时控制单元还可以对驾驶员的操作指令进行识别，判定在当前状态下驾驶员的转向操作是否合理。当汽车处于非稳定状态或驾驶员发出错误指令时，电子转向系统会将驾驶员错误的转向操作屏蔽，而自动进行稳定控制，使汽车尽快地恢复到稳定状态。二、线控转向系统的组成第2课线控转向第九章转向控制车辆电子控制技术112020年3月15日星期日4．自动防故障系统自动防故障系统是线控转向系统的重要模块，它包括一系列的监控和实施算法，针对不同的故障形式和故障等级做出相应的处理，以求最大限度的保持汽车正常行驶。作为应用最广泛的交通工具之一，汽车的安全性是必须首先考虑的因素，是一切研究的基础，因而故障的自动检测和自动处理是电子转向系统最重要的组成系统之一。它采用严密的故障检测和处理逻辑，以更大地提高汽车安全性能。二、线控转向系统的组成第2课线控转向第九章转向控制车辆电子控制技术122020年3月15日星期日5．电源系统电源系统承担着控制单元、两个转向电动机以及其他车用电器的供电任务，其中仪前轮转角转向电动机的最大功率就有500～800W，加上汽车上的其他电子设备，电源的负担已经相当沉重。所以要保证电网在大负荷下稳定工作，电源的性能就显得十分重要。在42V供电系统中这个问题将得到圆满的解决。二、线控转向系统的组成第2课线控转向第九章转向控制车辆电子控制技术132020年3月15日星期日汽车线控转向类型：分别调节式、整体调节式。分别调节式指两个转向轮各有一个计算机控制独立驱动的轮毂电动机分别安装在汽车轮毂内，省略传统汽车复杂的机械传动系统，机构简单，最大限度地缩短动力传输路线，从而有效地实现了节能。整体调节式指保留原有的机械传动机构，由一个计算机控制下的转向电动机作为动力源。由于整体调节式具有对传统结构的继承性好、结构简单、控制方便等特点，因此主要介绍整体调节式线控转向系统。二、线控转向系统的组成第2课线控转向第九章转向控制线控转向系统整体调节式结构示意图车辆电子控制技术142020年3月15日星期日当转向盘转动时，转矩传感器和转向角传感器将测量到的驾驶员转矩和转向盘的转角转变成电信号输入到电子控制单元，电子控制单元依据车速传感器和安装在转向传动机构上的位移传感器的信号来控制转矩反馈电动机的旋转方向，并根据转向力模拟、生成反馈转矩，控制转向电动机的旋转方向、转矩大小和旋转的角度，通过机械转向装置控制转向轮的转向位置，使汽车沿着驾驶员所期望的轨迹行驶。三、线控转向系统的工作原理第2课线控转向第九章转向控制汽车线控转向系统的工作原理图车辆电子控制技术152020年3月15日星期日汽车线控转向系统与其他转向系统相比，具有以下结构特点：(1)取消了转向盘和转向车轮之间的机械连接，通过软件协调它们之间的运动关系，因而取消了它们之间的机械约束和干涉，使之可以相对独立运动，因而可以实现传动比的任意设置，可以根据车速和驾驶员喜好通过程序根据汽车的行驶工况实时设置传动比。同时还可以从信号中提出最能够反映汽车行驶状态的信息，作为转向盘回正力矩的控制变量，使转向盘仅仅提供驾驶员有用信息，以减轻驾驶员的体力和脑力负荷，提高“人-车闭环系统”对道路的跟踪特性。同时由于减少了机构部件数量，而减少了从执行机构到转向车轮之问的传递过程，使系统惯性、系统摩擦和传动部件之间的总间隙都得以降低，从而使系统的响应速度和响应的准确性得以提高。四、线控转向系统的结构特点第2课线控转向第九章转向控制车辆电子控制技术162020年3月15日星期日(2)线控转向系统采用了软件控制，因而可以把转向系统与其他主动安全设备如防抱死制动系统、汽车动力学控制、防碰撞、轨道跟踪、自动导航以及自动驾驶等功能相结合，实现对汽车的整体控制，提高汽车整体稳定性，且实现了ITS中的汽车辅助转向功能。(3)线控转向系统在实现上述操作性能上的突破的同时也带来了可观的经济性和环境效益。四、线控转向系统的结构特点第2课线控转向第九章转向控制车辆电子控制技术172020年3月15日星期日(4)线控转向系统是通过一个通用的执行器来调整转向的。要对汽车转向的动力性进行调整，必须使用一个转角传感器，这并不影响转向盘对车轮的快速调整。另一方面，一个力矩传感器也是必须的，它将对汽车转向的调整和自动驾驶起重要作用。因此，驾驶员通过提供到转向盘的力矩知道正确的方向，并通过进一步的引导控制系统来进行评估。(5)与“电子驾驶”和“电子停车”一起，提供了把它们实际化的条件，并且把动力性和汽车控制统一到一个系统中。(6)对汽车生产商的好处。传统转向系统中转向柱安装要求提供足够的空间(左手或右手驾驶)，而线控转向严格地控制了转向柱在发动机间隔内的自由度，表明了机械式的转向柱不能很好地利用发动机的空间。四、线控转向系统的结构特点第2课线控转向第九章转向控制车辆电子控制技术182020年3月15日星期日1.良好的操纵性转向必须灵活、平顺，具有良好的随动性，能够安全行驶在狭窄、连续拐弯的弯道上。能够实现驾驶员对汽车的有效控制，合理的使用辅助转向系统，切实减轻驾驶员负担，使汽车获得良好的转向响应特性，使整车在操纵、安全等方面的性能达到最优。五、对硬件的功能要求第2课线控转向第九章转向控制车辆电子控制技术192020年3月15日星期日2.合适的转向力与路感汽车在不同速度条件下，转动转向盘的力矩应该不同，线控转向系统能满足在停车或者低速条件下，转动转向盘不太费力，而在高速行驶时又不能因转向力过小而产生“发飘”的感觉。即：转向盘力矩的大小可以随车速变化而变化，能使驾驶员清楚的感觉到转向过程中转向盘偏离“中间转向区”的位置大小，以满足汽车好的直线行驶稳定性以及高速行驶时的“路感”，在进行转向操作后，转向盘要能适当的自动回止到直线行驶状态，回正过程要求平稳，残留角速度应尽可能小，从路面上传来的冲击应该能够模拟传递到转向盘上，使驾驶员能获得真实的路面“路感”信息，对无效的转向冲击予以屏蔽，使驾驶员感觉舒适。五、对硬件的功能要求第2课线控转向第九章转向控制车辆电子控制技术202020年3月15日星期日3.电子系统灵敏的响应特性与较好的可靠性由于线控转向系统取消了转向柱与转向盘之间的机械连接，能够实现通过电线、信号及微型计算机控制的转向任务，因此，必须保证线控转向系统对驾驶员的指令反应迅速，响应准确、及时，保证线控转向系统在任何复杂工况下均能安全、可靠的工作，当电线、信号及微型计算机控制的转向系统失效时，能及时发现错误，使驾驶员能够有效控制汽车，在电子系统失效的情况下，应该有预警功能及迅速处理功能，从而使汽车处于驾驶员的有效控制之下。五、对硬件的功能要求第2课线控转向第九章转向控制车辆电子控制技术212020年3月15日星期日要满足上述功能要求，必须要使线控转向系统具有与之相对应的硬件结构。线控转向系统要满足其功能应该包括的硬件和模块有：微型计算机和单片机、转向电动机、电磁施力器、容错设施(设备)、传感器、电源及有效的通信子系统等，通过这些硬件和软件的协调合作来实现线控转向系统功能。六、线控转向系统所需模块第2课线控转向第九章转向控制车辆电子控制技术222020年3月15日星期日1.主控制器模块作用：对传感器采集的输入信号进行处理、形成决策，并输出相应的信号对输入信号进行响应。对于线控转向系统来讲，主控制器除了对各传感器采集的信号进行分析处理、向转向执行模块和系统反馈模块发送指令、减少驾驶员所进行的补偿任务外，还要进行驾驶模式的识别，当驾驶员的转向操作指令出现错误时，能及时屏蔽错误指令，自动进行稳定控制，当线控转向系统出现故障时，及时、准确采取措施进行补救，使汽车运行状态稳定。六、线控转向系统所需模块第2课线控转向第九章转向控制车辆电子控制技术232020年3月15日星期日主控制器主要对各传感器(包