第十四章 汽車新型電子控制系統(tǒng)

1、第第14章章 汽車新型電子控制系統(tǒng)介紹汽車新型電子控制系統(tǒng)介紹1.車載導航系統(tǒng)車載導航系統(tǒng) 2.整車綜合控制系統(tǒng)整車綜合控制系統(tǒng) 3.汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（VSC）4.汽車線控技術汽車線控技術5.數(shù)字化革命數(shù)字化革命 車載導航系統(tǒng)車載導航系統(tǒng)簡單地說就是車載導航的受信系統(tǒng)受信系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過全球定位系統(tǒng)（GPSGPS）天線）天線，接受從人造衛(wèi)星人造衛(wèi)星傳來的電波電波，經計測速度回轉儀對車速車速的計算，解析出目前自己所處的位置的數(shù)據(jù)所處的位置的數(shù)據(jù)，由收錄了地圖的只讀式緊湊光盤（CD-ROM）進行檢索回原，最終在顯示屏中顯示車輛所處的位置、周圍的道路交通路況、到達目的地的最佳線

2、路以及通常情況下所需要的時間。該系統(tǒng)可通過語言應答裝置來模仿人的聲音，及時地給駕駛者提供左右轉彎及路名等語音指示。 第一節(jié)第一節(jié) 車載導航系統(tǒng)車載導航系統(tǒng) 車載導航系統(tǒng)必須滿足以下要求：車載導航系統(tǒng)必須滿足以下要求： 系統(tǒng)能夠在90%的行程時間內確定車輛當前位置，與實際位置偏差小于小于20m； 系統(tǒng)能夠將車輛當前位置轉換為地圖坐標地圖坐標，且轉換到最吻合的路段位置； 系統(tǒng)能將車輛當前位置顯示在地圖上，并能讓駕駛者看到駕駛者看到； 系統(tǒng)能夠接受旅行目的地請求，并給出到達目的地的最佳路線最佳路線； 系統(tǒng)能根據(jù)整個規(guī)劃路線的相關方向的行駛指令輸出語音和視語音和視覺指示覺指示； 系統(tǒng)能確定車輛是否“偏

3、離路線”即偏離規(guī)劃路段；1.系統(tǒng)能從當前錯誤位置開始重新規(guī)劃路線重新規(guī)劃路線來糾正“偏離路線”狀態(tài)。 車載導航系統(tǒng)的組成和布置車載導航系統(tǒng)的組成和布置圖14-1車載導航系統(tǒng)的組成和布置1LCD顯示板2導航ECU3車輪轉速傳感器4GPS天線接收5車速傳感器6轉向角傳感器7地磁傳感器8GPS接收天線9GPS接收器10CD-ROM圖14-2 道路地圖數(shù)據(jù)示意圖a） 根據(jù)地形數(shù)據(jù)的作圖 b） 屬性數(shù)據(jù)一、道路地圖數(shù)據(jù)一、道路地圖數(shù)據(jù) 按一定比例劃分成按一定比例劃分成若干區(qū)域若干區(qū)域 以航空測量出的地形以航空測量出的地形道路圖為基礎道路圖為基礎 圖14-3 CD-ROM數(shù)據(jù)庫a）描繪數(shù)據(jù)組成 b）地圖描

4、繪之例（1/20 000） c）CD-ROM數(shù)據(jù)庫二、汽車導航傳感器二、汽車導航傳感器 1、地磁傳感器、地磁傳感器圖14-4 地磁傳感器a） 外形 b） 勵磁狀態(tài) c） 附加與線圈相平行的外磁場時 d） 附加與線圈成45的外磁場時高導磁性鈹鉬合金 圖14-5地磁傳感器的方位輸出2、陀螺羅盤、陀螺羅盤 高速旋轉體的旋轉軸，在不加外力的情況下總是要保持一定方向。但若是施以外力，則將引起與其正交軸的旋轉運動。利用這個性質利用這個性質，可對空間物體的姿勢（側傾、姿勢（側傾、縱向傾斜、偏轉等）或速度進行檢測縱向傾斜、偏轉等）或速度進行檢測。它常用于船舶和飛機等的自動操縱自動操縱和搖動穩(wěn)定性控制裝置搖動穩(wěn)

5、定性控制裝置上上。為了知道汽車的前進方向和方位，作為汽車用陀螺羅盤，常見的有以下兩種兩種 :振動陀螺振動陀螺 是對振動板附加角速度振動板附加角速度時，測定作用在與振動相垂直方向上的哥氏力哥氏力，來求角速度角速度的方式。 圖14-6 振動陀螺a） 外形 b） 原理 c） 信號處理 d）輸出特性光纖維陀螺光纖維陀螺 圖14-7 光纖維陀螺a） 原理 b） 相位調制方式電路圖14-7所示為光纖維陀螺的原理及相位調制方式電路。3、氣體速率陀螺儀、氣體速率陀螺儀 基本原理：基本原理：對噴嘴噴射的氦氣流施以角速度時，氣流由于慣性而彎曲。 圖14-8 氣體速率陀螺儀a） 結構 b） 原理圖14-9 GPSa

6、） 衛(wèi)星軌道 b） 測定原理 GPS系統(tǒng)是在地球的上空20183km處的6個軌道面?zhèn)€軌道面上，按等間隔分別布置3個個，計18個軌道衛(wèi)星個軌道衛(wèi)星。無論在地球的何處，總是能夠接收到來自4個衛(wèi)星的電波個衛(wèi)星的電波。軌道面與赤道成55，各衛(wèi)星在1天內圍繞地球回轉2圈。到1992年，計劃布置包括備用在內共2121個個GPSGPS衛(wèi)星衛(wèi)星。 GPS是通過測量從人造衛(wèi)星發(fā)射的無線電電波到達地面的時間，來計算衛(wèi)星與地面的距離，從而確定位置的一種系統(tǒng)。 4、GPS5、信標、信標 電波式電波式和光式光式兩種。建設正在開發(fā)的電波信標，用2.5GHz頻帶的微微電波電波，現(xiàn)正在開發(fā)的光信標，用波長波長850mm的紅外

7、線進行通信。安裝在交叉點附近的道路標識柱或信號器等處，備有接收裝置的汽車通過其附近時，接收電波或光信號接收電波或光信號。來自信標的信息是屬于點式信息點式信息，但也可以用于推測導航法的誤差補償誤差補償上。 三、地圖微調導航法三、地圖微調導航法 在汽車位置推測導航法中，對由于方位沒定的誤差方位沒定的誤差、各種傳各種傳感器的誤差感器的誤差、道路地圖與實際道路之間的不重合道路地圖與實際道路之間的不重合等而引起的累積誤差需要及時補償。所謂地圖微調地圖微調，是指將通過推測導航法得到行駛軌跡與畫面上顯示的道路地圖上的道路形狀相比較。認為在形狀上以最高的概率相一致的地圖上的道路上，自動修正自車位置的功能。圖1

8、4-10 地圖微調a） 車輛位置修正 b） 多經路追跡 c）距離偏差補償車輛位置修正車輛位置修正 多經路追跡多經路追跡 距離偏差補償距離偏差補償 第二節(jié)第二節(jié) 整車綜合控制系統(tǒng)整車綜合控制系統(tǒng) 底盤底盤和車身車身的綜合控制系統(tǒng)綜合控制系統(tǒng)電子穩(wěn)定程序控制系統(tǒng)主動式車身狀態(tài)控制系統(tǒng)自適應巡航控制系統(tǒng)駕駛員智能支持系統(tǒng)在汽車行駛過程中，不斷受到橫向和縱向的作用力。當橫向力橫向力（側向力）超過車輪的側向抓地力側向抓地力時，汽車的方向操縱能力將大大降低，甚至失控，從而嚴重影響行車安全。在直線行駛時，制動力分配不均制動力分配不均的制動工況 在冰雪路面冰雪路面上的加速工況 高速轉彎高速轉彎工況 急轉彎急轉

9、彎工況 方向失控的工況方向失控的工況 ESP解決能保證車輛穩(wěn)定運行，大大提高了行車安全性 1.電子穩(wěn)定程序控制系統(tǒng)（電子穩(wěn)定程序控制系統(tǒng)（ESP）圖14-11 ESP組成構造1與ECU相連的ESP液壓調節(jié)器 2輪速傳感器 3點火模塊 4發(fā)動機管理系統(tǒng)ECU 5節(jié)氣門執(zhí)行器6與橫向加速度傳感器集成一體的側滑傳感器 7踏板行程傳感器 8轉向角傳感器 9燃油噴射器 ESP組成構造圖14-12 ESP糾正過度轉向和不足轉向a） 過度轉向 b） 不足轉向圖14-13 主動式車身狀態(tài)控制系統(tǒng)1蓄能器 2空氣彈簧 3空氣壓縮機 4車身垂直加速度傳感器 5車身水平加速度傳感器6車身高度傳感器 7車身橫向加速度

10、傳感器 8管路 9控制單元2.主動式車身狀態(tài)控制系統(tǒng)主動式車身狀態(tài)控制系統(tǒng) 用以消除由車輛轉彎、加速和制動所引起的各種不穩(wěn)定運動狀態(tài)。 （1 1）電子元件）電子元件 當車輛轉彎時，傳感器立刻檢測出車身的傾斜和橫向加速度。每10ms刷新一次計算數(shù)據(jù)。駕駛員可根據(jù)需要選擇“普通”或“運動”兩種模式來改變輸出值。（2 2）液壓元件）液壓元件 在汽車的4個懸架滑柱中，彈簧的上方裝有液壓柱塞，由計算機控制的電磁線圈可打開位于汽車前后部位的閥門，使液壓油以19.6MPa的壓力流向柱塞；當柱塞向下移動時，彈簧加載，從而使車身回正。（3 3）機械元件）機械元件 可快速補償車身的低頻運動，比如由轉彎和下沉引起的

11、車身運動，過鐵軌或走搓板路面引起的車身顛簸等。懸架滑柱還裝備有傳統(tǒng)的充氣式減振器。3.自適應巡航控制系統(tǒng)自適應巡航控制系統(tǒng) 以前只有警察在公路上用雷達監(jiān)測汽車是否超速，現(xiàn)在德爾福公司把雷達用在了自適應巡航控制ACC（Adaptive Cruise Control）系統(tǒng)中。當汽車在行駛中啟用巡航控制時，這個系統(tǒng)用一個袖珍雷達傳感器來監(jiān)測前面的車輛，并進行調整，以與前車保持一個設定的間隔。如果前面的車輛突然減速，自適應巡航控制系統(tǒng)也會讓自己的車減速以維持一個安全距離。圖14-14轉彎時ACC系統(tǒng)仍能保持正常工作4.駕駛員智能支持系統(tǒng)駕駛員智能支持系統(tǒng) 日本本田公司的一項正在開發(fā)中的技術，它可以大大

12、減輕在高速公路行駛中的駕駛員的疲勞，因為它不但會與前車保持一定車距，而且會認路。 圖14-15 駕駛員智能支持系統(tǒng) 本田公司圍繞汽車安全性的研究集中于如何使車輛在實際行駛中避免因駕駛員的錯誤而造成傷害；它有一個研究項目叫做先進安全車輛（先進安全車輛（ASVASV），），而HIDS則是從ASV中演變出來的一個項目。這個系統(tǒng)，可以偵查到前方有無車輛并相應地控制HIDS車的速度，可以識別道路上的車道標志并在車輛偏離車道時作出調整。這將有助于駕駛員輕松地照顧到前方及兩邊的路況，減少由于駕駛疲勞而出現(xiàn)的誤操作。4 4個功能：個功能：控制車速及與前車的距離控制車速及與前車的距離 控制控制HIDS車在車道中

13、心位置車在車道中心位置 偏移警告偏移警告 人機界面人機界面 (1)控制車速及與前車的距離控制車速及與前車的距離當HIDS車單獨在高速公路上行駛時，可以預先設定車速作等速巡航，這個技術在當今很多現(xiàn)代轎車上都有。(2)控制控制HIDS車在車道中心位置車在車道中心位置HIDS車上裝有本田公司專門開發(fā)的成像處理系統(tǒng)。(3)偏移警告偏移警告假如由于某種突發(fā)性情況而使本車突然駛離車道，這時由于情況緊急而來不及由電腦作出補償，則必須由報警系統(tǒng)提醒駕駛員采取緊急措施。(4)人機界面人機界面駕駛員可隨時通過裝在車速表內的顯示，了解系統(tǒng)的工作情況及車輛周圍的情況(前方及車道情況)。第三節(jié)第三節(jié) 汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)

14、（汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（VSCVSC） 為了在汽車轉彎時提供良好的循跡穩(wěn)定性，VSC應運而生。 在無法預料的情況或外部因素下，如路面狀況路面狀況、車速車速、和緊急避讓緊急避讓，車輛會呈現(xiàn)不足轉向或過多轉向趨勢。在這種情況下，汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)會抑制過量不足轉向或過多轉向，修正到原有正常路徑的循跡行駛，以使車輛穩(wěn)定。 1. 轉彎界限上車輛的不穩(wěn)定性轉彎界限上車輛的不穩(wěn)定性圖14-16 方向盤操作過渡時的車輛不穩(wěn)定現(xiàn)象a） 過渡操作時車身側滑用和側滑角速度d之間的關系 b） 前輪側滑角與旋轉半徑R之間的關系 2.汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的控制方法汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的控制方法 轉向操縱不穩(wěn)定現(xiàn)象是伴隨前后輪

15、的側滑側滑及橫擺運動橫擺運動而產生的，所以為了獲得良好的操縱穩(wěn)定性，需要控制適當?shù)膫绕莻绕恰ｋS車身的側偏角及其變化率的增加在前外輪上施加制動力，以控制自轉穩(wěn)定性的方法； 隨前輪側偏角的增加，以后輪的內輪為中心，附加制動力的控制方法。 1）抑制過量不足轉向）抑制過量不足轉向 工程實際中，較簡化的控制方式有以下兩種。工程實際中，較簡化的控制方式有以下兩種。 汽車是否處于不足轉向狀態(tài)可由目標側向擺動率和汽車實際側向擺動率之差確定。 2）抑制過量過多轉向）抑制過量過多轉向 汽車是否處于過多轉向狀態(tài)可由汽車滑移角度和汽車滑移角速度（汽車滑移角速度隨時間的變化而改變）來確定。 圖14-17 VSC的控

16、制3.汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的組成汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的組成傳感器部分傳感器部分（方向盤轉角傳感器、減速度傳感器、車身偏擺角速度傳感器、制動油路油壓傳感器、輪速傳感器等） 控制單元控制單元 控制制動力和牽引力的執(zhí)行器部分控制制動力和牽引力的執(zhí)行器部分 4.主要部件的結構和原理主要部件的結構和原理減速度傳感器減速度傳感器 圖14-18 減速度傳感器 圖14-19 轉向角度傳感器 轉向角度傳感器轉向角度傳感器 側向擺動率傳感器側向擺動率傳感器 采用音叉形狀振動式速率陀螺儀。每個振子由振動部分和檢測部分組成，振動部分與檢測部分的夾角為90。壓電陶瓷元件的特性是當給其施加電壓時會產生變形，而當陶瓷元件受外力

17、變形時會產生電壓。 制動執(zhí)行器制動執(zhí)行器 在原來的ABS和TRC執(zhí)行器的基礎之上，增加了控制前輪制動器壓力的油路，以便適應穩(wěn)定性控制。制動執(zhí)行器由15個兩位電磁閥，3個壓力調節(jié)閥，油泵和儲油缸組成。 ECUECU除正?？刂艫BS、TRC和VSC之外，還有下列作用：1）初始檢查）初始檢查 當點火開關轉到ON位置，并且車速達到或接近6km/h時，ECU進行初始檢查。依次檢查執(zhí)行器的每個電磁閥和泵的電機。2）自診斷）自診斷 如果ECU檢測到ABS、TRC或VSC系統(tǒng)有故障，將在多信息顯示器上顯示字母“CHECK VSC”或使ABS警告燈和VSC OFF指示燈閃亮，提醒駕駛員發(fā)生了故障。ECU也存儲故

18、障碼。診斷碼可通過ABS警告燈和多信息顯示器提取，也可用手持式檢測儀提取。3）失效保護）失效保護 如果ECU系統(tǒng)發(fā)生故障，ECU會停止對ABS、TRC或VSC的控制。這時，制動器和節(jié)氣門會像無ABS、TRC或VSC的汽車那樣工作。工作原理：工作原理：根據(jù)ECU判定的汽車運動狀態(tài)，通過控制節(jié)氣門開啟角度以及控制制動壓力。制動壓力的控制是由制動執(zhí)行器的電磁閥完成的。電磁閥控制油泵產生的壓力并根據(jù)不同情況將壓力施加給每個輪缸。共有三種控制方式：壓力減小、壓力保持和壓力增加。不足轉向時，后輪施加制動。過多轉向時，前外側車輪制動，后車輪按需要制動。5.汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的工作過程汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的工作過程圖14-20緊急轉向時的VSC控制效果第四節(jié)汽車線控技術第四節(jié)汽車線控技術一、汽車線控轉向系統(tǒng)一、汽車線控轉向系統(tǒng)圖14-21線控轉向系統(tǒng)簡圖1故障處理電動機2轉向執(zhí)行電動機3車輪轉角傳感器4轉向盤轉角傳感器、轉向盤轉矩傳感器5回正力矩電動機6車速傳感器、橫擺角速度傳感器、車身加速度傳感器第四節(jié)汽車線控技術圖14-22線控制動系統(tǒng)結構框圖二、汽車