汽車線控底盤與智能控制課件：調(diào)研分析線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)調(diào)試調(diào)研分析線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)汽車線控底盤與智能控制1任務(wù)引入Tasktointroduce在汽車中，從行駛、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)到安全系統(tǒng)以及舒適性能系統(tǒng)都使用到CAN總線。線控底盤使用了線(電信號(hào))的形式來取代傳統(tǒng)的機(jī)械、液壓或氣動(dòng)等形式的連接，了解CAN總線是每一名測(cè)試工程師的基本功。04線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)02線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)構(gòu)造01線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展歷程與定義目錄CONTENTS05線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點(diǎn)03線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理新

授NewTeaching線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展歷程與定義011902年，英國人FrederickW.Lanchester首次發(fā)明了機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。1954年，通用汽車公司首次將液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用于汽車上。經(jīng)過一系列的技術(shù)革新,80年代早期出現(xiàn)了電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。1988年,日本鈴木汽車公司首先在其小型轎車Cervo上裝備了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)受制于自身設(shè)計(jì)形式和機(jī)械連接的限制，傳動(dòng)比固定或者可變范圍很小，導(dǎo)致其不能兼顧不同轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和不同車速下的轉(zhuǎn)向性能，增加了駕駛員的操作負(fù)擔(dān)。隨著汽車技術(shù)和電子控制技術(shù)的發(fā)展，線控技術(shù)開始應(yīng)用在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上。1.發(fā)展歷程線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展歷程與定義011.發(fā)展歷程線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展史線控轉(zhuǎn)向就是把依靠轉(zhuǎn)向管柱連接轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的傳統(tǒng)方式，轉(zhuǎn)換成為通過傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)向盤角度信號(hào)，并通過計(jì)算機(jī)控制伺服電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。駕駛員對(duì)轉(zhuǎn)向盤的操作僅僅只是在驅(qū)動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)角傳感器，并由轉(zhuǎn)向盤電動(dòng)機(jī)提供轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼和回饋，由于轉(zhuǎn)向盤與前軸轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)之間沒有任何剛性連接，是斷開的，通過總線傳輸必要的信息，故該系統(tǒng)也稱作柔性轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。01線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展歷程與定義2.定義02線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)構(gòu)造汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示，其主要由轉(zhuǎn)向盤模塊、轉(zhuǎn)向控制模塊以及轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊組成。結(jié)構(gòu)圖

實(shí)物圖線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)構(gòu)造02轉(zhuǎn)向盤模塊包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器、轉(zhuǎn)矩反饋電動(dòng)機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)裝置。轉(zhuǎn)向盤模塊的主要作用是：接收駕駛員輸入的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角或者力矩信號(hào)，并通過傳感器將信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)傳遞給轉(zhuǎn)向控制模塊，由轉(zhuǎn)向控制模塊根據(jù)控制策略產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)傳遞給轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊:同時(shí)轉(zhuǎn)矩反饋電動(dòng)機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)向控制模塊發(fā)出的控制信號(hào)，產(chǎn)生相應(yīng)的回正力矩，給駕駛員提供不同工況下的路感信息。1.轉(zhuǎn)向盤模塊（1）轉(zhuǎn)矩傳感器轉(zhuǎn)矩傳感器又名為扭矩傳感器，主要安裝在方向盤下方的方向柱最下面，用來測(cè)量駕駛員作用在方向盤上力矩的大小和方向，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向ECU(電子控制單元)接收此信號(hào)及車速信號(hào)，決定輔助動(dòng)力的方向和大小，從而在低速行駛時(shí)控制轉(zhuǎn)向力矩變小。在高速行駛時(shí)控制轉(zhuǎn)向力矩適度增大。如圖為非接觸式扭矩傳感器。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)構(gòu)造021.轉(zhuǎn)向盤模塊（1）轉(zhuǎn)向角傳感器轉(zhuǎn)向角傳感器是車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，主要安裝在方向盤下方的方向柱內(nèi)，一般通過CAN總線和PCM相連，可以分為模擬式方向盤轉(zhuǎn)角傳感器和數(shù)字式方向盤轉(zhuǎn)角傳感器。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)構(gòu)造021.轉(zhuǎn)向盤模塊線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)構(gòu)造02轉(zhuǎn)向控制模塊包括車速傳感器和電子控制單元，也可以增加橫擺角速度傳感器、加速度傳感器。轉(zhuǎn)向控制模塊是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制中心和決策中心，是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最為核心的部分。它通過采集傳感器信號(hào)，對(duì)駕駛員意圖和當(dāng)前汽車狀態(tài)進(jìn)行判斷，根據(jù)提前設(shè)定好的控制策略做出合理決策轉(zhuǎn)向控制模塊方面控制轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊，保證汽車能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)駕駛?cè)溯斎氲霓D(zhuǎn)向指令，并保證汽車的穩(wěn)定性;另一方面控制轉(zhuǎn)矩反饋電動(dòng)機(jī)，保證其能夠給駕駛員提供舒適良好的路感。2.轉(zhuǎn)向控制模塊（1）車速傳感器車速傳感器大多數(shù)安裝在驅(qū)動(dòng)橋的橋殼內(nèi)，還有安裝在變速箱殼體內(nèi)。這一傳感器是為儀表盤的車速表供給數(shù)據(jù)的。并且車速傳感器的信號(hào)也必須反饋給ECU，ECU根據(jù)這一信號(hào)來調(diào)整變速箱擋位，調(diào)節(jié)變速箱變扭器的鎖止，調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速，調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)扇的開啟和關(guān)閉，調(diào)節(jié)定速巡航等。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)構(gòu)造022.轉(zhuǎn)向控制模塊線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)構(gòu)造022.轉(zhuǎn)向控制模塊（2）ECUECU控制單元(通過收集來著各輪胎附著力、滑移量、方向盤轉(zhuǎn)向角度、節(jié)氣門開度等各傳感器信息，并高速測(cè)算出理想轉(zhuǎn)向角度、車輛功率輸出、監(jiān)測(cè)車輛動(dòng)態(tài)滑移率，驅(qū)動(dòng)ABS總成、電子節(jié)氣門等實(shí)時(shí)做出反應(yīng)，修正車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài))。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)構(gòu)造02轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊包括角位移傳感器、轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)、齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和其他機(jī)械轉(zhuǎn)向裝置等，其功能主要是：接收轉(zhuǎn)向控制模塊發(fā)出的轉(zhuǎn)向指令，并由轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生合適的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)角，控制車輪轉(zhuǎn)向；同時(shí)前輪角位移傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)前輪轉(zhuǎn)角及其變化，并接收路面信息，將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)反饋給轉(zhuǎn)向控制模塊，作為路感模擬的輸入信號(hào)。3.轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊（1）角位移傳感器它是一種位移傳感器的一種類別，它采用了非接觸式的設(shè)計(jì)，與別的角位移測(cè)量?jī)x等相比，有效地提高了角位移傳感器的長(zhǎng)期可靠性。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)構(gòu)造023.轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊（2）轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)一般所用電機(jī)為永磁有刷直流電機(jī)(如圖)。有刷電機(jī)的定子上安裝有固定的主磁極和電刷，轉(zhuǎn)子上安裝有電樞繞組和換向器。直流電源的電能通過電刷和換向器進(jìn)入電樞繞組，產(chǎn)生電樞電流，電樞電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與主磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)負(fù)載。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)構(gòu)造023.轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊（3）齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)由與轉(zhuǎn)向軸做成一體的轉(zhuǎn)向齒輪和常與轉(zhuǎn)向橫拉桿做成一體的齒條組成。其基本結(jié)構(gòu)是一對(duì)相互嚙合的小齒輪和齒條。轉(zhuǎn)向軸帶動(dòng)小齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒條便做直線運(yùn)動(dòng)。有時(shí)，靠齒條來直接帶動(dòng)橫拉桿，就可使轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。除此之外，故障容錯(cuò)系統(tǒng)是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不可或缺的重要部分，它時(shí)刻監(jiān)測(cè)著線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各個(gè)部分的反饋狀態(tài)和工作情況，針對(duì)不同的故障形式采取不同的處理措施，在部分硬件或軟件出現(xiàn)故障時(shí)，保證汽車仍具有基本的轉(zhuǎn)向能力。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用嚴(yán)密的故障檢測(cè)和處理邏輯，以最大限度地提高汽車安全性能。02線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)構(gòu)造3.轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理03汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理如圖所示：線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理03汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理：駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作時(shí)，通過轉(zhuǎn)向盤輸入轉(zhuǎn)向的角度、轉(zhuǎn)向角速度以及轉(zhuǎn)向力矩，轉(zhuǎn)向盤模塊中的傳感器采集一系列信號(hào)并傳遞到轉(zhuǎn)向控制模塊轉(zhuǎn)向控制模塊處理這些信號(hào)并根據(jù)自身車輛的速度以及其他信號(hào)進(jìn)行傳動(dòng)比的計(jì)算，給出所需的前輪轉(zhuǎn)角，然后控制轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊的轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)前輪轉(zhuǎn)到目標(biāo)轉(zhuǎn)角，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向意圖。與此同時(shí)，轉(zhuǎn)向控制模塊根據(jù)車輛的前輪轉(zhuǎn)角信號(hào)、一系列輪胎力信號(hào)以及駕駛員意圖通過路感模擬決策發(fā)出指令控制轉(zhuǎn)矩反饋電動(dòng)機(jī)輸出力矩反饋路面情況。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)04轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要參數(shù)有轉(zhuǎn)向系的效率、轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比、轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性、轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)、轉(zhuǎn)向盤自由轉(zhuǎn)動(dòng)量、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向力。各參數(shù)介紹如表所示。參數(shù)定義單位范圍符號(hào)轉(zhuǎn)向系的效率轉(zhuǎn)向器輸出功率與輸入功率之比，分為正效率η+和逆效率η-。

正效率越高越好η0轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的增量與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角的相應(yīng)增量之比

轎車iw=10.2～24.2貨車iw=13.6～35.2iw線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)04接上一頁表格。參數(shù)定義單位范圍符號(hào)轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙指各種轉(zhuǎn)向器中各傳動(dòng)副（如齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的齒輪與齒條傳動(dòng)副；循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的齒扇與齒條傳動(dòng)副）之間的間隙。mm在轉(zhuǎn)向盤處于中間及其附近位置時(shí)（一般是10°～15°）要極小Δt轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)轉(zhuǎn)向盤從一個(gè)極端位置轉(zhuǎn)到另一個(gè)極端位置時(shí)所轉(zhuǎn)過的圈數(shù)稱為轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)。圈（一圈為360°）轎車≤3圈貨車≤6圈n轉(zhuǎn)向盤自由轉(zhuǎn)動(dòng)量最大自由轉(zhuǎn)動(dòng)量即原地不動(dòng)情況下，方向盤可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的最大角度。角度（°）車速≥100km/h，φ≤10°車速＞100km/h，φ≤15°農(nóng)用三輪，φ≤22.5°φ轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向力指在一定行駛條件下作用在轉(zhuǎn)向盤外緣的最大切向力。它可以由轉(zhuǎn)向參數(shù)測(cè)量?jī)x或轉(zhuǎn)向測(cè)量?jī)x檢測(cè)。牛頓（N）根據(jù)測(cè)量?jī)x的測(cè)量范圍F（1）能夠改善路感應(yīng)用汽車線控轉(zhuǎn)向控制技術(shù)，能夠消除路面不平對(duì)方向造成的影響，駕駛員可根據(jù)需求來自由設(shè)計(jì)，滿足了個(gè)性化的駕駛需求。（2）助于底盤的集成控制借助車載總線，能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)、直接橫擺力矩控制(DYC)等系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)信息的共享利用，提高汽車的整體性能。05線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點(diǎn)1.汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)（3）提高了操控性能汽車線控轉(zhuǎn)向擺脫了機(jī)械連接，讓汽車在低速行駛時(shí)，有更好的靈敏度，高速行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向更為平穩(wěn)，降低駕駛員的體力消耗。（4）節(jié)省空間由于原本轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向管等機(jī)械部分被取消掉，增加了駕駛?cè)说幕顒?dòng)空間，并方便了車內(nèi)布置的設(shè)計(jì)。05線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點(diǎn)1.汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)（5）提高了被動(dòng)安全性因?yàn)闄C(jī)械部件的減少，降低了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)強(qiáng)度，使其在碰撞中更易變形，在汽車發(fā)生事故時(shí)，減少了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)駕駛?cè)说膫?。?）提高轉(zhuǎn)向效率，降低能源消耗線控轉(zhuǎn)向不依賴于機(jī)械傳遞，縮短了響應(yīng)時(shí)間，轉(zhuǎn)向效率提高。同時(shí)機(jī)械傳動(dòng)減少，傳動(dòng)效率提高，整車質(zhì)量減小，降低了燃油消耗