現(xiàn)代汽車安全技術-主動安全四輪轉向控制技術衛(wèi)星導航與車距控制系統(tǒng).ppt

,第2章汽車主動安全技術 - 4 四輪轉向控制技術 - 5 衛(wèi)星導航與車距控制系統(tǒng),主講：朱明 高級技師、經濟師,工程師 高級技能專業(yè)教師 汽車維修工高級考評員,2019/7/11,2,2.4四輪轉向控制技術,目前的轎車轉向分為： 前輪轉向(2WS)和四輪轉向(4WS),前者普遍使用，后者是近年出現(xiàn)的一種新技術，主要應用在一些比較高級和新型轎車上。 四輪轉向， 是指后輪也和前輪相似，具有一定的轉向功能，不僅可以與前輪同方向轉向，也可以與前輪反方向轉向。其主要目的是增強轎車在高速行駛或者在側向風力作用下的操縱穩(wěn)定性，改善低速時的操縱輕便性，在轎車高速行駛時便于由一個車道向另一個車道的移動調整，以及減少調頭時的轉彎半徑。,2019/7/11,3,2.4四輪轉向控制技術,汽車轉向基本要求及其關鍵技術 為使汽車實現(xiàn)車輪無側滑的轉向，車輪的偏轉必須滿足阿克曼特性，即在汽車前輪定位角都等于零、行走系統(tǒng)為剛性、汽車行駛過程中無側向力的前提下，整個轉向過程中全部車輪必須圍繞同一瞬時中心相對于地面作圓周滾動，例如對于圖1所示兩輪轉向情況，前內輪轉角b與前外輪轉角a之間應滿足如下阿克曼轉向特性公式： (1),圖1 阿克曼兩輪轉向要求,2019/7/11,4,汽車轉向基本要求及其關鍵技術,車輪的偏轉是通過轉向機構帶動的。 對于兩輪轉向汽車，為減小車輪側滑，轉向機構應使兩前輪偏轉角在整個轉向過程中始終盡可能精確地滿足式(1)關系。 從運動學角度來看，兩輪轉向機構的設計涉及到的關鍵技術主要是： (1)機構的形式設計，即確定能滿足轉向傳動功能要求的機構結構組成；(2)機構的尺度設計，即確定能近似再現(xiàn)式(1)關系的機構運動尺寸。從系統(tǒng)和機構 學角度來看，轉向系統(tǒng)的組成及其相互關系可用框圖2表示，其中轉向機構是該系統(tǒng)的執(zhí)行機構。,圖2 轉向傳動系統(tǒng)的組成,2019/7/11,5,2.4四輪轉向控制技術,圖2 轉向傳動系統(tǒng)的組成,2019/7/11,6,當前兩輪轉向技術的主流,(1) 與非獨立懸架配用的轉向機構 1) 轉向梯形后置，轉向直拉桿縱置 如圖3(a)所示， 圖3 與非獨立懸架配用的轉向機構 2) 轉向梯形前置，如圖3(b)所示。 3) 轉向梯形前置，轉向直拉桿橫置 如圖3(c)所示， (a) (b) (c) 1轉向搖臂 2轉向直拉桿 3轉向節(jié)臂 4梯形臂 5轉向橫拉桿,2019/7/11,7,兩輪轉向的存在問題,汽車兩輪轉向技術雖經歷了近兩百年的發(fā)展，存在主要問題： (1) 兩輪轉向汽車在轉彎時，現(xiàn)有各類轉向機構均不能保證全部車輪繞瞬時中心轉動，從而在技術上難以完全消除車輛行駛中的車輪側滑。 (2) 獨立懸架汽車中的轉向梯形斷開點難以確定，這將導致了橫拉桿與懸架導向機構之間運動不協(xié)調，使汽車在行駛中易發(fā)生擺振，從而加劇輪胎磨損，轉向性能隨車速、轉向角、路面狀態(tài)的變化而變化，車速越高，操縱穩(wěn)定性越差。 (3) 在采用兩輪轉向方式時轉彎半徑較大，汽車的機動靈活性不高。 隨著電子技術的不斷發(fā)展及在汽車中的應用，可以從多方面改善轉向系統(tǒng)的各種性能，但這種改善往往是局部的和微小的?；趦奢嗈D向方式的汽車轉向技術發(fā)展至今，應該說已經到了一個頂峰，就目前的技術和經濟性而言，兩輪轉向在性能上難以再有突破性進展。,2019/7/11,8,四輪轉向與普通汽車轉向的比較 P48,2019/7/11,9,四輪轉向及其實現(xiàn)技術,1 四輪轉向方式的提出及其特點 鑒于兩輪轉向方式存在的諸多不足，日本于20世紀60年代首先提出通過四輪轉向方式來提高汽車的操縱穩(wěn)定性，到20世紀80年代末，四輪轉向系統(tǒng)得到實際應用。1990年，本田、馬自達、尼桑三家汽車公司首先在部分轎車上推出了四輪轉向系統(tǒng)。1991年，美國克萊斯勒和日本的三菱也推出了四輪轉向車型。 四輪轉向， 是指車輛行駛過程中四個車輪能同時發(fā)生偏轉的轉向方式。其中后輪偏轉角一般不超過5。 根據轉向時前、后輪偏轉方向的異同分為同向偏轉及逆向偏轉兩類。 對于行駛中的四輪汽車，當采用同向偏轉時，車身的動態(tài)偏轉減小，從而可顯著提高汽車高速行駛穩(wěn)定性；當采用逆向偏轉時，則可顯著減小汽車轉彎半徑，,2019/7/11,10,四輪轉向方式的提出及其特點,如圖6所示，由此增加了低速行駛的靈活性，有利于汽車的轉向調頭。因此采用四輪轉向方式時，在一定程度上提高了橫擺角速度和側向加速度的瞬態(tài)響應性能指標， 如圖7所示。所以四輪轉向方式具有轉向能力強、轉向響應快、直線行駛穩(wěn)定性高、低速機動性好等優(yōu)點。 圖6 2WS與4WS轉彎半徑的比較 圖7 2WS與4WS車輛轉向特性比較,2019/7/11,11,2 四輪轉向驅動方式,實現(xiàn)四輪轉向的關鍵是如何將轉向盤的轉動量傳遞給前后轉向輪，并為轉向輪提供動力使其發(fā)生協(xié)調、聯(lián)動偏轉。根據轉向盤轉動量傳遞途徑以及轉向輪動力來源的不同，對四輪轉向系統(tǒng)作如下的分類： (1) 集中驅動四輪轉向系統(tǒng) 當用機械傳動鏈將轉向盤的轉動量分別傳遞給前后輪轉向機構，從而在前后轉向輪偏轉量與轉向盤的轉動量之間形成確定的機械聯(lián)系時，即屬集中驅動四輪轉向系統(tǒng)。其結構框圖如圖8所示，其中前后轉向輪偏轉的驅動動力來自于轉向盤以及由液壓系統(tǒng)等提供的輔助動力。 圖8 集中驅動四輪轉向系統(tǒng)結構框圖,2019/7/11,12,(1) 集中驅動四輪轉向系統(tǒng),此類集中驅動轉向系統(tǒng)可進一步分為機械式和機電控制式兩種，其差異主要在后輪偏轉方向的操縱方式上。 1.機械式集中驅動四輪轉向系統(tǒng)沒有圖8中的電子控制單元虛框，前后輪的偏轉方向和偏轉角大小均由轉向盤操縱，并通過機械傳動鏈獲得確定的協(xié)調關系。這種四輪轉向系統(tǒng)結構簡單，轉向特性固定，與車速無關。 2.對于機電控制式集中驅動四輪轉向系統(tǒng)，后輪偏轉角大小由轉向盤操縱，而后輪偏轉方向則根據傳感器獲取的前輪偏轉方向與角度以及車速信息由控制單元確定。 集中驅動四輪轉向系統(tǒng)的制造成本較低，但當傳動鏈零件磨損后不能精確保證前后輪轉角大小關系。,2019/7/11,13,四輪轉向驅動方式,(2) 分散驅動四輪轉向系統(tǒng) 在圖9所示分散驅動四輪轉向系統(tǒng)中，前輪轉向動力由轉向盤直接提供，前轉向輪偏轉方向及偏轉量與轉向盤轉動量之間通過機械傳動鏈形成確定關系；后轉向輪偏轉的操縱由專門的液壓系統(tǒng)或電動機提供動力，至于后輪偏轉方向及偏轉量則根據傳感器獲取的轉向盤轉動方向與轉角信息以及車速等其他信息由控制單元綜合確定。 分散驅動四輪轉向系統(tǒng)的基本特征在于：前后轉向輪偏轉的驅動動力是分開的，前后轉向輪偏轉方向和偏轉角度之間不是靠機械傳動鏈形成固定的聯(lián)系，而是靠電子控制系統(tǒng)進行協(xié)調控制實現(xiàn)預設關系，因此后輪轉向控制靈活、方便，能夠獲得更加精確和復雜的轉向特性。,圖9 分散驅動四輪轉向系統(tǒng)結構框圖,2019/7/11,14,2.4四輪轉向控制技術,結構 四輪轉向裝置按照前后輪的偏轉角和車速之間的關系分為兩種類型： 1.轉角傳感型是指前輪和后輪的偏轉角度之間存在著一定的因變關系，即后輪可以按前輪偏轉方向做同向偏轉，也可以做反向偏轉。 2.車速傳感型是根據事先設計的程序規(guī)定當車速達到某一預定值時(通常為35至40公里/小時)，后輪能與前輪同方向偏轉，當?shù)陀谀骋活A定值時，則與前輪反方向偏轉。 目前的四輪轉向轎車既有采用轉角傳感型，也有采用車速傳感型，還有二者兼而用之的。例如馬自達929型轎車的四輪轉向就是具有兩種類型的特點。,2019/7/11,15,2.4四輪轉向控制技術,結構 四輪轉向轎車的前后輪轉向裝置之間的聯(lián)系形式有 機械式，也有液壓式、電子式等。 目前四輪轉向裝置已將機械、液壓、電子、傳感器及微處理機控制技術緊密結合在一起，在很大程度上改善轎車的轉向特性，提高操縱穩(wěn)定性。,2019/7/11,16,2.4四輪轉向控制技術原理,汽車轉向的基本過程都是使汽車在轉彎時產生重心的平移和繞著重心的轉動，這兩種運動的結合促使汽車完成了轉向的過程。 兩輪轉向和四輪轉向的根本差別： 當汽車方向盤的轉角和車速確定的時候，那么前輪轉向汽車的行駛狀態(tài)是單一的，而四輪轉向汽車的行駛狀態(tài)則會隨著后輪與前輪之間的角度不同或相同而變得多種多樣，也是后者比前者優(yōu)越的關鍵之處。 汽車前輪在做轉向時，會產生一個作用在前輪的側向力，這時后輪也會產生一種離心力，這種作用力就會使車輛在垂直軸線方向上產生一個扭矩，增大了傾翻作用力使車輛不能穩(wěn)定。 而有四輪轉向裝置的汽車，前后輪會相互配合，減弱傾翻作用力，側滑也會減少，從而保障了行車的安全。 汽車在做直線行駛時，由于受到車速和路面?zhèn)认蝻L的影響經常會走偏。這時有四輪轉向裝置的汽車的微處理機就會根據車速和前輪轉角加以計算，確定后輪的轉角數(shù)值，以變動對變動來保持車子行駛的穩(wěn)定性。,2019/7/11,17,2.4四輪轉向控制技術,低速行駛時進行逆相轉向（即與前輪轉向方向相反），提高轉彎半徑小的轉向特性； 而中高速時則進行同相轉向（即與前輪轉向方向相同）；在高速時進行區(qū)域變換或提高轉彎時的操縱穩(wěn)定性。,2019/7/11,18,2.4四輪轉向控制技術,4WS的轉向特性 1. 4WS低速時的轉向特性,2019/7/11,19,24WS中高速時的轉向特性,4WS中高速時的轉向特性如圖7-41所示。,2019/7/11,20,轉向角比例控制,轉向角比例控制使轉向方向的偏離足夠小 1系統(tǒng)組成 轉向樞軸 4WS轉換器 2控制邏輯,2019/7/11,21,轉向角比例控制,2019/7/11,22,轉向角比例控制,轉向角控制, 2WS選擇控制, 安全性控制,2019/7/11,23,轉向角比例控制,2019/7/11,24,三、橫擺角速度比例控制,1系統(tǒng)組成 前輪轉向操縱機構 后輪轉向操縱機構,2019/7/11,25,三、橫擺角速度比例控制,2控制狀態(tài) 大轉向角控制 小轉向角控制 （機械控制） （電子式控制）,2019/7/11,26,三、橫擺角速度比例控制,3控制邏輯 車體側滑角的零控制 受側向風干擾時的控制 ABS工作時的控制,2019/7/11,27,四輪轉向系統(tǒng)類型,四輪轉向系統(tǒng)可以分為三種類型： 機械式四輪轉向系統(tǒng)、 機電組合控制四輪轉向系統(tǒng)、 電控四輪轉向：電控-電動四輪轉向、電控-液壓驅動四輪轉向。,2019/7/11,28,四輪轉向汽車的后輪轉向方式,四輪轉向汽車的后輪轉向主要有三種方式： 1.同相位方式：在高速行駛時，后輪與前輪同向偏轉。 2.反相位方式：在低速行駛時，后輪與前輪反向偏轉 3.同相位與反相位轉換方式：在低速或急轉彎行駛時，后輪先反向偏轉，再同向偏轉。,2019/7/11,29,2.5衛(wèi)星導航與車距控制系統(tǒng),.,2019/7/11,30,2.5衛(wèi)星導航與車距控制系統(tǒng),精確坐標汽車衛(wèi)星導航系統(tǒng) 年，德國寶馬汽車公司第一個在它生產的“”系列的頂級汽車上提供衛(wèi)星導航設備，年，它又將荷蘭飛利浦公司生產的電子裝置用在它新的中級“”系列汽車上。 美國福特公司也在輛德國和英國商用汽車上試驗一種與衛(wèi)星相連接的導航系統(tǒng)。這種汽車能確定行駛路線和顯示汽車的位置，車位顯示的誤差在百米以內。衛(wèi)星導航裝置依靠發(fā)射到空間的信標工作。信標是美國的軍事設施全球定位系統(tǒng)，共有顆衛(wèi)星，小時繞地球一周。每顆衛(wèi)星發(fā)射一個連續(xù)定時信號，為確定其位置，接收器必須處在四顆衛(wèi)星的覆蓋區(qū)內。由于衛(wèi)星的軌道可以預測，因此接收器可以推算出在一確定時間，它們的相對位置而得出本車的位置。,2019/7/11,31,2.5衛(wèi)星導航與車距控制系統(tǒng),精確坐標汽車衛(wèi)星導航系統(tǒng) 目前這些系統(tǒng)標準的指令有：“對于這條路線正在計算中”，“向左”，“向右”，或者“在接到新的指令之前，沿著這條道路走下去。”如果司機由于疏忽而錯過了一個轉彎處時，計算機立即重新對路線加以計算，并恢復它的不帶感情的指令。到世紀末，大多數(shù)中等級別的汽車都將有衛(wèi)星導航系統(tǒng)。公路的利用率將因此而提高，并逐步會發(fā)展成全球一體化的運輸網。,2019/7/11,32,2.5衛(wèi)星導航與車距控制系統(tǒng),汽車導航系統(tǒng)自1987年裝在光盤只讀存儲器中投放市場以來已經成為發(fā)達國家新的經濟增長點。 進入20世紀90年代，隨著美國全球定位系統(tǒng)（GPS）的推廣應用，導航裝置的市場規(guī)模也急劇擴大。 1990年日本汽車用導航裝置的市場只有8000臺，1994年達到3040萬臺，2000年市場規(guī)模達5000億到1萬億日元。 汽車導航裝置將成為新一代車輛重要的主動安全裝置。,2019/7/11,33,2.5衛(wèi)星導航與車距控制系統(tǒng),汽車衛(wèi)星導航系統(tǒng)的地圖數(shù)據庫 當GPS提供的坐標信息重疊到電子地圖上時，駕車人就可以看出自己目前的位置以及未來的方向了。這最后一個環(huán)節(jié)叫做成圖，也是車載導航系統(tǒng)中最重要的一環(huán)。離開了成圖，導航系統(tǒng)就等于是沒有了方向。 車載導航系統(tǒng)的地圖數(shù)據庫來源于多種渠道，其中最主要的來源是城市政府機關提供的街區(qū)數(shù)據庫。對一個好的車載導航系統(tǒng)來說，地圖的數(shù)量，準確程度，以及數(shù)據的及時性，都很重要。,2019/7/11,34,導航檢測系統(tǒng),2019/7/11,35,導航檢測系統(tǒng),.,2019/7/11,36,.,2019/7/11,37,汽車衛(wèi)星導航系統(tǒng)的缺點,由于汽車衛(wèi)星導航系統(tǒng)的自身工作特點決定了它要精確工作需要的兩個條件：精確的坐標和準確的地圖。前者依靠全球衛(wèi)星地位系統(tǒng)來解決，后者則涉及到各國的保密制度，地圖的精度是很難保證的。 精確的坐標 這個只有依靠全球定位系統(tǒng)才能解決的，目前也就四個系統(tǒng)，美國的GPS，俄羅斯“格洛納斯”，中國“北斗”，歐盟“伽利略“，民用方面所能夠達到的精度有限，在一些特殊時期精度將會人為降低，定位不準，從何導航？ 準確的地圖 地圖的準確程度就不好說了，處于國家安全的考慮，各國公布的地圖精度有限，某些特殊地區(qū)（政府機關所在地等）可能會發(fā)生一定的偏移。而在一些急需導航的偏遠地區(qū)地圖的準確度更低，經濟發(fā)達地區(qū)的地圖精度要好一些。,2019/7/11,38,車距控制模式,2019/7/11,39,車距控制模式,基本控制系統(tǒng)是由車速反饋、車距反饋構成。 目標車距以車距時間2秒的距離，即從先行車的減速開始的2秒以內，如以相同的減速度進行減速，設定為不沖撞的車距。 該車距按照從駕駛者的加速踏板轉換到制動踏板的反應時間與駕駛者通常駕駛時的車距調查結果，考慮到安全性而設定的值。 如當車速100km/h時車距約為55m。,2019/7/11,40,車距控制模式,車距控制運用遠、近高精度雷達測距搭配計算機，幫助駕駛者煞車控制車速的這類系統(tǒng)，雖然目前只在高級車上出現(xiàn)，但隨著時間的流逝，它肯定會逐漸地普及到更多車型中，且這將是無人駕駛的基礎。將來只要和衛(wèi)星導航連動，之后輸入目的地就一切搞定，預估未來十年內便會有初步成果。,2019/7/11,41,1轉向角傳感器 2停車燈開關 3節(jié)氣門執(zhí)行機構 4電動負壓泵 5節(jié)氣門位置傳感器（TPS）（內裝怠速開關）（不裝TCS的車輛） 6激光雷達 7