第5章 智能網(wǎng)聯(lián)汽車運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)

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頁第5章智能網(wǎng)聯(lián)汽車運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)5.1汽車線控轉(zhuǎn)向技術(shù)5.2汽車線控制動(dòng)技術(shù)5.3汽車線控油門技術(shù)5.4汽車運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)

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頁第5章智能網(wǎng)聯(lián)汽車線控技術(shù)

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頁5.1汽車線控轉(zhuǎn)向技術(shù)—定義線控技術(shù)就是將傳統(tǒng)的汽車機(jī)械操縱系統(tǒng)變成通過高速容錯(cuò)通信總線與高性能CPU相連的電氣系統(tǒng)。目前的線控技術(shù)包括線控?fù)Q檔系統(tǒng)、線控制動(dòng)系統(tǒng)、線控懸架系統(tǒng)、線控油門系統(tǒng)及線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。在自動(dòng)駕駛汽車上，智能感知單元通過線束將指令傳遞給轉(zhuǎn)向或制動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)車輛的操控，因此，線控轉(zhuǎn)向和線控制動(dòng)是最為關(guān)鍵的技術(shù)。無論是哪類線控技術(shù)，目標(biāo)都很明確，為了使汽車結(jié)構(gòu)更簡單，質(zhì)量更輕，制造更方便，運(yùn)行更高效。對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車，線控將是一種標(biāo)配性技術(shù)。

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頁5.1.1汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的定義線控轉(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)，并通過電腦控制伺服電機(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)向盤電機(jī)提供轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼和回饋，轉(zhuǎn)向盤與前軸轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)之間沒有任何剛性連接

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頁5.1.2汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用電子控制單元實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車轉(zhuǎn)向的控制，理論上可以自由設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系的角傳遞特性和力傳遞特性，具有傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不可比擬的性能特點(diǎn)。（2）提高汽車操縱穩(wěn)定性。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不受傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式的限制，可以設(shè)計(jì)出符合人們期望的理想傳動(dòng)比。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還可以實(shí)時(shí)監(jiān)控前輪轉(zhuǎn)角和汽車響應(yīng)情況，并根據(jù)控制策略，主動(dòng)做出補(bǔ)償操作，提高了汽車操縱穩(wěn)定性。

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頁5.1.2汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn)（3）優(yōu)化駕駛路感。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以篩選掉路面顛簸等不利的干擾因素，提取出最能夠反映汽車實(shí)際行駛狀態(tài)和路面信息的因素，作為路感模擬的依據(jù)，并考慮到駕駛員的習(xí)慣，由主控制器控制路感電機(jī)產(chǎn)生良好的路感，提高駕駛員的駕駛體驗(yàn)。（4）節(jié)省空間，提高被動(dòng)安全性。機(jī)械部件的減少，增加了駕駛員的活動(dòng)空間，并方便了車內(nèi)布置的設(shè)計(jì)；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)駕駛員的傷害。

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頁5.1.2汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn)（5）提高轉(zhuǎn)向效率，降低能源消耗。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不依賴于機(jī)械傳遞，其總線信號(hào)的傳遞速度，縮短了轉(zhuǎn)向響應(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)量減輕，降低了燃油消耗，更加節(jié)能環(huán)保。（6）無人駕駛汽車使用線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，是通過中央計(jì)算機(jī)收集數(shù)據(jù)并傳輸至轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，再由轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為機(jī)械轉(zhuǎn)向功能，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。

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頁5.1.3

汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成由轉(zhuǎn)向盤模塊、轉(zhuǎn)向控制模塊和轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊組成

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頁5.1.3汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成

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頁5.1.4

汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理

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頁5.1.4

汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理

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頁5.2汽車線控制動(dòng)技術(shù)——發(fā)展歷程

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頁5.2.1

汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)的定義如果制動(dòng)踏板僅僅只連接一個(gè)制動(dòng)踏板位置傳感器，踏板與制動(dòng)系統(tǒng)之間沒有任何剛性連接或液壓連接的，都可以視為線控制動(dòng)

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頁5.2.1汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)的定義線控制動(dòng)是自動(dòng)駕駛汽車“控制執(zhí)行層”中最關(guān)鍵的，也是技術(shù)難度最高的部分。由于技術(shù)發(fā)展程度的局限，目前出現(xiàn)了兩種形式的線控制動(dòng)系統(tǒng)：電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)（EHB）和電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)（EMB）

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頁5.2.2

汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）線控制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)踏板與制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)解耦，可以降低部件的復(fù)雜性，減少液壓與機(jī)械控制裝置，減少杠桿、軸承等金屬連接件，減輕質(zhì)量，降低油耗和制造成本。（2）線控制動(dòng)系統(tǒng)具有精確的制動(dòng)力調(diào)節(jié)能力，是電動(dòng)汽車摩擦與回饋耦合制動(dòng)系統(tǒng)的理想選擇。（3）基于線控制動(dòng)系統(tǒng)，不僅可以實(shí)現(xiàn)更高品質(zhì)的ABS/ESC/EPB等高級(jí)安全功能控制，而且可以滿足先進(jìn)汽車智能系統(tǒng)對(duì)自適應(yīng)巡航、自動(dòng)緊急制動(dòng)、自動(dòng)泊車、自動(dòng)無人駕駛等的要求。

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頁5.2.2汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)EMB具有以下優(yōu)點(diǎn)。（1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)和制動(dòng)踏板之間無機(jī)械或液壓連接，縮短了制動(dòng)器的作用時(shí)間，作用時(shí)間在100ms以內(nèi)，有效減小制動(dòng)距離。（2）不需要助力器，減少空間，布置靈活。（3）沒有液壓系統(tǒng)，系統(tǒng)質(zhì)量輕且環(huán)保。（4）在ABS模式下無回彈振動(dòng)，可以消除噪音。（5）便于集成電子駐車、防抱死、制動(dòng)力分配等附加功能

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頁5.2.2汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)EMB具有以下缺點(diǎn)。（1）無液壓備用制動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)可靠性要求極高，包括穩(wěn)定的電源系統(tǒng)、更高的總線通信容錯(cuò)能力和電子電路的抗干擾能力。（2）制動(dòng)力不足。因輪轂處布置體積決定制動(dòng)電機(jī)不可能太大，需開發(fā)配備較高電壓（42V）系統(tǒng)提高電機(jī)功率。（3）工作環(huán)境惡劣，特別是高溫。因部件振動(dòng)高，且制動(dòng)溫度達(dá)幾百度，制約現(xiàn)有EMB零部件的設(shè)計(jì)。

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頁5.2.3

汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)的組成與原理線控制動(dòng)系統(tǒng)將原有的制動(dòng)踏板用一個(gè)模擬發(fā)生器替代，用以接受駕駛員的制動(dòng)意圖，產(chǎn)生、傳遞制動(dòng)信號(hào)給控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并根據(jù)一定的算法模擬反饋給駕駛員

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頁5.2.3汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)的組成與原理典型的EHB系統(tǒng)由制動(dòng)踏板傳感器、電子控制單元（ECU）、執(zhí)行器機(jī)構(gòu)（液壓泵、備用閥和制動(dòng)器）等組成

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頁5.2.3汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)的組成與原理在EMB系統(tǒng)中，所有的液壓裝置，包括主缸、液壓管路、助力裝置等均被電子機(jī)械系統(tǒng)替代，液壓盤和鼓式制動(dòng)器的調(diào)節(jié)器也被電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置取代，是名副其實(shí)的線控制動(dòng)系統(tǒng)

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頁5.2.4

汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)的產(chǎn)品德國博世公司于2013年正式推出線控制動(dòng)產(chǎn)品iBooster，是典型的直接型EHB，大眾目前所有新能源車均使用iBooster

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頁5.2.4汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)的產(chǎn)品它采用齒輪-梯形絲杠減速增扭機(jī)構(gòu)，將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為制動(dòng)總泵活塞的平動(dòng)，建立制動(dòng)壓力。

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頁5.2.4汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)的產(chǎn)品針對(duì)L3和L4級(jí)自動(dòng)駕駛設(shè)計(jì)了一套線控制動(dòng)系統(tǒng)，IPB，就是iBooster和ESP合二為一，體積大大縮小，重量也降低不少，最重要是相對(duì)iBooster成本大大降低。

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頁5.2.4汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)的產(chǎn)品德國大陸集團(tuán)的線控制動(dòng)系統(tǒng)MKC1可實(shí)現(xiàn)100%的制動(dòng)能量回收

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頁5.2.4汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)的產(chǎn)品采埃孚的集成式制動(dòng)控制系統(tǒng)（IBC）將全電子制動(dòng)控制系統(tǒng)和再生系統(tǒng)功能集成于單個(gè)一體化單元中，這是一款能夠?qū)崿F(xiàn)無真空支持的助力制動(dòng)系統(tǒng)

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頁5.3汽車線控油門技術(shù)——定義線控油門通過用線束（導(dǎo)線）來代替拉索或者拉桿，在節(jié)氣門那邊裝一只微型電動(dòng)機(jī)，用電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)節(jié)氣門開度。

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頁5.3.2汽車線控油門的特點(diǎn)（1）舒適性和經(jīng)濟(jì)性好。線控油門可根據(jù)駕駛員踩下踏板的動(dòng)作幅度判斷駕駛員意圖，綜合車況精確合理控制節(jié)氣門開度，以實(shí)現(xiàn)不同負(fù)荷和工況下發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比都能接近于最佳理論狀態(tài)——14.7:1，使燃油經(jīng)濟(jì)性和駕駛舒適性同時(shí)達(dá)到最佳狀態(tài)。（2）穩(wěn)定性高且不易熄火。線控油門系統(tǒng)在收到踏板信號(hào)后會(huì)進(jìn)行分析判斷再給節(jié)氣門執(zhí)行單元發(fā)送合適指令保證車輛穩(wěn)定行駛。

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頁5.3.2汽車線控油門的特點(diǎn)（1）工作原理相對(duì)較為復(fù)雜，成本提高。（2）有延遲效果，沒有機(jī)械油門反應(yīng)快。在裝有線控油門系統(tǒng)的汽車中，駕駛員不能直接控制節(jié)氣門開度也就無法直接控制發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力大小，而是經(jīng)由ECU分析給出汽車舒適性較好、較為省油的節(jié)氣門控制指令，所以相對(duì)于直接控制式的機(jī)械油門會(huì)有稍許延遲感。（3）可靠性不如機(jī)械油門好。

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頁5.3.3

汽車線控油門的組成與原理

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頁5.3.3汽車線控油門的組成與原理

“單踏板”就是一種集成了加速和制動(dòng)功能的踏板，以控制車輛的加、減速。

“單踏板駕駛模式”并不是只有一個(gè)踏板，其踏板系統(tǒng)由一個(gè)“主踏板”和一個(gè)“輔助減速踏板”組成，其中“主踏板”可以實(shí)現(xiàn)的加減速能力，可以滿足日常的大部分車輛操作；“輔助減速踏板”是在“主踏板”制動(dòng)減速度不能滿足駕駛員意圖時(shí)的緊急制動(dòng)踏板。

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頁5.3.3汽車線控油門的組成與原理

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頁5.3.3汽車線控油門的組成與原理5.4汽車運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)2022/11/295.4.1汽車運(yùn)動(dòng)學(xué)模型2022/11/295.4.1汽車運(yùn)動(dòng)學(xué)模型2022/11/295.4.2汽車動(dòng)力學(xué)模型2022/11/295.4.2汽車動(dòng)力學(xué)模型2022/11/295.4.2汽車動(dòng)力學(xué)模型2022/11/295.4.2汽車動(dòng)力學(xué)模型2022/11/295.4.2汽車動(dòng)力學(xué)模型2022/11/295.4.2汽車動(dòng)力學(xué)模型2022/11/295.4.2汽車動(dòng)力學(xué)模型2022/11/295.4.3汽車運(yùn)動(dòng)控制模塊2022/11/295.4.3汽車運(yùn)動(dòng)控制模塊2022/11/295.4.3汽車運(yùn)動(dòng)控制模塊2022/11/295.4.4汽車運(yùn)動(dòng)控制仿真2022/11/295.4.4汽車運(yùn)動(dòng)控制仿真2022/11/295.4.4汽車運(yùn)動(dòng)控制仿真2022/11/295.4.4汽車運(yùn)動(dòng)控制仿真2022/11/295.4.4汽車運(yùn)動(dòng)控制仿真2022/11/295.4.4汽車運(yùn)動(dòng)控制仿真2022/11/29

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頁練習(xí)題——名詞解釋1.線控轉(zhuǎn)向2.