《汽車電器與電子技術(shù)》第14章汽車新型電子控制系統(tǒng)

《汽車電器與電子技術(shù)》第14章汽車新型電子控制系統(tǒng)第一頁(yè)，共31頁(yè)。

車載導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)單地說就是車載導(dǎo)航的受信系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過全球定位系統(tǒng)（GPS）天線，接受從人造衛(wèi)星傳來的電波，經(jīng)計(jì)測(cè)速度回轉(zhuǎn)儀對(duì)車速的計(jì)算，解析出目前自己所處的位置的數(shù)據(jù)，由收錄了地圖的只讀式緊湊光盤（CD-ROM）進(jìn)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(dá)目的地的最佳線路以及通常情況下所需要的時(shí)間。該系統(tǒng)可通過語(yǔ)言應(yīng)答裝置來模仿人的聲音，及時(shí)地給駕駛者提供左右轉(zhuǎn)彎及路名等語(yǔ)音指示。車載導(dǎo)航系統(tǒng)必須滿足以下要求：系統(tǒng)能夠在90%的行程時(shí)間內(nèi)確定車輛當(dāng)前位置，與實(shí)際位置偏差小于20m；系統(tǒng)能夠?qū)④囕v當(dāng)前位置轉(zhuǎn)換為地圖坐標(biāo)，且轉(zhuǎn)換到最吻合的路段位置；系統(tǒng)能將車輛當(dāng)前位置顯示在地圖上，并能讓駕駛者看到；系統(tǒng)能夠接受旅行目的地請(qǐng)求，并給出到達(dá)目的地的最佳路線；系統(tǒng)能根據(jù)整個(gè)規(guī)劃路線的相關(guān)方向的行駛指令輸出語(yǔ)音和視覺指示；系統(tǒng)能確定車輛是否“偏離路線”即偏離規(guī)劃路段；系統(tǒng)能從當(dāng)前錯(cuò)誤位置開始重新規(guī)劃路線來糾正“偏離路線”狀態(tài)。第一節(jié)車載導(dǎo)航系統(tǒng)第二頁(yè)，共31頁(yè)。圖14-1車載導(dǎo)航系統(tǒng)的組成和布置

1.車載導(dǎo)航系統(tǒng)的組成和布置第三頁(yè)，共31頁(yè)。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)

2.道路地圖數(shù)據(jù)

按一定比例劃分成若干區(qū)域

以航空測(cè)量出的地形道路圖為基礎(chǔ)

第四頁(yè)，共31頁(yè)。圖14-3CD-ROM數(shù)據(jù)庫(kù)a）描繪數(shù)據(jù)組成b）地圖描繪之例（1/20000）c）CD-ROM數(shù)據(jù)庫(kù)第五頁(yè)，共31頁(yè)。

3.汽車導(dǎo)航傳感器

1)地磁傳感器圖14-4地磁傳感器a）外形b）勵(lì)磁狀態(tài)c）附加與線圈相平行的外磁場(chǎng)時(shí)d）附加與線圈成45°的外磁場(chǎng)時(shí)高導(dǎo)磁性鈹鉬合金第六頁(yè)，共31頁(yè)。圖14-5地磁傳感器的方位輸出2)陀螺羅盤高速旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。利用這個(gè)性質(zhì)，可對(duì)空間物體的姿勢(shì)（側(cè)傾、縱向傾斜、偏轉(zhuǎn)等）或速度進(jìn)行檢測(cè)。它常用于船舶和飛機(jī)等的自動(dòng)操縱和搖動(dòng)穩(wěn)定性控制裝置上。為了知道汽車的前進(jìn)方向和方位，作為汽車用陀螺羅盤，常見的有以下兩種:第七頁(yè)，共31頁(yè)?！镎駝?dòng)陀螺是對(duì)振動(dòng)板附加角速度時(shí)，測(cè)定作用在與振動(dòng)相垂直方向上的哥氏力，來求角速度的方式。圖14-6振動(dòng)陀螺a）外形b）原理c）信號(hào)處理d）輸出特性第八頁(yè)，共31頁(yè)?！锕饫w維陀螺圖14-7光纖維陀螺a）原理b）相位調(diào)制方式電路第九頁(yè)，共31頁(yè)。3)氣體速率陀螺儀

基本原理：對(duì)噴嘴噴射的氦氣流施以角速度時(shí)，氣流由于慣性而彎曲。圖14-8氣體速率陀螺儀a）結(jié)構(gòu)b）原理4)

GPSGPS是通過測(cè)量從人造衛(wèi)星發(fā)射的無線電電波到達(dá)地面的時(shí)間，來計(jì)算衛(wèi)星與地面的距離，從而確定位置的一種系統(tǒng)。第十頁(yè)，共31頁(yè)。圖14-9GPSa）衛(wèi)星軌道b）測(cè)定原理GPS系統(tǒng)是在地球的上空20183km處的6個(gè)軌道面上，按等間隔分別布置3個(gè)，計(jì)18個(gè)軌道衛(wèi)星。無論在地球的何處，總是能夠接收到來自4個(gè)衛(wèi)星的電波。軌道面與赤道成55°，各衛(wèi)星在1天內(nèi)圍繞地球回轉(zhuǎn)2圈。到1992年，計(jì)劃布置包括備用在內(nèi)共21個(gè)GPS衛(wèi)星。第十一頁(yè)，共31頁(yè)。5)信標(biāo)

電波式和光式兩種。建設(shè)正在開發(fā)的電波信標(biāo)，用2.5GHz頻帶的微電波，現(xiàn)正在開發(fā)的光信標(biāo)，用波長(zhǎng)850mm的紅外線進(jìn)行通信。安裝在交叉點(diǎn)附近的道路標(biāo)識(shí)柱或信號(hào)器等處，備有接收裝置的汽車通過其附近時(shí)，接收電波或光信號(hào)。來自信標(biāo)的信息是屬于點(diǎn)式信息，但也可以用于推測(cè)導(dǎo)航法的誤差補(bǔ)償上。4.地圖微調(diào)導(dǎo)航法

在汽車位置推測(cè)導(dǎo)航法中，對(duì)由于方位沒定的誤差、各種傳感器的誤差、道路地圖與實(shí)際道路之間的不重合等而引起的累積誤差需要及時(shí)補(bǔ)償。所謂地圖微調(diào)，是指將通過推測(cè)導(dǎo)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(rèn)為在形狀上以最高的概率相一致的地圖上的道路上，自動(dòng)修正自車位置的功能。◆車輛位置修正◆多經(jīng)路追跡

◆距離偏差補(bǔ)償

第十二頁(yè)，共31頁(yè)。圖14-10地圖微調(diào)a）車輛位置修正b）多經(jīng)路追跡第十三頁(yè)，共31頁(yè)。第二節(jié)整車綜合控制系統(tǒng)底盤和車身的綜合控制系統(tǒng)電子穩(wěn)定程序控制系統(tǒng)主動(dòng)式車身狀態(tài)控制系統(tǒng)自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)駕駛員智能支持系統(tǒng)

1.電子穩(wěn)定程序控制系統(tǒng)（ESP）第十四頁(yè)，共31頁(yè)。在汽車行駛過程中，不斷受到橫向和縱向的作用力。當(dāng)橫向力（側(cè)向力）超過車輪的側(cè)向抓地力時(shí)，汽車的方向操縱能力將大大降低，甚至失控，從而嚴(yán)重影響行車安全。在直線行駛時(shí)，制動(dòng)力分配不均的制動(dòng)工況在冰雪路面上的加速工況高速轉(zhuǎn)彎工況急轉(zhuǎn)彎工況方向失控的工況ESP解決能保證車輛穩(wěn)定運(yùn)行，大大提高了行車安全性第十五頁(yè)，共31頁(yè)。圖14-11ESP組成構(gòu)造1－與ECU相連的ESP液壓調(diào)節(jié)器2－輪速傳感器3－點(diǎn)火模塊4－發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)ECU5－節(jié)氣門執(zhí)行器6－與橫向加速度傳感器集成一體的側(cè)滑傳感器7－踏板行程傳感器8－轉(zhuǎn)向角傳感器9－燃油噴射器★ESP組成構(gòu)造第十六頁(yè)，共31頁(yè)。圖14-12ESP糾正過度轉(zhuǎn)向和不足轉(zhuǎn)向a）過度轉(zhuǎn)向b）不足轉(zhuǎn)向2.主動(dòng)式車身狀態(tài)控制系統(tǒng)

用以消除由車輛轉(zhuǎn)彎、加速和制動(dòng)所引起的各種不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。第十七頁(yè)，共31頁(yè)。圖14-13主動(dòng)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(jī)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－車身橫向加速度傳感器8－管路9－控制單元第十八頁(yè)，共31頁(yè)。（1）電子元件當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，傳感器立刻檢測(cè)出車身的傾斜和橫向加速度。每10ms刷新一次計(jì)算數(shù)據(jù)。駕駛員可根據(jù)需要選擇“普通”或“運(yùn)動(dòng)”兩種模式來改變輸出值。（2）液壓元件在汽車的4個(gè)懸架滑柱中，彈簧的上方裝有液壓柱塞，由計(jì)算機(jī)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(dāng)柱塞向下移動(dòng)時(shí)，彈簧加載，從而使車身回正。（3）機(jī)械元件可快速補(bǔ)償車身的低頻運(yùn)動(dòng)，比如由轉(zhuǎn)彎和下沉引起的車身運(yùn)動(dòng)，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(yīng)巡航控制系統(tǒng)以前只有警察在公路上用雷達(dá)監(jiān)測(cè)汽車是否超速，現(xiàn)在德爾福公司把雷達(dá)用在了自適應(yīng)巡航控制ACC（AdaptiveCruiseControl）系統(tǒng)中。當(dāng)汽車在行駛中啟用巡航控制時(shí)，這個(gè)系統(tǒng)用一個(gè)袖珍雷達(dá)傳感器來監(jiān)測(cè)前面的車輛，并進(jìn)行調(diào)整，以與前車保持一個(gè)設(shè)定的間隔。如果前面的車輛突然減速，自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)也會(huì)讓自己的車減速以維持一個(gè)安全距離。第十九頁(yè)，共31頁(yè)。4.駕駛員智能支持系統(tǒng)日本本田公司的一項(xiàng)正在開發(fā)中的技術(shù)，它可以大大減輕在高速公路行駛中的駕駛員的疲勞，因?yàn)樗坏珪?huì)與前車保持一定車距，而且會(huì)認(rèn)路。圖14-15駕駛員智能支持系統(tǒng)第二十頁(yè)，共31頁(yè)。

本田公司圍繞汽車安全性的研究集中于如何使車輛在實(shí)際行駛中避免因駕駛員的錯(cuò)誤而造成傷害；它有一個(gè)研究項(xiàng)目叫做先進(jìn)安全車輛（ASV），而HIDS則是從ASV中演變出來的一個(gè)項(xiàng)目。這個(gè)系統(tǒng)，可以偵查到前方有無車輛并相應(yīng)地控制HIDS車的速度，可以識(shí)別道路上的車道標(biāo)志并在車輛偏離車道時(shí)作出調(diào)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。★控制車速及與前車的距離★控制HIDS車在車道中心位置

★偏移警告

★人機(jī)界面

本技術(shù)是無人駕駛的基礎(chǔ)。第二十一頁(yè)，共31頁(yè)。第三節(jié)汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（VSC）為了在汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)提供良好的循跡穩(wěn)定性，VSC應(yīng)運(yùn)而生。在無法預(yù)料的情況或外部因素下，如路面狀況、車速、和緊急避讓，車輛會(huì)呈現(xiàn)不足轉(zhuǎn)向或過多轉(zhuǎn)向趨勢(shì)。在這種情況下，汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)會(huì)抑制過量不足轉(zhuǎn)向或過多轉(zhuǎn)向，修正到原有正常路徑的循跡行駛，以使車輛穩(wěn)定。1.

轉(zhuǎn)彎界限上車輛的不穩(wěn)定性圖14-16方向盤操作過渡時(shí)的車輛不穩(wěn)定現(xiàn)象a）過渡操作時(shí)車身側(cè)滑用和側(cè)滑角速度d之間的關(guān)系b）前輪側(cè)滑角與旋轉(zhuǎn)半徑R之間的關(guān)系第二十二頁(yè)，共31頁(yè)。2.汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的控制方法轉(zhuǎn)向操縱不穩(wěn)定現(xiàn)象是伴隨前后輪的側(cè)滑及橫擺運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的，所以為了獲得良好的操縱穩(wěn)定性，需要控制適當(dāng)?shù)膫?cè)偏角。1）隨車身的側(cè)偏角及其變化率的增加在前外輪上施加制動(dòng)力，以控制自轉(zhuǎn)穩(wěn)定性的方法；2）隨前輪側(cè)偏角的增加，以后輪的內(nèi)輪為中心，附加制動(dòng)力的控制方法。1）抑制過量不足轉(zhuǎn)向

工程實(shí)際中，較簡(jiǎn)化的控制方式有以下兩種。汽車是否處于不足轉(zhuǎn)向狀態(tài)可由目標(biāo)側(cè)向擺動(dòng)率和汽車實(shí)際側(cè)向擺動(dòng)率之差確定。2）抑制過量過多轉(zhuǎn)向汽車是否處于過多轉(zhuǎn)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(shí)間的變化而改變）來確定。第二十三頁(yè)，共31頁(yè)。圖14-17VSC的控制3.汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的組成傳感器部分（方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、減速度傳感器、車身偏擺角速度傳感器、制動(dòng)油路油壓傳感器、輪速傳感器等）控制單元

控制制動(dòng)力和牽引力的執(zhí)行器部分

第二十四頁(yè)，共31頁(yè)。4.主要部件的結(jié)構(gòu)和原理①減速度傳感器

圖14-18減速度傳感器

圖14-19轉(zhuǎn)向角度傳感器

②轉(zhuǎn)向角度傳感器

側(cè)向擺動(dòng)率傳感器

③

采用音叉形狀振動(dòng)式速率陀螺儀。每個(gè)振子由振動(dòng)部分和檢測(cè)部分組成，振動(dòng)部分與檢測(cè)部分的夾角為90°。壓電陶瓷元件的特性是當(dāng)給其施加電壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生變形，而當(dāng)陶瓷元件受外力變形時(shí)會(huì)產(chǎn)生電壓。第二十五頁(yè)，共31頁(yè)。

④制動(dòng)執(zhí)行器

在原來的ABS和TRC執(zhí)行器的基礎(chǔ)之上，增加了控制前輪制動(dòng)器壓力的油路，以便適應(yīng)穩(wěn)定性控制。制動(dòng)執(zhí)行器由15個(gè)兩位電磁閥，3個(gè)壓力調(diào)節(jié)閥，油泵和儲(chǔ)油缸組成。⑤

ECUECU除正常控制ABS、TRC和VSC之外，還有下列作用：1）初始檢查當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)轉(zhuǎn)到ON位置，并且車速達(dá)到或接近6km/h時(shí)，ECU進(jìn)行初始檢查。依次檢查執(zhí)行器的每個(gè)電磁閥和泵的電機(jī)。2）自診斷如果ECU檢測(cè)到ABS、TRC或VSC系統(tǒng)有故障，將在多信息顯示器上顯示字母“CHECKVSC”或使ABS警告燈和VSCOFF指示燈閃亮，提醒駕駛員發(fā)生了故障。ECU也存儲(chǔ)故障碼。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(cè)儀提取。3）失效保護(hù)如果ECU系統(tǒng)發(fā)生故障，ECU會(huì)停止對(duì)ABS、TRC或VSC的控制。這時(shí)，制動(dòng)器和節(jié)氣門會(huì)像無ABS、TRC或VSC的汽車那樣工作。5.汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的工作過程第二十六頁(yè)，共31頁(yè)。工作原理：根據(jù)ECU判定的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過控制節(jié)氣門開啟角度以及控制制動(dòng)壓力。制動(dòng)壓力的控制是由制動(dòng)執(zhí)行器的電磁閥完成的。電磁閥控制油泵產(chǎn)生的壓力并根據(jù)不同情況將壓力施加給每個(gè)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(zhuǎn)向時(shí)，后輪施加制動(dòng)。過多轉(zhuǎn)向時(shí)，前外側(cè)車輪制動(dòng)，后車輪按需要制動(dòng)。圖14-20VSC工作過程第二十七頁(yè)，共31頁(yè)。第四節(jié)汽車電子伺服操縱目前，汽車在行駛中的一切運(yùn)動(dòng)方式，如加速、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向等都是由駕駛員來操縱；但是未來的汽車電子技術(shù)將使情況徹底改觀，各種操縱都不再通過一些機(jī)械傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，而是用電路將汽車的各個(gè)操縱系統(tǒng)連接起來。遍布全車的傳感器將信息傳送到電子控制組件（模塊）處，控制組件向各系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，使各系統(tǒng)動(dòng)作起來，實(shí)現(xiàn)不同的操縱。它們都是一些智能系統(tǒng)，能不間斷地監(jiān)視路面和車輛性能。

例如，電子伺服節(jié)氣門控制（Throttle-by-wire），是一個(gè)由踏板加傳感器構(gòu)成的組件，傳感器把駕駛員加速的意圖傳達(dá)給發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)，同時(shí)以踏力給駕駛員以反饋。發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)命令電動(dòng)機(jī)將節(jié)氣門調(diào)到適當(dāng)開度，并同步調(diào)節(jié)空氣、燃油和排氣量，從而使汽車加速。電子伺服油門控制，將使傳統(tǒng)的油門拉線“壽終正寢”。除了電子伺服節(jié)氣門控制，德爾福研究中心正在開發(fā)的電子伺服油門控制和電子伺服制動(dòng)、戴姆勒－克萊斯勒公司推出的測(cè)控一體化制動(dòng)系統(tǒng)、電子伺服轉(zhuǎn)向、電子伺服懸架控制、電子伺服側(cè)傾控制等不但能提高車輛的性能，改善對(duì)環(huán)境的保護(hù)，還可取消車上某些傳統(tǒng)的機(jī)械裝置，騰出