智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù) 課件 項(xiàng)目五 底盤線控驅(qū)動(dòng)技術(shù)

任務(wù)1底盤線控驅(qū)動(dòng)技術(shù)01任務(wù)1底盤線控驅(qū)動(dòng)技術(shù)02任務(wù)引入任務(wù)引入汽車底盤從機(jī)械化—電控化—線控化演變，線控底盤在電動(dòng)化基礎(chǔ)上發(fā)展而來。1980年以前，汽車底盤以機(jī)械、液壓助力為主；1980年以后，伴隨線控油門、電控空氣懸架的量產(chǎn)，汽車底盤逐步向電控化發(fā)展；2000年以來，隨著電機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，以EPS、電動(dòng)泵、ESP等電子電氣組件為代表的電動(dòng)底盤部件得到了快速應(yīng)用和發(fā)展，底盤持續(xù)由機(jī)械向電動(dòng)轉(zhuǎn)變。線控?fù)Q擋取消了檔位與變速器之間的機(jī)械連接，突破了傳統(tǒng)換擋桿必須放在中控與變速箱硬連接的限制。對燃油車來說，線控?fù)Q擋是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泊車的必需配置，目前主要應(yīng)用于中高端。新能源汽車目前以單檔減速器為主，換擋部件用于傳遞信號給整車控制器，均采用線控?fù)Q擋。那么線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是如何工作的呢？03任務(wù)目標(biāo)能夠熟悉線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作原理ABC3能夠熟悉常見的線控驅(qū)動(dòng)技術(shù)4能夠理解線控驅(qū)動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)2能夠熟悉線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制過程1能夠熟悉線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作原理線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述線控驅(qū)動(dòng)的主要組成部分有：電子油門踏板、動(dòng)力控制器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)。電子油門踏板用于識別駕駛員的加速意圖，該電信號被電機(jī)控制器采集，電機(jī)控制器識別出駕駛員加速意圖后，向驅(qū)動(dòng)電機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出指令驅(qū)動(dòng)車輛加速。線控驅(qū)動(dòng)過程中取消了原來機(jī)械驅(qū)動(dòng)中物理的機(jī)械連接，采用線控方式來實(shí)現(xiàn)車輛的運(yùn)動(dòng)或控制，如下圖所示。線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述圖5-1-2線控驅(qū)動(dòng)與機(jī)械驅(qū)動(dòng)的區(qū)別線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件主要有線控油門、線控?fù)Q檔、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器。05線控油門線控油門線控油門又稱電子油門控制系統(tǒng)，主要由油門踏板、踏板位置傳感器、ECU（電控單元）、數(shù)據(jù)總線、電機(jī)和電子節(jié)氣門執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。如下圖所示。圖5-1-3線控油門控制器的組成線控油門與傳統(tǒng)拉線油門相比的優(yōu)缺點(diǎn)如下：①與傳統(tǒng)拉線油門相比優(yōu)點(diǎn)：舒適性、經(jīng)濟(jì)性好、穩(wěn)定性高且不易熄火。②與傳統(tǒng)油門相比缺點(diǎn)：有延遲效果，沒有拉線油門反應(yīng)快。06線控?fù)Q檔線控?fù)Q檔線控?fù)Q檔系統(tǒng)由換擋選擇模塊、換檔電控單元、換擋執(zhí)行模塊、停車控制ECU、停車執(zhí)行機(jī)構(gòu)和檔位指示燈等組成，線控?fù)Q檔也稱為電子換檔，與手動(dòng)檔、傳統(tǒng)自動(dòng)檔的不同點(diǎn)如下圖所示。圖5-1-4三種換檔的比較線控?fù)Q檔線控?fù)Q檔系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：線控?fù)Q檔消除了傳統(tǒng)機(jī)械部件與變速器聯(lián)動(dòng)的約束，從而提升了設(shè)計(jì)自由度；換檔齒輪的切換由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，減少了操縱力，結(jié)構(gòu)簡化，換檔響應(yīng)快，操控靈敏。駐車時(shí)，只需輕觸駐車開關(guān)就可實(shí)現(xiàn)駐車換檔，提高燃油經(jīng)濟(jì)性，可節(jié)油5%。07驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其作用是將動(dòng)力電池的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)車輪，或由其直接驅(qū)動(dòng)車輪，主要有輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)、輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)、集中式電機(jī)驅(qū)動(dòng)。輪轂電機(jī)技術(shù)也被稱為車輪內(nèi)裝電機(jī)技術(shù)，它的最大特點(diǎn)就是將動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置和制動(dòng)裝置都整合到輪轂內(nèi)，所謂輪邊電機(jī)是電機(jī)裝在車輪邊上以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)該車輪；電動(dòng)機(jī)不是集成在車輪內(nèi)，而是通過傳動(dòng)裝置連接到車輪。輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)子型式主要分成兩種結(jié)構(gòu)型式：內(nèi)轉(zhuǎn)子式和外轉(zhuǎn)子式。輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)，如圖所示。驅(qū)動(dòng)電機(jī)圖5-1-5輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖外轉(zhuǎn)子式采用低速外轉(zhuǎn)子電機(jī)，電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速在1000-1500r/min，無減速裝置，車輪的轉(zhuǎn)速與電機(jī)相同；內(nèi)轉(zhuǎn)子式則采用高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)，配備固定傳動(dòng)比的減速器，為獲得較高的功率密度，電機(jī)的轉(zhuǎn)速可高達(dá)10000r/min。輪轂電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，如下圖所示。驅(qū)動(dòng)電機(jī)圖5-1-6輪轂電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)輪轂電機(jī)的缺點(diǎn)，如下圖所示。圖5-1-7輪轂電機(jī)的缺點(diǎn)電動(dòng)汽車集中式電動(dòng)機(jī)：目前我們所熟知的新能源車型例如特斯拉、北汽新能源、比亞迪純電動(dòng)轎車系列產(chǎn)品、江淮系列等等主流的純電動(dòng)產(chǎn)品均采用集中式電動(dòng)機(jī)這一形式，如下圖所示。驅(qū)動(dòng)電機(jī)圖5-1-8集中式電機(jī)08電機(jī)控制器電機(jī)控制器電機(jī)控制器通常稱為MCU，其作用是控制電機(jī)的電壓或電流，完成電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向的控制，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車變速和變向。驅(qū)動(dòng)控制器通過把微電子器件和功率器件集成到同一芯片上，變成了功率集成電路(PIC)，俗稱“智能功率(IPM)”，電機(jī)控制器MCU的控制如下圖所示。圖5-1-9電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電機(jī)控制器線控技術(shù)就是為了將汽車各系統(tǒng)相互結(jié)合、相互作用，更好地發(fā)揮各個(gè)子系統(tǒng)的性能，以求獲得最佳的汽車整體性能，提高汽車的操縱性、穩(wěn)定性和安全性，使汽車具有一定的智能化，最終實(shí)現(xiàn)無人駕駛。線控技術(shù)的發(fā)展空間非常廣闊，隨著汽車電子化的不斷深入，線控技術(shù)將在汽車上得到普遍應(yīng)用，笨重、精確度低的機(jī)械系統(tǒng)將被精確、敏感的電子傳感器和執(zhí)行元件所代替，汽車傳統(tǒng)的操縱機(jī)構(gòu)、操縱方式、執(zhí)行機(jī)構(gòu)也將會發(fā)生根本性的變革。任務(wù)2底盤線控轉(zhuǎn)向技術(shù)任務(wù)引入乘用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已基本完成從機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（MS）、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）向電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）的轉(zhuǎn)型，目前乘用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以EPS為主，滲透率已超過95%。在智能駕駛催化下，線控轉(zhuǎn)向技術(shù)是未來的發(fā)展重心。那么，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是如何工作的呢？任務(wù)目標(biāo)1能夠熟悉線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的概念與工作原理2能夠熟悉線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理3能夠熟悉常見的線控轉(zhuǎn)向技術(shù)4能夠理解線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的特點(diǎn)知識鏈接線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SteerByWire，SBW）去掉了轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪之間的機(jī)械連接，是主動(dòng)轉(zhuǎn)向干預(yù)的一種方式線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，完全擺脫了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各種限制。SBW系統(tǒng)可根據(jù)車速?zèng)Q定助力大小，高速時(shí)起阻力作用，防止方向盤發(fā)飄。典型線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下圖所示。圖5-2-1典型線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)線控轉(zhuǎn)向組成與工作過程線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將動(dòng)作轉(zhuǎn)化成電信號，由電線來傳遞指令操縱汽車。線控系統(tǒng)需要高性能的控制器，如Freescale半導(dǎo)體公司提供的MPC500/MPC5500系列微處理器。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由方向盤模塊、主控制器ECU、故障處理控制器、轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊和電源組成。如下圖所示。圖5-2-2線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成原理09方向盤模塊方向盤模塊方向盤模塊包括轉(zhuǎn)向盤組件、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、力矩傳感器、轉(zhuǎn)向盤回正力矩電機(jī)。其主要功能是將駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖(通過測量轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并傳遞給主控制器，同時(shí)主控制器向轉(zhuǎn)向盤回正力矩電機(jī)發(fā)送控制信號，產(chǎn)生轉(zhuǎn)向盤回正力矩，以提供給駕駛員相應(yīng)的路感信息。10主控制器ECU主控制器ECU主控制器對采集的信號進(jìn)行分析處理，判別汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，向轉(zhuǎn)向盤回正力矩電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)發(fā)送命令，控制兩個(gè)電機(jī)協(xié)調(diào)工作。主控制器還可以對駕駛員的操作指令進(jìn)行識別，判定在當(dāng)前狀態(tài)下駕駛員的轉(zhuǎn)向操作是否合理。當(dāng)汽車處于非穩(wěn)定狀態(tài)或駕駛員發(fā)出錯(cuò)誤指令時(shí)，前輪線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行穩(wěn)定控制或?qū)Ⅰ{駛員錯(cuò)誤的轉(zhuǎn)向操作屏蔽，以合理的方式自動(dòng)駕駛車輛，使汽車盡快恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。11故障處理控制器故障處理控制器故障處理控制器主要包括自動(dòng)防故障系統(tǒng)，是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要模塊。它包括一系列的監(jiān)控和實(shí)施算法，針對不同的故障形式和故障等級做出相應(yīng)的處理，以求最大限度的保持汽車的正常行駛。12轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊包括前輪轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)、電機(jī)控制器和前輪轉(zhuǎn)向組件等。其功能是將測得的前輪轉(zhuǎn)角信號反饋給主控制器，并接受主控制器的命令，控制轉(zhuǎn)向盤完成所要求的前輪轉(zhuǎn)角，實(shí)現(xiàn)駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作過程當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向傳感器和轉(zhuǎn)向角傳感器檢測到駕駛員轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角，并轉(zhuǎn)變成電信號輸入到ECU。ECU根據(jù)車速傳感器和安裝在轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上的位移傳感器的信號來控制轉(zhuǎn)矩反饋電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，并根據(jù)轉(zhuǎn)向力模擬,生成反饋轉(zhuǎn)矩,提供路感。并控制轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向、轉(zhuǎn)矩大小和旋轉(zhuǎn)角度,通過機(jī)械轉(zhuǎn)向裝置控制轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向位置，使汽車沿著駕駛員期望的軌跡行駛。如下圖所示。圖5-2-3線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制過程線控轉(zhuǎn)向關(guān)鍵技術(shù)作為目前最先進(jìn)的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)形式，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)融合運(yùn)用了控制理論、電子技術(shù)等多領(lǐng)域知識由于其不受機(jī)械連接的限制，可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制和補(bǔ)償，有利于改善汽車轉(zhuǎn)向的操縱穩(wěn)定性。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)主要包括：（1）轉(zhuǎn)矩傳感器的功用是測量駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩大小和方向。（2）轉(zhuǎn)向角傳感器的功用是測量駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角大小和方向。（3）車速傳感器的功用是測量車輛的行駛速度。（4）轉(zhuǎn)矩反饋電動(dòng)機(jī)的功用是根據(jù)ECU的指令輸出適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩，模擬、產(chǎn)生轉(zhuǎn)向盤的反饋力矩，以提供駕駛員相應(yīng)的路感信息。（5）轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)的功用是根據(jù)ECU的指令控制轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角。線控轉(zhuǎn)向關(guān)鍵技術(shù)（6）ECU是SBW系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部分，決定著線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制效果，包括輸入處理電路、微處理器、輸出電路和電源電路等，對各類傳感器所采集的信號進(jìn)行分析處理，然后向轉(zhuǎn)矩反饋電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)發(fā)出指令，對電動(dòng)機(jī)電壓和電流進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，以實(shí)現(xiàn)線控轉(zhuǎn)向功能。SBW系統(tǒng)在EPS系統(tǒng)上發(fā)展而來，相對于EPS需要增加冗余功能，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有兩種方式：取消方向盤與轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械連接，通過多個(gè)電機(jī)和控制器來增加系統(tǒng)的冗余度；在方向盤與轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間增加一個(gè)電磁離合器作為失效備份，來增加系統(tǒng)的冗余度控制方式，如下圖所示。線控轉(zhuǎn)向關(guān)鍵技術(shù)圖5-2-4線控轉(zhuǎn)向冗余度的控制方式駕駛員轉(zhuǎn)向介入識別駕駛員轉(zhuǎn)向手力識別主要判斷駕駛員是否介入轉(zhuǎn)向控制，解析駕駛員作用在方向盤上的轉(zhuǎn)向手力，判斷駕駛員介入轉(zhuǎn)向控制的強(qiáng)度。硬件配置包括方向盤轉(zhuǎn)角傳感器（裝有ESC的車型自帶轉(zhuǎn)角傳感器，無需額外增配）、方向盤轉(zhuǎn)矩傳感器（裝有EPS的車型自帶轉(zhuǎn)角傳感器，無需額外增配）、方向盤力傳感器（在轉(zhuǎn)向管柱處加裝，可用低成本的應(yīng)變片替代）。算法主要有識別駕駛員是否正在握持或脫離方向盤和駕駛員手力大小計(jì)算對駕駛員握持或脫離方向盤的判定。駕駛員手力計(jì)算旨在計(jì)算在方向盤平面的左右手握持方向盤處的各自的切向力和左、右手握持方向盤處的徑向合力，共計(jì)3個(gè)變量。如圖所示。駕駛員轉(zhuǎn)向介入識別圖5-2-5駕駛員轉(zhuǎn)向介入識別算法邏輯圖算法原理：采用二階轉(zhuǎn)向系統(tǒng)建模，將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)單自由度二階振動(dòng)系統(tǒng)模型。如圖所示。駕駛員轉(zhuǎn)向介入識別圖5-2-6二階轉(zhuǎn)向系統(tǒng)建模由于駕駛員握持方向盤增加了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，振動(dòng)系統(tǒng)在低頻段的響應(yīng)會更加明顯。通過分析實(shí)時(shí)采集的信號，將一定時(shí)間窗口的信號在低頻段的振幅與預(yù)設(shè)的振幅閾值進(jìn)行對比，可以得出駕駛員是否正在握持/脫離方向盤的判斷。駕駛員轉(zhuǎn)向介入識別圖5-2-7試驗(yàn)結(jié)果及頻譜分析結(jié)果完全脫離和握持方向盤（輕握和重握）下，低頻段（1Hz-2Hz）的振幅有很大差別。通過預(yù)設(shè)合理的低頻幅值閾值并且結(jié)合合理的轉(zhuǎn)矩閾值，可以實(shí)現(xiàn)駕駛員手握持/脫離方向盤的判定。試驗(yàn)結(jié)果及頻譜分析結(jié)果，如上圖5-2-7所示。13提高汽車安全性能提高汽車安全性能去除了轉(zhuǎn)向柱等機(jī)械連接，完全避免了撞車事故中轉(zhuǎn)向柱對駕駛員的傷害；智能化的ECU根據(jù)汽車的行駛狀態(tài)判斷駕駛員的操作是否合理，并做出相應(yīng)的調(diào)整；當(dāng)汽車處于極限工況時(shí)，能夠自動(dòng)對汽車進(jìn)行穩(wěn)定控制。14改善駕駛特性，增強(qiáng)操縱性改善駕駛特性，增強(qiáng)操縱性基于車速、牽引力控制以及其它相關(guān)參數(shù)基礎(chǔ)上的轉(zhuǎn)向比率(轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和車輪轉(zhuǎn)角的比值)不斷變化，低速行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向比率低，可以減少轉(zhuǎn)彎或停車時(shí)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角度；高速行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向比率變大，獲得更好的直線行駛條件。15改善駕駛員的路感改善駕駛員的路感由于轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間無機(jī)械連接，駕駛員“路感”通過模擬生成。可以從信號中提出最能夠反應(yīng)汽車實(shí)際行駛狀態(tài)和路面狀況的信息，作為轉(zhuǎn)向盤回正力矩的控制變量，使轉(zhuǎn)向盤僅向駕駛員提供有用信息，從而為駕駛員提供更為真實(shí)的“路感”。16增強(qiáng)汽車舒適性增強(qiáng)汽車舒適性由于消除了機(jī)械結(jié)構(gòu)連接，地面的不平和轉(zhuǎn)向輪的不平衡不會傳遞到轉(zhuǎn)向軸上，從而減緩了駕駛員的疲勞；駕駛員的腿部活動(dòng)空間和汽車底盤的空間明顯增大。17體現(xiàn)個(gè)性化的設(shè)置體現(xiàn)個(gè)性化的設(shè)置1可以根據(jù)駕駛員需求設(shè)置傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)向盤反饋力矩。以滿足不同駕駛員不同的轉(zhuǎn)向需求。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的缺點(diǎn)主要有：2（1）需要較高功率的力反饋電機(jī)和轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)；3（2）復(fù)雜的力反饋電機(jī)和轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)的算法實(shí)現(xiàn)；冗余設(shè)備導(dǎo)致額外增加成本和重量任務(wù)3底盤線控制動(dòng)技術(shù)任務(wù)引入線控制動(dòng)能夠解決電動(dòng)車真空助力缺失問題和實(shí)現(xiàn)能量回收，并實(shí)現(xiàn)快速制動(dòng)響應(yīng)，滿足自動(dòng)駕駛需求。目前主流的行車制動(dòng)系統(tǒng)為融入了ABS/ESC的電子控制制動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)踏下制動(dòng)踏板后，真空助力器放大作用力，推動(dòng)主缸活塞釋放制動(dòng)液，再由ABS/ESC模塊計(jì)算、分配制動(dòng)力，最后制動(dòng)液推動(dòng)卡鉗內(nèi)活塞使制動(dòng)塊夾緊制動(dòng)盤，完成制動(dòng)。由于自動(dòng)駕駛在執(zhí)行層要求更短的制動(dòng)響應(yīng)速度（300ms→120ms），而且新能源汽車無發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生真空助力，提升能量回收效率需要實(shí)現(xiàn)踏板解耦，現(xiàn)有制動(dòng)系統(tǒng)無法滿足新能源與自動(dòng)駕駛汽車的需求，而線控制動(dòng)能夠同時(shí)解決上述的問題。那么線控制動(dòng)系統(tǒng)是如何工作的呢？任務(wù)目標(biāo)冗余設(shè)備導(dǎo)致額外增加成本和重量任務(wù)3底盤線控制動(dòng)技術(shù)22能夠熟悉線控制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理33能夠理解線控制動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)11能夠熟悉線控制動(dòng)系統(tǒng)的概念與工作原理4知識鏈接冗余設(shè)備導(dǎo)致額外增加成本和重量線控制動(dòng)系統(tǒng)概述線控制動(dòng)（brake-by-wire）是指線控制動(dòng)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，簡稱為BBW。它是一系列智能制動(dòng)控制系統(tǒng)的集成，諸如ABS、車輛穩(wěn)定性控制、助力制動(dòng)、牽引力控制等等現(xiàn)有制動(dòng)系統(tǒng)的功能，并通過車載有線網(wǎng)絡(luò)把各個(gè)系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合成一個(gè)完整的功能體系，其組成如下圖所示：冗余設(shè)備導(dǎo)致額外增加成本和重量線控制動(dòng)系統(tǒng)概述圖5-3-1線控制動(dòng)系統(tǒng)的組成制動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，按照力的傳遞方式不同，可以劃分為以下三個(gè)階段：第一個(gè)階段是機(jī)械制動(dòng)，制動(dòng)能量完全由人體來提供，因此對制動(dòng)力要求不高，這個(gè)階段汽車的主要特點(diǎn)是：質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)簡陋、動(dòng)力不足、行駛緩慢，因此對制動(dòng)力要求不高依靠純機(jī)械式制動(dòng)系統(tǒng)便足以滿足制動(dòng)要求。因此，當(dāng)時(shí)的制動(dòng)系統(tǒng)和現(xiàn)在的自行車一樣，就是單純靠駕駛者通過簡單的機(jī)械裝置向制動(dòng)器施加作用力來實(shí)現(xiàn)剎車第二個(gè)階段是壓力制動(dòng)，包含液壓制動(dòng)和氣壓制動(dòng)，這個(gè)階段的主要特點(diǎn)是：汽車質(zhì)量越來越大，車速越來越快，對制動(dòng)系統(tǒng)要求越來越高，所以必須借助相關(guān)的助力器（例如：真空助力器）裝置，通過制動(dòng)液或者氣體傳遞制動(dòng)壓力。在此階段還出現(xiàn)了電子制動(dòng)系統(tǒng)，如ABS等。冗余設(shè)備導(dǎo)致額外增加成本和重量線控制動(dòng)系統(tǒng)概述第三個(gè)階段是線控制動(dòng)，這個(gè)階段的制動(dòng)系統(tǒng)不僅僅為了滿足制動(dòng)性能要求，更多的是為了追求高效能、可靠性、集成化等特性。線控制動(dòng)系統(tǒng)即電子控制制動(dòng)系統(tǒng)，分為電子機(jī)械式線控制動(dòng)系統(tǒng)（EMB）和電子液壓式線控制動(dòng)系統(tǒng)EHB，EMB無液壓后備，EHB有液壓后備，如下圖所示。圖5-3-2線控制動(dòng)系統(tǒng)冗余設(shè)備導(dǎo)致額外增加成本和重量線控制動(dòng)系統(tǒng)的組成與原理線控制動(dòng)系統(tǒng)線控制動(dòng)系統(tǒng)主要由接收單元、ECU及執(zhí)行單元組成，如下圖所示。圖5-3-3線控制動(dòng)系統(tǒng)組成（1）接收單元：包括制動(dòng)踏板、踏板行程傳感器等。（2）制動(dòng)控制器（ECU）：ECU接收制動(dòng)踏板發(fā)出的信號，控制制動(dòng)器制動(dòng)；接收駐車制動(dòng)信號，控制駐車制動(dòng)；接收車輪傳感器信號，識別車輪是否抱死、打滑等；控制車輪制動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)防抱死和驅(qū)動(dòng)防滑，并兼顧其它系統(tǒng)的控制。冗余設(shè)備導(dǎo)致額外增加成本和重量線控制動(dòng)系統(tǒng)的組成與原理（3）執(zhí)行單元：包括電制動(dòng)器或液壓制動(dòng)器等。工作過程是駕駛員踩下制動(dòng)踏板，踏板位移傳感器將駕駛員制動(dòng)需求反饋給ECU，ECU控制單元控制電機(jī)，電機(jī)扭矩通過蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)推動(dòng)制動(dòng)主缸活塞，產(chǎn)生制動(dòng)助力。其基本原理如下：圖5-3-4線控制動(dòng)基本原理冗余設(shè)備導(dǎo)致額外增加成本和重量線控制動(dòng)系統(tǒng)的組成與原理三、EHB電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)(Electro-HydraulicBrake)EHB是從傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)向全線控制動(dòng)系統(tǒng)過渡的線控制動(dòng)系統(tǒng)，與傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)相比，EHB徹底摒棄了真空助力器等部件，取消了制動(dòng)踏板與制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的機(jī)械連接，典型的EHB制動(dòng)系統(tǒng)由踏板模擬單元、電子控制單元ECU、執(zhí)行器機(jī)構(gòu)（壓力建立單元）等部分構(gòu)成，EHB系統(tǒng)的控制單元及執(zhí)行機(jī)構(gòu)布置得比較集中，并且使用制動(dòng)液作為制動(dòng)力傳遞的媒介，因此可以稱之為集中式、濕式制動(dòng)系統(tǒng)，與傳統(tǒng)制動(dòng)相比，即用綜合制動(dòng)模塊取代傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)中的助力器、壓力調(diào)節(jié)器和AB模塊，如下圖所示。冗余設(shè)備導(dǎo)致額外增加成本和重量線控制動(dòng)系統(tǒng)的組成與原理圖5-3-5（1）基于ESC的傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)冗余設(shè)備導(dǎo)致額外增加成本和重量線控制動(dòng)系統(tǒng)的組成與原理圖5-3-5（2）EHB電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)同時(shí)，部分EHB制動(dòng)踏板也不再與制動(dòng)輪缸直接相連，而是采用的是電子剎車踏板，即剎車踏板與制動(dòng)系統(tǒng)并無剛性連接，也無液壓連接，而是僅僅連接著一個(gè)制動(dòng)踏板傳感器，用于給電腦（EHB、ECU）輸入一個(gè)踏板位置信號，如下圖所示。冗余設(shè)備導(dǎo)致額外增加成本和重量線控制動(dòng)系統(tǒng)的組成與原理圖5-3-6EHB制動(dòng)踏板傳感器正常工作時(shí)，制動(dòng)踏板與制動(dòng)器之間的液壓連接斷開，備用閥處于關(guān)閉狀態(tài)。電子踏板配有踏板感應(yīng)模擬器和電子傳感器，ECU可以通過傳感器信號判斷駕駛員的制動(dòng)意圖，并通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵進(jìn)行制動(dòng)。電子系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，備用閥打開，EHB系統(tǒng)變?yōu)閭鹘y(tǒng)的液壓系統(tǒng)，如下圖所示。冗余設(shè)備導(dǎo)致額外增加成本和重量線控制動(dòng)系統(tǒng)的組成與原理圖5-3-7典型EHB系統(tǒng)四、EMB電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)（Electro-mechanicalBrake）EMB系統(tǒng)中，所有液壓裝置（包括主缸、液壓管路、助力裝置等）均備電子機(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。冗余設(shè)備導(dǎo)致額外增加成本和重量線控制動(dòng)系統(tǒng)的組成與原理圖5-3-8EMB電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)原理圖EMB系統(tǒng)的ECU通過制動(dòng)器踏板傳感器信號以及車速等車輛狀態(tài)信號，驅(qū)動(dòng)和控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)來產(chǎn)生所需的制動(dòng)力。EMB系統(tǒng)采用電子機(jī)械裝置替代液壓管路，執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常直接安裝在各個(gè)輪邊，因此可以稱之為分布式、干式制動(dòng)系統(tǒng)，如上圖5-3-8所示。冗余設(shè)備導(dǎo)致額外增加成本和重量線控制動(dòng)系統(tǒng)的組成與原理如果把EHB稱為“濕”式brake-by-wire制動(dòng)系統(tǒng)的話，那么EMB就是“干”式brake-by-wire制動(dòng)系統(tǒng)。EMB和EHB的最大區(qū)別就在于它不再需要制動(dòng)液和液壓部件，制動(dòng)力矩完全是通過安裝在4個(gè)輪胎上的由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生。因此相應(yīng)的取消了制動(dòng)主缸、液壓管路等等，可以大大簡化制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、便于布置、裝配和維修，更為顯著的是隨著制動(dòng)液的取消，對于環(huán)境的污染大大降低了。典型EMB系統(tǒng)由4個(gè)電機(jī)完成4個(gè)制動(dòng)節(jié)點(diǎn)的壓力控制，線控制動(dòng)管理器和電源管理器根據(jù)多個(gè)傳感器通過TTP總線向電機(jī)發(fā)放占空控制信號，如下圖所示。冗余設(shè)備導(dǎo)致額外增加成本和重量線控制動(dòng)系統(tǒng)的組成與原理圖5-3-9典型EMB系統(tǒng)線控制動(dòng)系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：（1）線控制動(dòng)用電線取代部分或全部制動(dòng)管路，可省去制動(dòng)系統(tǒng)的很多閥。（2）在電子控制器中設(shè)計(jì)相應(yīng)程序，操縱電控元件來控制制動(dòng)力的大小及各軸制動(dòng)力的分配，可完全實(shí)現(xiàn)使用傳統(tǒng)閥類控制件所能達(dá)到的ABS及ASR等功能。冗余設(shè)備導(dǎo)致額外增加成本和重量線控制動(dòng)系統(tǒng)的組成與原理（3）采用線控技術(shù)，可以降低部件的復(fù)雜性，減少液壓與機(jī)械控制裝置，可以減少杠桿、軸承等金屬連接件，減輕質(zhì)量，降低油耗和制造成本，相應(yīng)也提高了可靠性和安全性。（4）線束走向布置的靈活性，因此汽車操縱部件的布置也具有靈活性，擴(kuò)大了汽車設(shè)計(jì)的自由空間。冗余設(shè)備導(dǎo)致額外增加成本和重量線控制動(dòng)的控制算法控制算法主要分為三大模塊：主動(dòng)制動(dòng)控制相關(guān)狀態(tài)量計(jì)算和進(jìn)入退出條件判斷模塊、上層控制器（目標(biāo)減速度控制器）模塊、下層控制器（主動(dòng)制動(dòng)壓力控制器）模塊?；谲嚿黼娮臃€(wěn)定系統(tǒng)（ESC）的制動(dòng)線控，包括主動(dòng)制動(dòng)壓力控制器和目標(biāo)減速器控制器，上層的目標(biāo)減速度控制器的作用是將目標(biāo)減速度轉(zhuǎn)化為目標(biāo)壓力；下層的主動(dòng)制動(dòng)壓力控制器的作用是解算合適的電機(jī)和電磁閥指令，來實(shí)現(xiàn)上層控制器請求的目標(biāo)壓力，如下圖所示。冗余設(shè)備導(dǎo)致額外增加成本和重量線控制動(dòng)的控制算法圖5-3-10基于ESC線控制動(dòng)控制邏輯上層減速度控制算法是獲取目標(biāo)減速度，下層壓力控制算法是獲取目標(biāo)壓力，最終來實(shí)現(xiàn)上層控制器請求的目標(biāo)壓力，控制軟件架構(gòu)如圖所示。圖5-3-11控制軟件架構(gòu)圖18目標(biāo)壓力的獲取目標(biāo)壓力的獲取根據(jù)車輛縱向動(dòng)力學(xué)模型，可計(jì)算實(shí)現(xiàn)目標(biāo)減速度所需的基準(zhǔn)制動(dòng)壓力pbase，作為控制過程中的前饋環(huán)節(jié)：根據(jù)目標(biāo)減速度和實(shí)際減速度的偏差，對目標(biāo)制動(dòng)壓力進(jìn)行修正，得到修正制動(dòng)壓力pcom，作為控制過程中的反饋環(huán)節(jié)：目標(biāo)壓力的獲取根據(jù)基準(zhǔn)制動(dòng)壓力和修正制動(dòng)壓力，得到綜合目標(biāo)壓力ptar：目標(biāo)壓力的獲取19主動(dòng)制動(dòng)壓力控制器的控制邏輯主動(dòng)制動(dòng)壓力控制器的控制邏輯根據(jù)正向壓力模型，計(jì)算各個(gè)電磁閥的基礎(chǔ)開度和電機(jī)的基礎(chǔ)開度，再根據(jù)壓力偏差反饋，計(jì)算各個(gè)電磁閥的修正開度和電機(jī)的修正開度，最后，基礎(chǔ)開度與修正開度疊加，得到電磁閥與電機(jī)的綜合開度。圖5-3-12主動(dòng)制動(dòng)壓力控制器的控制邏輯基于電動(dòng)助力器（T-Booster）的線控制動(dòng)系統(tǒng)T-Booster利用直流無刷電機(jī)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)代替真空助力器來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)助力功能，為節(jié)能型內(nèi)燃機(jī)汽車、新能源汽車、ADAS、自動(dòng)駕駛技術(shù)等提供模塊化、可擴(kuò)展的制動(dòng)系統(tǒng)解決方案。該方案不依賴于真空源，并可根據(jù)行車工況及駕駛員主觀意愿調(diào)整助力比，調(diào)整制動(dòng)踏板腳感。通過與ESC結(jié)合，T-Booster系統(tǒng)采用雙安全失效備份制動(dòng)。當(dāng)T-Booster系統(tǒng)的電子控制裝置、電機(jī)及傳感器發(fā)生故障或車載電源不能滿負(fù)載運(yùn)行時(shí)，ESC系統(tǒng)通過主動(dòng)增壓的方式提供制動(dòng)助力，實(shí)現(xiàn)第一道安全失效備份制動(dòng)；當(dāng)車載電源失效時(shí)，T-Booster系統(tǒng)依然可以通過純機(jī)械方式建立制動(dòng)壓力，使車輛安全停止，同時(shí)滿足所有法規(guī)要求，實(shí)現(xiàn)第二道安全失效備份制動(dòng)。基于電動(dòng)助力器（T-Booster）的線控制動(dòng)系統(tǒng)T-Booster主要功能包括：電動(dòng)助力制動(dòng)助力特性可調(diào)，主動(dòng)制動(dòng)響應(yīng)上層控制器發(fā)送的目標(biāo)制動(dòng)壓力；線控制動(dòng)根據(jù)駕駛員輸入的制動(dòng)強(qiáng)度信號來控制制動(dòng)壓力；與ESC聯(lián)合，實(shí)現(xiàn)失效備份制動(dòng)。T-Booster性能測試與驗(yàn)證包含以下幾方面：20制動(dòng)響應(yīng)及助力特性制動(dòng)響應(yīng)及助力特性人工駕駛的緊急制動(dòng)工況下主缸液壓