汽車智能技術(shù)與應(yīng)用 課件 第5、6章 無人駕駛決策與控制、底盤線控系統(tǒng)

汽車智能技術(shù)與應(yīng)用第五章 無人駕駛決策與控制學(xué)習(xí)目標(biāo)能夠說出無人駕駛汽車駕駛行為預(yù)測的技術(shù)原理能夠解釋自由度力學(xué)模型的作用與原理能夠說出無人駕駛汽車橫向控制的工作原理與方法能夠說出無人駕駛汽車縱向控制的工作原理與方法2775.1 汽車駕駛行為預(yù)測5.1

汽車駕駛行為預(yù)測55.1

汽車駕駛行為預(yù)測行為決策系統(tǒng)是一個狹義的決策系統(tǒng)，它根據(jù)感知層輸出的信息合理地決定當(dāng)前車輛的行為，并根據(jù)不同的行為確定軌跡規(guī)劃約束，引導(dǎo)軌跡規(guī)劃模塊規(guī)劃出合適的路徑、速度以及其他信息發(fā)送到控制層，運(yùn)動控制系統(tǒng)接收來自決策規(guī)劃層的指令并控制車輛。廣義決策系統(tǒng)的輸出是運(yùn)動控制信息，自動駕駛車輛行為決策系統(tǒng)的上層是感知層，請說說其上層輸入包括哪些信息？65.1

汽車駕駛行為預(yù)測無人駕駛汽車的行為決策是基于環(huán)境感知和導(dǎo)航子系統(tǒng)的信息輸出。這包括選擇哪條車道，是換車道，是跟車，是繞行，還是停車。車輛控制是指對轉(zhuǎn)向、駕駛和制動的控制（包括車輛側(cè)向、縱向、垂直等方向的控制子系統(tǒng),如TCS、ESC、ABS等），執(zhí)行規(guī)劃和決策模塊，發(fā)出所需的車速和所需的方向盤轉(zhuǎn)角，還包括轉(zhuǎn)向燈、喇叭、車窗、儀表等車身電器的控制信號轉(zhuǎn)向燈、喇叭、門窗、儀表等電器。收集的信息不僅包括車輛本身的當(dāng)前位置、速度、方向和車道，還包括與感知相關(guān)的所有重要障礙物的信息和在車輛一定距離內(nèi)預(yù)測的軌跡，以確定車輛的駕駛策略，主要包括預(yù)測算法、行為規(guī)劃和行為規(guī)劃。請說說預(yù)測模塊的工作原理請說說行為規(guī)劃模塊的工作原理請說說行為規(guī)劃模塊的工作原理75.1

汽車駕駛行為預(yù)測?無人駕駛汽車行為決策方法主要是基于規(guī)則和學(xué)習(xí)算法的。1.基于規(guī)則的行為決策基于規(guī)則的行為決策，即劃分無人駕駛車輛的行為，建立基于駕駛規(guī)則、知識、經(jīng)驗(yàn)、交通規(guī)則等的行為規(guī)則庫，根據(jù)不同的環(huán)境信息劃分車輛狀態(tài)，并根據(jù)規(guī)則邏輯確定車輛行為的代表方法是有限狀態(tài)機(jī)方法。有限狀態(tài)機(jī)是離散輸入輸出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，狀態(tài)、事件、轉(zhuǎn)換和動作是有限狀態(tài)機(jī)的四個元素。有限狀態(tài)機(jī)的核心在于狀態(tài)分解。根據(jù)狀態(tài)分解的連接邏輯，將其分為串聯(lián)、并聯(lián)和混合三種結(jié)構(gòu)。請說說串聯(lián)結(jié)構(gòu)技術(shù)特征有哪些？請說說并聯(lián)結(jié)構(gòu)技術(shù)特征有哪些？請說說混合結(jié)構(gòu)技術(shù)特征有哪些？85.1

汽車駕駛行為預(yù)測?2.基于學(xué)習(xí)算法的行為決策基于學(xué)習(xí)算法的行為決策，即環(huán)境樣本的自學(xué)習(xí)，數(shù)據(jù)驅(qū)動的規(guī)則庫建立，使用不同的學(xué)習(xí)方法和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，基于不同的環(huán)境信息直接進(jìn)行行為匹配，并將決策行為方法輸出到各種機(jī)器學(xué)習(xí)方法中，如深度學(xué)習(xí)相關(guān)方法和決策樹等具有代表性。95.1

汽車駕駛行為預(yù)測?（1）

深度學(xué)習(xí)法105.1

汽車駕駛行為預(yù)測基于深度學(xué)習(xí)法的行為決策典型應(yīng)用是百度的無人駕駛汽車，百度的端到端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對車輛的縱向和橫向控制：縱向控制采用疊加卷積長期記憶深度學(xué)習(xí)模型提取幀序列圖像中的時空特征信息，實(shí)現(xiàn)特征映射到縱向控制指令；橫向控制采用CNN深度學(xué)習(xí)模型，它直接從單個前視相機(jī)的圖像計算橫向控制的曲率。該模型著重于視覺特征的提取、時序規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和行為映射。115.1

汽車駕駛行為預(yù)測?（2）

機(jī)器學(xué)習(xí)方法除了基于學(xué)習(xí)的決策方法外，決策系統(tǒng)中還使用了許多機(jī)器學(xué)習(xí)方法。決策樹方法是機(jī)器學(xué)習(xí)理論中具有代表性的方法。請說說行為決策樹法的原理與技術(shù)特征有哪些？122865.2 自由度力學(xué)模型5.2

自由度力學(xué)模型?請根據(jù)無人駕駛汽車控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)說明其工作原理145.2

自由度力學(xué)模型?自動駕駛車輛主要由基礎(chǔ)平臺、主控、運(yùn)動控制、環(huán)境感知、自主導(dǎo)航等系統(tǒng)組成。請分別說出各組成部分的作用155.2

自由度力學(xué)模型兩自由度車輛模型簡化并假定了車輛動力學(xué)系統(tǒng)，這個假設(shè)簡化了分析過程，同時保留了車輛最基本的動態(tài)特性，被廣泛應(yīng)用于車輛動力學(xué)研究和車輛控制。線性二自由度車輛模型建立了描述車輛橫擺角速度和質(zhì)心滑移角的狀態(tài)方程，結(jié)合車輛的縱向速度和輪胎滑移特性來描述車輛的基本特性。請說明線性二自由度車輛模型的基本原理車輛數(shù)學(xué)模型是描述車輛系統(tǒng)狀態(tài)信息或能量傳遞規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，根據(jù)模型建立的力學(xué)方法，可大致分為牛頓力學(xué)模型、拉格朗日第一或第二方程建立的模型和多剛體動力學(xué)模型等。其中，基于牛頓力學(xué)的模型最常見。165.2

自由度力學(xué)模型175.2

自由度力學(xué)模型前饋控制器本質(zhì)上是一個模型匹配問題。理想的轉(zhuǎn)向特性是車輛質(zhì)心側(cè)滑角為0，車輛質(zhì)心橫擺角速度和加速度響應(yīng)為一階特性。反饋控制器是為了保證系統(tǒng)的魯棒性。由于前饋控制器可以獨(dú)立地補(bǔ)償車速的變化，因此在反饋控制中只需考慮車輛參數(shù)攝動引起的系統(tǒng)穩(wěn)定性和性能變化。185.2

自由度力學(xué)模型車輛坐標(biāo)系是指車輛上的動態(tài)坐標(biāo)系。如圖所示，車輛的運(yùn)動通常用這個坐標(biāo)系來描述。XOZ在車輛的雙邊對稱平面上。坐標(biāo)系的原點(diǎn)O與質(zhì)心重合。X軸與地面平行，并指向車輛移動的方向。Y軸指向驅(qū)動器的左側(cè)。195.2

自由度力學(xué)模型202945.3 車輛橫向與縱向控制5.3

車輛橫向與縱向控制225.3

車輛橫向與縱向控制?1.橫向控制235.3

車輛橫向與縱向控制?2.

縱向控制245.3

車輛橫向與縱向控制?請說明PID控制器模型控制原理255.3

車輛橫向與縱向控制一般來說，控制器的設(shè)計是在建立發(fā)動機(jī)和汽車在運(yùn)行過程中的近似線性模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。但是，由于對模型的依賴程度很大，當(dāng)模型不準(zhǔn)確時會出現(xiàn)較大的誤差，導(dǎo)致控制精度和適應(yīng)性較差。專家系統(tǒng)、模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模型預(yù)測控制、深度學(xué)習(xí)等智能控制策略也得到了越來越廣泛的應(yīng)用。而后來出現(xiàn)的優(yōu)化算法，如蟻群和粒子群優(yōu)化、遺傳算法、機(jī)器學(xué)習(xí)等，都被用來優(yōu)化參數(shù)，對模型的精度和優(yōu)化指標(biāo)有較高的要求?？刂扑惴ǖ膶?shí)際應(yīng)用需要結(jié)合具體對象，對于精度較低的模型，通常采用模糊邏輯控制；模型預(yù)測控制可應(yīng)用于多輸入多輸出和約束問題，更注重系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，但存在周期長的問題；最優(yōu)控制和自適應(yīng)控制可應(yīng)用于運(yùn)動控制精確的模型。265.3

車輛橫向與縱向控制由于車輛模型參數(shù)受外界干擾、載荷質(zhì)量、風(fēng)阻等因素的影響會發(fā)生變化，呈現(xiàn)非線性特征。因此，提高控制算法的自適應(yīng)能力和魯棒性是車輛控制的任務(wù)。根據(jù)實(shí)現(xiàn)控制功能的不同方式，對防撞報警系統(tǒng)的縱向控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行了直接分層控制。直接控制方法是控制器，輸入是期望的距離和速度，輸出是期望的節(jié)氣門開度或制動壓力，在距離和速度控制上存在不穩(wěn)定性。遞階控制器由上下控制器組成，上控制器確定所需的縱向加速度，下控制器確定執(zhí)行驅(qū)動或制動控制命令以實(shí)現(xiàn)所需的加速度。在上層控制方法上，BMW對PID進(jìn)行了改進(jìn)，基于距離反饋、速度誤差、車輛加速度比例反饋以及與前車運(yùn)動狀態(tài)相關(guān)的補(bǔ)償項，得到了期望加速度，實(shí)際距離收斂到期望的安全距離。275.3

車輛橫向與縱向控制?3.

橫向與縱向智能控制方法智能控制是指具有學(xué)習(xí)、抽象、推理、決策等功能的控制器或系統(tǒng)，能適應(yīng)環(huán)境（包括受控對象或受控過程）中信息的變化，從而實(shí)現(xiàn)由人類完成的任務(wù)。目前，國內(nèi)外現(xiàn)有的無人駕駛汽車側(cè)向智能控制策略有：模糊控制、自適應(yīng)控制、模型預(yù)測控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、滑?？刂坪汪敯艨刂?。模糊控制是基于人工經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)和描述操作人員熟練的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，模仿人的思維進(jìn)行推理和決策。在智能控制領(lǐng)域，模糊控制可以模擬駕駛員的行為特征來操縱無人駕駛車輛，無需建立被控對象的精確模型，只需根據(jù)已有的知識和經(jīng)驗(yàn)確定模糊控制的隸屬函數(shù)和控制規(guī)則，能克服無人駕駛汽車系統(tǒng)參數(shù)的非線性和不確定性，但缺乏良好的學(xué)習(xí)機(jī)制，控制精度不高。285.3

車輛橫向與縱向控制295.3

車輛橫向與縱向控制?神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是一種不依賴于定量模型的控制方法，請詳細(xì)說明其技術(shù)特點(diǎn)與原理305.3

車輛橫向與縱向控制315.3

車輛橫向與縱向控制?深度學(xué)習(xí)可以實(shí)現(xiàn)無人駕駛車輛在自動駕駛領(lǐng)域的端到端控制技術(shù)，請詳細(xì)說明其技術(shù)特點(diǎn)與原理325.3

車輛橫向與縱向控制基于車輛參考模型的前向轉(zhuǎn)向控制器的主要功能是根據(jù)前向道路曲率信息和前向車輛與跟蹤車輛之間的距離誤差ε和速度誤差δin，動態(tài)計算受控車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的前向轉(zhuǎn)向輸入角，并為橫向模糊控制器提供理想的偏航角速度ωd信息。請詳細(xì)說明其技術(shù)特點(diǎn)與原理33思考題序號問題自檢結(jié)果1什么是行為決策系統(tǒng)？2行為決策的方法有哪幾類？3什么是有限狀態(tài)機(jī)？有限狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)有哪些？4基于學(xué)習(xí)算法的行為決策方法有哪些？5什么是機(jī)器學(xué)習(xí)法？6車輛數(shù)學(xué)模型主要有哪些？7請說說二自由度車輛模型的原理。8請說說前饋控制器的作用是什么？9什么是車輛坐標(biāo)系？10汽車有哪些力學(xué)自由度？11什么是無人駕駛車輛橫向控制？橫向控制方法主要哪些？12什么是無人駕駛車輛縱向控制？縱向控制方法主要哪些？13請說說橫向與縱向智能控制方法有哪些？34第六章 底盤線控系統(tǒng)學(xué)習(xí)目標(biāo)能夠掌握線控制動系統(tǒng)技術(shù)原理與常見故障的維修方法能夠掌握線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)原理與常見故障的維修方法能夠掌握線控?fù)Q擋系統(tǒng)技術(shù)原理與常見故障的維修方法能夠掌握線控油門系統(tǒng)技術(shù)原理與常見故障的維修方法能夠掌握線控懸架系統(tǒng)技術(shù)原理與常見故障的維修方法3106.1 線控制動系統(tǒng)6.1

線控制動系統(tǒng)線控技術(shù)是將駕駛員的操作動作轉(zhuǎn)換成電信號，并通過導(dǎo)線傳遞控制汽車的指令。線控技術(shù)用控制單元與執(zhí)行器之間的電子裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械連接裝置或液壓連接裝置，用導(dǎo)線或無線信號代替機(jī)械傳動部件。線控底盤由五個主要系統(tǒng)組成，即：線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、線控制動系統(tǒng)、線控?fù)Q擋系統(tǒng)、線控油門系統(tǒng)和線控懸架系統(tǒng)。目前，L3/L4級自動駕駛汽車采用有線控制、驅(qū)動和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。386.1.1

線控制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理傳統(tǒng)的制動方式是由駕駛員踩下制動踏板，利用液壓或氣壓驅(qū)動制動器工作來制動汽車。線制動用電源線代替?zhèn)鹘y(tǒng)的制動機(jī)械連接，帶集成位置傳感器的電子制動踏板代替原來的機(jī)械制動踏板。當(dāng)駕駛員踩下制動踏板時，制動踏板上的位置傳感器通過連接線將制動踏板的行程信號傳送到電子控制單元（ECU）。車輛的行駛狀況，計算每個車輪所需的理想制動強(qiáng)度，并向安裝在每個車輪上的電機(jī)或其他電源發(fā)出指令，驅(qū)動制動器工作，實(shí)現(xiàn)車輪制動。請說說線控制動系統(tǒng)主要由哪幾個部分組成？396.1.1

線控制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理?1.

電子液壓制動系統(tǒng)（EHB）EHB電液制動系統(tǒng)是由電子系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)相結(jié)合而形成的多用途、多形式的制動系統(tǒng)，由電子系統(tǒng)提供柔性控制，并由液壓系統(tǒng)提供動力，是在傳統(tǒng)制動的基礎(chǔ)上，將電子元件與原液壓系統(tǒng)集成而成。請說出EHB電液制動系統(tǒng)工作原理406.1.1

線控制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理416.1.1

線控制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理?EMB電子機(jī)械制動系統(tǒng)EMB電子機(jī)械制動系統(tǒng)完全用電制動取代了傳統(tǒng)制動系統(tǒng)中液壓油或空氣等動力傳遞介質(zhì)，是制動控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。EMB系統(tǒng)完全摒棄了傳統(tǒng)制動系統(tǒng)的制動液和液壓管路等部件，由電機(jī)驅(qū)動產(chǎn)生制動力，每個車輪上安裝一個可以獨(dú)立工作的機(jī)電制動器。請詳細(xì)說出EMB電子機(jī)械制動系統(tǒng)工作原理426.1.1

線控制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理?全電路制動系統(tǒng)（BBW）BBW是Brake-by-Wire的簡稱，它是一種全新的制動方式和先進(jìn)的智能制動系統(tǒng)。采用嵌入式總線技術(shù)，可更方便地與防抱死制動系統(tǒng)（ABS）、牽引力控制系統(tǒng)（TCS）、電子穩(wěn)定控制程序（ES）、主動防撞系統(tǒng)（ACC）等汽車主動安全系統(tǒng)協(xié)同工程工作，通過優(yōu)化控制算法在微處理上，可以準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)制動系統(tǒng)的工作過程，提高車輛的制動效果和安全性能。BBW以電能為能源，通過電動機(jī)或電磁鐵驅(qū)動制動器，所以也被稱為全電制動系統(tǒng)。汽車底盤上的各種電子控制系統(tǒng)將與制動控制系統(tǒng)高度集成，BBW系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要包括電制動、控制單元（主控單元和副控單元）、電子制動踏板（帶制動力傳感器和制動踏板位移傳感器）、連接線（信號線和電源線）等，控制單元是BBW系統(tǒng)的控制核心，負(fù)責(zé)BBW系統(tǒng)信號的采集和處理，信號的推理和判斷，并相應(yīng)地向制動器發(fā)送制動信號。436.1.1

線控制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理?請詳細(xì)說出全電路制動系統(tǒng)（BBW）工作原理446.1.1

線控制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理，全回路制動系統(tǒng)是一種新型的智能制動系統(tǒng)，采用嵌入式總線技術(shù)，可與防抱死制動系統(tǒng)（ABS）、牽引力控制系統(tǒng)（TCS）和電子穩(wěn)定控制程序（ESP）相結(jié)合。主動防碰撞系統(tǒng)（ACC）和其他汽車主動安全系統(tǒng)更方便地協(xié)同工作，通過優(yōu)化微處理器中的控制算法，可以精確地調(diào)整制動系統(tǒng)的工作過程，提高車輛的制動效果，增強(qiáng)制動安全性能。全回路制動系統(tǒng)沒有傳統(tǒng)制動系統(tǒng)復(fù)雜的制動主缸、助力器、管路閥等部件，是利用電能作為能量反沖制動器由強(qiáng)大的電機(jī)或電磁鐵驅(qū)動。請說說全回路制動系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)與工作原理45課堂實(shí)踐：線控制動系統(tǒng)常見故障維修46?在線控制制動系統(tǒng)中，如果系統(tǒng)不能很好地完成制動功能，就會出現(xiàn)制動失效、制動偏差、自動制動和制動阻力等故障。請分析可能的原因。名稱故障原因分析電子踏板主控節(jié)點(diǎn)通信電源制動節(jié)點(diǎn)課堂實(shí)踐：線控制動系統(tǒng)常見故障維修47?制動失效主要表現(xiàn)為駕駛員在行駛過程中制動踏板迅速偏轉(zhuǎn)。主要原因是兩個同軸輪不能同時壓到底，汽車不能立即減速停車。動作明顯，車輛不能偏側(cè)直停，出現(xiàn)這種滯后故障，即制動距離和制動時間過長，請分析制動不靈常見故障原因名稱故障原因分析電子踏板主控節(jié)點(diǎn)通信電源制動節(jié)點(diǎn)課堂實(shí)踐：線控制動系統(tǒng)常見故障維修48?請分析制動跑偏常見故障原因名稱故障原因分析主控節(jié)點(diǎn)通信電源節(jié)點(diǎn)制動節(jié)點(diǎn)課堂實(shí)踐：線控制動系統(tǒng)常見故障維修49?請分析自發(fā)制動常見故障原因名稱故障原因分析電子踏板主控節(jié)點(diǎn)通信制動節(jié)點(diǎn)課堂實(shí)踐：線控制動系統(tǒng)常見故障維修50?請分析制動拖滯常見故障原因名稱故障原因分析電子踏板主控節(jié)點(diǎn)制動節(jié)點(diǎn)通信3246.2 汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)6.2

汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（簡稱SBW）組成包括：CAN或FlexRay通信、電池、控制器、電機(jī)控制器、執(zhí)行電機(jī)、電機(jī)電流傳感器、管道轉(zhuǎn)角傳感器、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向橫拉桿和方向盤。該系統(tǒng)的工作機(jī)理是上層控制器通過CAN總線或FlexRay總線將參考轉(zhuǎn)角信號發(fā)送給轉(zhuǎn)角跟蹤控制器。通過計算轉(zhuǎn)角信號的差分和轉(zhuǎn)矩的計算，形成轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)角跟蹤的閉環(huán)控制。請詳細(xì)說明線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理與技術(shù)特征526.2

汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)?汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由方向盤系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向執(zhí)行系統(tǒng)和主控制器三部分組成。此外，還包括自動故障預(yù)防系統(tǒng)和電源系統(tǒng)。請說出方向盤系統(tǒng)組成與工作原理請說出轉(zhuǎn)向執(zhí)行系統(tǒng)組成與工作原理請說出主控制器組成與工作原理請說出電源系統(tǒng)組成與工作原理536.2

汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)?供電系統(tǒng)在線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的作用546.2

汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)?請說出線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信原理556.2

汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)?請根據(jù)圖示說出線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制原理566.2

汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)角外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)雙閉環(huán)控制，控制轉(zhuǎn)向，執(zhí)行電機(jī)轉(zhuǎn)動，驅(qū)動汽車前輪跟隨方向盤轉(zhuǎn)動。ECU將對這些信息進(jìn)行匯總和分析，并根據(jù)分析結(jié)果控制前橋的轉(zhuǎn)向角。通常在一些比較緊急的情況下，為了更好地防止駕駛員發(fā)出錯誤的指令，系統(tǒng)還會自動屏蔽駕駛員的錯誤轉(zhuǎn)向指令，以確保汽車處于安全狀態(tài)。576.2

汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制系統(tǒng)包括上層控制器和下層控制器，上層控制器是主動轉(zhuǎn)向和直接橫擺力矩功能分配的協(xié)調(diào)控制，下層控制器包括主動轉(zhuǎn)向控制器和直接橫擺力矩控制器。主動轉(zhuǎn)向控制器采用單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制算法（PID：比例積分微分控制器）將轉(zhuǎn)向控制車輛輸出的實(shí)際橫擺角速度與公式中的預(yù)期橫擺角速度進(jìn)行比較，采用單神經(jīng)元自適應(yīng)PID計算附加前輪角并疊加它能根據(jù)實(shí)際前輪轉(zhuǎn)角及時調(diào)整前輪轉(zhuǎn)角，控制前輪轉(zhuǎn)向，提高車輛穩(wěn)定性。為了保證駕駛員的正常駕駛，直接橫擺力矩控制器只在車輛處于不穩(wěn)定狀態(tài)時參與工作，還采用單神經(jīng)元PID控制算法，以車輛實(shí)際橫擺角速度與期望橫擺角速度的偏差為輸入，輸出為附加橫擺力矩，每個輪胎的制動力矩根據(jù)車輛的行駛狀態(tài)進(jìn)行分配。586.2

汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)?圖：單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制算法59課堂實(shí)踐：線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常見故障維修在線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，由于方向盤與方向盤之間沒有機(jī)械連接，電子設(shè)備的魯棒性低于機(jī)械和液壓部件，電子部件可能在沒有警告信號的情況下出現(xiàn)故障。當(dāng)傳感器、執(zhí)行器或電子控制單元發(fā)生故障時，必須以容錯的方式快速處理，否則將出現(xiàn)不良轉(zhuǎn)向。60課堂實(shí)踐：線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常見故障維修線控轉(zhuǎn)向常見故障主要有轉(zhuǎn)角傳感器故障、轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)故障、管路轉(zhuǎn)角傳感器故障和電機(jī)故障。故障診斷的過程是信息提取、故障識別和故障決策。系統(tǒng)故障按故障性質(zhì)分為硬件故障和軟件故障；按故障持續(xù)時間分為永久性故障、瞬時性故障和間歇性故障；按故障活動性故障和活動性故障等分為潛在性故障；故障內(nèi)容分為內(nèi)容性故障和時間性故障；故障可檢測性分為信號揭示故障和無信號揭示故障，根據(jù)故障后果分為無害故障、輕微故障、危險故障和災(zāi)難性故障等。汽車的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的容錯性使得當(dāng)一個部件或子系統(tǒng)發(fā)生故障時，能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)向功能。現(xiàn)有的許多容錯和故障診斷技術(shù)都是通過計算機(jī)仿真來驗(yàn)證的。61課堂實(shí)踐：線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常見故障維修電機(jī)故障診斷采用自適應(yīng)卡爾曼濾波算法進(jìn)行參數(shù)估計和電機(jī)故障診斷，實(shí)時監(jiān)測電機(jī)電樞線圈內(nèi)阻、電感等性能參數(shù)，克服了傳統(tǒng)Kalman濾波應(yīng)用于在線控制時參數(shù)變化性強(qiáng)的缺點(diǎn)。微處理器的故障診斷可以通過奇偶校驗(yàn)、看門狗定時器等方法找到故障微處理器。角度傳感器的測量精度對線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的閉環(huán)/轉(zhuǎn)矩控制至關(guān)重要。在線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的執(zhí)行器中，轉(zhuǎn)向角傳感器的測量值被用作系統(tǒng)主動閉環(huán)/扭矩控制的關(guān)鍵變量。傳感器故障診斷要使系統(tǒng)具有魯棒性，傳感器測量必須準(zhǔn)確可靠，故障信號必須消除，以防止不良的轉(zhuǎn)向效果?；跍y量信號的故障診斷方法包括閾值檢查和真值檢查；基于信號模型的單周期隨機(jī)信號診斷方法；基于過程模型的兩個或多個相關(guān)信號診斷方法等。62課堂實(shí)踐：線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常見故障維修對于靜態(tài)冗余，通過多數(shù)表決算法進(jìn)行故障診斷至少需要3個冗余的元件輸出信號；對于動態(tài)冗余，采用基于模型的方法進(jìn)行故障診斷。在對兩個物理輪角傳感器和輪角傳感器進(jìn)行分析估計的基礎(chǔ)上，采用多數(shù)投票法建立故障檢測與隔離算法，對故障傳感器進(jìn)行監(jiān)測，以保證行車安全。當(dāng)單點(diǎn)故障發(fā)生時，算法與全硬件冗余，系統(tǒng)的容錯能力相同。硬件冗余是基于在線轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。一些關(guān)鍵的電子元件，如傳感器、執(zhí)行器、通信網(wǎng)絡(luò)、電源等都是雙倍甚至三倍的冗余。63課堂實(shí)踐：線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常見故障維修被動冗余方案的冗余部分用作備份，僅在系統(tǒng)發(fā)生故障時才起作用；主動冗余方案中，冗余部分與系統(tǒng)作業(yè)并行。容錯策略有兩種：系統(tǒng)重構(gòu)策略和故障隱藏策略。系統(tǒng)重構(gòu)策略包括故障檢測、故障定位與發(fā)現(xiàn)、系統(tǒng)恢復(fù)三個步驟。故障隱藏策略使用復(fù)制方法，不涉及故障檢測和從檢測到的故障中恢復(fù)。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的容錯方法主要有硬件冗余容錯方法和軟件容錯方法。圖為線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)硬件冗余雙容錯結(jié)構(gòu)示意圖。各電機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)閉環(huán)控制和電機(jī)故障檢測，兩個微控制器通過仲裁總線相互連接，實(shí)現(xiàn)方向盤控制。如果一個部件發(fā)生故障，它的備件就會工作，車輛繼續(xù)安全行駛，也就是說，單故障容限。容錯技術(shù)主要采用冗余原理，包括被動冗余和主動冗余。64課堂實(shí)踐：線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常見故障維修傳感器的故障形式主要有以下幾種：傳感器卡滯、傳感器漂移、傳感器噪聲大、漂移和噪聲組成的復(fù)合故障。傳感器卡滯故障通常發(fā)生在傳感器內(nèi)部電子和電氣部件損壞或傳感器斷電時。此時，傳感器的輸出值被卡在某個值上，出現(xiàn)輸出錯誤；傳感器的漂移故障一般在安裝傳感器時出現(xiàn)。如果傳感器因振動或其他原因而松動，此時輸出值與測量真值之間存在恒定偏差；傳感器的噪聲故障一般發(fā)生在傳感器的電子和電氣系統(tǒng)受到電磁干擾或傳感器安裝后在振動干擾的情況下高頻工作時，此時出現(xiàn)輸出值與正確測量值的噪音較大。根據(jù)傳感器的故障特點(diǎn)，將噪聲和漂移條件下的故障分為正常工作區(qū)、校正區(qū)和不校正區(qū)，校正區(qū)包括噪聲區(qū)、漂移區(qū)和噪聲區(qū)和漂移區(qū)復(fù)合故障區(qū)域的三個部分。在對前輪轉(zhuǎn)角進(jìn)行估計后，將傳感器的測量序列與基于無跡卡爾曼濾波的轉(zhuǎn)角估計序列相結(jié)合，對轉(zhuǎn)角傳感器的故障進(jìn)行診斷，確定系統(tǒng)的初步輸出形式。65課堂實(shí)踐：線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常見故障維修339?傳感器故障診斷與補(bǔ)償輸出策略課堂實(shí)踐：線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常見故障維修控制系統(tǒng)通常采用傳感器作為信號源，往往小的干擾也會導(dǎo)致控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定，因此控制系統(tǒng)中應(yīng)避免傳感器輸出的突變。同時，對于卡滯和漂移故障，首先需要在故障發(fā)生前立即記錄傳感器的真值，并根據(jù)真值計算其與旋轉(zhuǎn)角度估計序列的偏差，從而生成與故障點(diǎn)處傳感器估計序列新的并行新序列。其次，在故障診斷后的短時間內(nèi)，將輸出值從設(shè)計的新序列轉(zhuǎn)換為估計的旋轉(zhuǎn)角度序列，以保證容錯補(bǔ)償輸出的平滑性。最后，利用CarSim-MATLAB/Simulink聯(lián)合仿真驗(yàn)證了路徑跟蹤容錯控制對旋轉(zhuǎn)角度傳感器故障診斷和容錯補(bǔ)償算法的有效性。結(jié)合現(xiàn)有的軟硬件基礎(chǔ)，搭建傳感器硬件在環(huán)（HIL）平臺，并將故障注入到實(shí)際的旋轉(zhuǎn)角度傳感器中，以實(shí)現(xiàn)故障診斷和容錯補(bǔ)償?shù)陌雽?shí)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。67課堂實(shí)踐：線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常見故障維修?圖：路徑跟蹤控制系統(tǒng)與算法實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證68課堂實(shí)踐：線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常見故障維修對于方向盤轉(zhuǎn)角傳感器的對中學(xué)習(xí)方面，只有模塊識別出方向盤的中間位置，才能更好的執(zhí)行轉(zhuǎn)向輔助自動回正的作用。同時，也只有識別出中間位置，ABS模塊才能更準(zhǔn)確的執(zhí)行ESC功能。當(dāng)進(jìn)行以下維修項目時，需執(zhí)行方向盤對中學(xué)習(xí)的操作：1）更換動力轉(zhuǎn)向控制模塊或轉(zhuǎn)向機(jī)總成；2）動力轉(zhuǎn)向控制模塊進(jìn)行了刷新；3）進(jìn)行了車輪定位角的相關(guān)維修。利用診斷儀進(jìn)行方向盤對中學(xué)習(xí)，選擇底盤-轉(zhuǎn)向-自適應(yīng)前輪轉(zhuǎn)向，下邊有4項選擇。如果涉及調(diào)整懸掛定位參數(shù)或拆卸轉(zhuǎn)向機(jī)等機(jī)械總成，或更換了轉(zhuǎn)向控制模塊，則需要按照順序進(jìn)行逐項操作。注意：必須嚴(yán)格按照診斷儀的提示進(jìn)行學(xué)習(xí)，否則可能導(dǎo)致學(xué)習(xí)不成功或?qū)W習(xí)錯誤。693436.3 線控驅(qū)動系統(tǒng)6.3.1

線控驅(qū)動結(jié)構(gòu)與原理線控驅(qū)動也稱為電子油門或線控油門。對于非電子節(jié)氣門發(fā)動機(jī)，功率變化由油門踏板直接控制，以改變發(fā)動機(jī)節(jié)氣門開度。采用電子節(jié)氣門技術(shù)的發(fā)動機(jī)通過油門踏板下的位置傳感器將扭矩需求傳輸?shù)桨l(fā)動機(jī)控制單元。經(jīng)過控制單元的綜合分析，控制電機(jī)在經(jīng)過兩到三個階段的減速后驅(qū)動節(jié)氣門的開度。對于節(jié)氣門，非電子節(jié)氣門發(fā)動機(jī)由油門踏板直接控制，而使用電子節(jié)氣門的發(fā)動機(jī)是通過油門踏板位置傳感器向控制單元發(fā)送的第一個信號，然后控制單元間接控制電機(jī)，再由控制電機(jī)控制節(jié)氣門的開度。線控油門系統(tǒng)由節(jié)氣門位置傳感器、力反饋電機(jī)、油門ECU、油門執(zhí)行器控制模塊、油門作動器和環(huán)境傳感器組成?，F(xiàn)代汽車一般都有多個控制系統(tǒng)，因此大多數(shù)汽車都使用一個控制器局域網(wǎng)（CAN總線系統(tǒng)），系統(tǒng)的多個工作裝置由多個電子控制單元控制。每個控制單元都可以通過CAN總線完成信息的傳輸。716.3.1

線控驅(qū)動結(jié)構(gòu)與原理?請說出汽車線控驅(qū)動系統(tǒng)控制原理汽車電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)主要由防止意外踩油門機(jī)構(gòu)、油門控制模塊、車速/發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)測模塊、噴油器模塊、負(fù)載監(jiān)測模塊、汽車行駛坡度監(jiān)測模塊、電子節(jié)氣門模塊組成。當(dāng)駕駛員誤踩油門時，防止意外踩油門的機(jī)構(gòu)可以制動。油門控制模塊檢測到制動信號后，切斷加油信號，使油門處于怠速狀態(tài)。726.3.1

線控驅(qū)動結(jié)構(gòu)與原理油門控制模塊監(jiān)測油門踏板的位置，并將位置信號發(fā)送到CAN總線。車速/發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)測模塊實(shí)時檢測車輛的行駛速度和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，并將檢測到的車速傳輸?shù)紺AN總線。負(fù)載監(jiān)測模塊實(shí)時檢測車輛負(fù)載，并將測量值傳輸?shù)紺AN總線。車輛行駛坡度檢測模塊實(shí)時檢測車輛行駛坡度值，并將測量值傳輸?shù)紺AN總線。噴油器模塊包含一個空氣流量計。空氣流量計實(shí)時監(jiān)測節(jié)流閥的進(jìn)氣量。噴油器根據(jù)進(jìn)氣量控制噴油。電子節(jié)氣門模塊從CAN總線接收油門踏板位置、車速、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、車輛負(fù)載、車輛行駛坡度和空調(diào)開關(guān)。電子節(jié)氣門模塊可根據(jù)上述數(shù)值計算節(jié)氣門開度的精度。同時，電子節(jié)氣門模塊可以根據(jù)車輛檔位和油門踏板開度計算出駕駛員期望的行駛速度。將駕駛員的期望車速與汽車當(dāng)前的行駛速度進(jìn)行比較，調(diào)整節(jié)氣門開度，使汽車達(dá)到期望車速。736.3.1

線控驅(qū)動結(jié)構(gòu)與原理?應(yīng)用案例：傳統(tǒng)汽車線控驅(qū)動746.3.1

線控驅(qū)動結(jié)構(gòu)與原理?線控油門控制的優(yōu)點(diǎn)：與傳統(tǒng)的索式節(jié)氣門相比，線控節(jié)氣門更加舒適、經(jīng)濟(jì)。油門控制可以根據(jù)駕駛員踩踏板的幅度來確定駕駛員的意圖。綜合車輛工況可以準(zhǔn)確合理地控制節(jié)氣門開度，使發(fā)動機(jī)在不同載荷和工況下的空燃比接近最佳理論狀態(tài)。在獲得最佳燃油經(jīng)濟(jì)性和駕駛舒適性的同時，穩(wěn)定性高，不易關(guān)閉。線路控制節(jié)氣門系統(tǒng)接收到踏板信號后，進(jìn)行分析判斷，并向節(jié)氣門執(zhí)行器發(fā)送相應(yīng)的指令，以保證車輛穩(wěn)定行駛。75課堂實(shí)踐：線控驅(qū)動系統(tǒng)常見故障維修連接診斷儀，啟動發(fā)動機(jī)，然后踩下油門踏板，觀察發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流功能在汽車故障診斷儀中的數(shù)據(jù)發(fā)生了變化，說明電子節(jié)氣門基本正常。如果踩下油門踏板，可以看到診斷儀的一個油門踏板位置傳感器的電壓是另一個油門踏板位置傳感器電壓的2倍或1/2，同時在診斷儀的數(shù)據(jù)流中可以看到節(jié)氣門。當(dāng)位置傳感器信號1的電壓加上節(jié)氣門位置傳感器信號2的電壓接近5伏時，隨著踩下油門踏板，發(fā)動機(jī)控制電子節(jié)氣門電機(jī)的占空比將逐漸增加，說明油門控制部分正常。油門踏板位置傳感器是節(jié)氣門控制系統(tǒng)的安全保證之一。為了確保安全工作，油門踏板位置傳感器通常設(shè)計為雙輸出傳感器。兩個傳感器的輸出電壓信號都隨著油門踏板的位置而增加。油門踏板位置傳感器電源電壓5V，負(fù)載電阻>300KΩ。76課堂實(shí)踐：線控驅(qū)動系統(tǒng)常見故障維修?線控油門系統(tǒng)故障診斷流程77課堂實(shí)踐：線控驅(qū)動系統(tǒng)常見故障維修步驟三、檢查溫度執(zhí)行器線束接頭是否對地短路。操作起動開關(guān)至斷開狀態(tài)，斷開蓄電池負(fù)極電纜，至少等待90s，斷開VCU線束連接器和油門踏板線束連接器，測量線束連接器端子與車身接地之間的電阻，電阻標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)大于等于10kΩ。如果測試后電阻值不符合標(biāo)準(zhǔn)值，則應(yīng)更換或修理線束或接頭。如果正常，繼續(xù)下一步檢查。步驟四、檢查油門踏板線束連接器是否對電源短路。連接蓄電池負(fù)極電纜，操作起動開關(guān)至接通狀態(tài)，測量線束連接器端子與車身接地之間的電壓值。標(biāo)準(zhǔn)電壓的標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)為0V，檢查后，如果電壓值不符合標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)更換或修理線束或連接器。如果正常，繼續(xù)下一步檢查。步驟五、更換油門踏板。操作起動開關(guān)至斷開狀態(tài)，斷開蓄電池負(fù)極電纜，更換油門踏板。如果故障排除，系統(tǒng)應(yīng)正常。如果故障沒有排除，將起動開關(guān)操作到斷開狀態(tài)，斷開蓄電池負(fù)極電纜，然后更換車輛控制器。783526.4 線控懸架系統(tǒng)6.4.1

線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理線控主動懸架是利用可控制的有源器件構(gòu)成閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。根據(jù)車輛的實(shí)時運(yùn)動和外界干擾的輸入，可以自主調(diào)整懸架系統(tǒng)的性能參數(shù)。調(diào)整車身的運(yùn)動姿態(tài)，使車輛懸掛系統(tǒng)的性能能夠根據(jù)車輛的運(yùn)行狀況實(shí)時變化。能夠根據(jù)路面激勵或轉(zhuǎn)向操作及時調(diào)整懸架控制力，使懸架始終處于最佳減振狀態(tài)。主動懸架分為全主動懸架和半主動懸架。線控懸架系統(tǒng)能根據(jù)行駛工況主動輸出懸架所需的控制力，以滿足各種行駛工況下懸架的性能要求。采用主動力發(fā)生裝置（執(zhí)行器）代替被動懸架的簡單彈性單元，同時保留了傳統(tǒng)懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。806.4.1

線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理?請說出線控懸架系統(tǒng)控制原理主動懸架可分為液壓、電動和磁流變?nèi)N類型。電子空氣懸架也用于大型卡車、客車和一些客車。其結(jié)構(gòu)與主動懸架相似，但控制方法不同。主動懸架根據(jù)車輛的各種傳感器信號實(shí)時在線調(diào)整懸架系統(tǒng)的剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)。這是一個不斷變化的調(diào)整過程，而電子空氣懸架則是根據(jù)車輛的運(yùn)行狀況（如加速、減速、轉(zhuǎn)向等）和負(fù)載質(zhì)量的變化來改變懸架的剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)的分級、不連續(xù)的調(diào)整過程，其特點(diǎn)更類似于被動懸架。816.4.1

線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理應(yīng)用最廣泛的主動懸架系統(tǒng)是液壓主動懸架，液壓主動懸架根據(jù)其結(jié)構(gòu)和適用的頻率范圍可分為三類：全主動懸架、慢主動懸架和并聯(lián)主動懸架。主動懸架系統(tǒng)控制主要包括控制策略模塊、液壓執(zhí)行器模塊、懸架振動系統(tǒng)模塊和道路輸入模塊。主動懸架控制系統(tǒng)的部件組成主要有：信號采集模塊、控制系統(tǒng)模塊、執(zhí)行器和提供附加能量的電源，信號采集模塊包含各種傳感器?？刂葡到y(tǒng)模塊用于處理傳感器采集的各種信息，經(jīng)過邏輯運(yùn)算后發(fā)出動作指令。執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是力發(fā)生器或扭矩發(fā)生器（液壓缸、氣缸、電磁閥等）。執(zhí)行器接收控制單元的指令，依靠外部電源產(chǎn)生控制力，電源是用來提供能量的。上述模塊構(gòu)成閉環(huán)反饋控制回路：信號采集模塊采集車輛運(yùn)行狀態(tài)的各種信號，傳遞給控制系統(tǒng)模塊，控制系統(tǒng)模塊對信號進(jìn)行處理，然后發(fā)出控制動作指令，控制執(zhí)行器產(chǎn)生主動干預(yù)，實(shí)時干預(yù)車身的振動狀態(tài)，使車輛達(dá)到最佳工作狀態(tài)。826.4.1

線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理主動懸架系統(tǒng)模型的輸入是路面粗糙度和主動懸架系統(tǒng)液壓執(zhí)行器的干預(yù)力。對于主動懸架控制系統(tǒng)，輸入為路面不平度、輪胎動態(tài)位移、車身加速度和懸架動態(tài)撓度。輸出是主動懸架系統(tǒng)液壓執(zhí)行器的電磁閥滑閥的位移。836.4.1

線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理主動懸架控制器主要包括垂直振動控制器和橫搖控制器兩個部分，以車身質(zhì)心處的垂直振動加速度為狀態(tài)輸入值，以兩側(cè)懸架的功率為輸出值抑制垂直振動；以側(cè)傾角為輸入值，通過兩側(cè)懸掛力之差產(chǎn)生反向橫搖力矩來抑制車身橫搖，并根據(jù)橫搖力矩和垂直振動抑制力的大小調(diào)整兩個控制器的重量系數(shù)。846.4.1

線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理?請說說主動懸架優(yōu)缺點(diǎn)主要有哪些？85課堂實(shí)踐：汽車主動懸架系統(tǒng)常見故障維修?1.車身高度檢查86課堂實(shí)踐：汽車主動懸架系統(tǒng)常見故障維修?2.汽車供氣系統(tǒng)的檢測壓縮機(jī)。打開點(diǎn)膨脹開關(guān)，用專用跨接短路高度控制插頭端子，當(dāng)壓縮機(jī)工作時，聽聲音判斷工作情況，工作幾分鐘后，用手進(jìn)行溫度和振動