第十四章 汽車新型電子控制系統(tǒng)

1、第第14章章 汽車新型電子控制系統(tǒng)介紹汽車新型電子控制系統(tǒng)介紹 1.車載導(dǎo)航系統(tǒng)車載導(dǎo)航系統(tǒng) 2.整車綜合控制系統(tǒng)整車綜合控制系統(tǒng) 3.汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（VSC） 4.汽車線控技術(shù)汽車線控技術(shù) 5.數(shù)字化革命數(shù)字化革命 車載導(dǎo)航系統(tǒng)車載導(dǎo)航系統(tǒng)簡單地說就是車載導(dǎo)航的受信系統(tǒng)受信系統(tǒng)。該 系統(tǒng)通過全球定位系統(tǒng)（GPSGPS）天線）天線，接受從人造衛(wèi)星人造衛(wèi)星傳來 的電波電波，經(jīng)計(jì)測速度回轉(zhuǎn)儀對車速車速的計(jì)算，解析出目前自 己所處的位置的數(shù)據(jù)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

2、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 語音指示。 第一節(jié)第一節(jié) 車載導(dǎo)航系統(tǒng)車載導(dǎo)航系統(tǒng) 車載導(dǎo)航系統(tǒng)必須滿足以下要求：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)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，并能讓駕駛者看到駕駛者看到； 系統(tǒng)能夠接受旅行目的地請求，并給出到達(dá)目的地的最佳路線最佳路線； 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音和視語音和視 覺指示覺指

3、示； 系統(tǒng)能確定車輛是否“偏離路線”即偏離規(guī)劃路段； 1.系統(tǒng)能從當(dāng)前錯(cuò)誤位置開始重新規(guī)劃路線重新規(guī)劃路線來糾正“偏離路線” 狀態(tài)。 車載導(dǎo)航系統(tǒng)的組成和布置車載導(dǎo)航系統(tǒng)的組成和布置 圖14-1車載導(dǎo)航系統(tǒng)的組成和布置 1LCD顯示板2導(dǎo)航ECU3車輪轉(zhuǎn)速傳感器4GPS天線接收5車速傳感器 6轉(zhuǎn)向角傳感器7地磁傳感器8GPS接收天線9GPS接收器10CD-ROM 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) 一、道路地圖數(shù)據(jù)一、道路地圖數(shù)據(jù) 按一定比例劃分成按一定比例劃分成 若干區(qū)域若干區(qū)域 以航空測量出的地形以航空測量出的地形 道路圖為基礎(chǔ)道路圖為基礎(chǔ) 圖14-3

4、 CD-ROM數(shù)據(jù)庫 a）描繪數(shù)據(jù)組成 b）地圖描繪之例（1/20 000） c）CD-ROM數(shù)據(jù)庫 二、汽車導(dǎo)航傳感器二、汽車導(dǎo)航傳感器 1、地磁傳感器、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時(shí) d） 附加與線圈成45的外磁場時(shí) 高導(dǎo)磁性鈹鉬合金 圖14-5地磁傳感器的方位輸出 2、陀螺羅盤、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)利用這個(gè)性質(zhì)，可對空間物體的姿勢（側(cè)傾、姿勢（側(cè)傾、 縱向傾斜、偏轉(zhuǎn)等）或速度進(jìn)行檢測縱向傾斜、偏轉(zhuǎn)等）或速度進(jìn)行檢測

5、。它常用于船舶和飛 機(jī)等的自動(dòng)操縱自動(dòng)操縱和搖動(dòng)穩(wěn)定性控制裝置搖動(dòng)穩(wěn)定性控制裝置上上。 為了知道汽車的前進(jìn)方向和方位，作為汽車用陀螺羅 盤，常見的有以下兩種兩種 : 振動(dòng)陀螺振動(dòng)陀螺 是對振動(dòng)板附加角速度振動(dòng)板附加角速度時(shí)，測定作用在與振動(dòng)相垂直 方向上的哥氏力哥氏力，來求角速度角速度的方式。 圖14-6 振動(dòng)陀螺 a） 外形 b） 原理 c） 信號處理 d）輸出特性 光纖維陀螺光纖維陀螺 圖14-7 光纖維陀螺 a） 原理 b） 相位調(diào)制方式電路 圖14-7所示為光纖維陀螺的原理及相位調(diào) 制方式電路。 3、氣體速率陀螺儀、氣體速率陀螺儀 基本原理：基本原理：對噴嘴噴射的氦氣流施以角速度時(shí)，氣

6、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 圖14-9 GPS a） 衛(wèi)星軌道 b） 測定原理 GPS系統(tǒng)是在地球的上空20183km處的6個(gè)軌道面?zhèn)€軌道面上，按等間隔分別布置3個(gè)個(gè)， 計(jì)18個(gè)軌道衛(wèi)星個(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2121個(gè)個(gè)GPSGPS衛(wèi)星衛(wèi)星。 GPS是通過測量從人造衛(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)。 4、GPS 5、信標(biāo)、信標(biāo) 電波式電波式和光式光式兩種

7、。建設(shè)正在開發(fā)的電波信標(biāo)，用2.5GHz頻帶的微微 電波電波，現(xiàn)正在開發(fā)的光信標(biāo)，用波長波長850mm的紅外線進(jìn)行通信。安裝 在交叉點(diǎn)附近的道路標(biāo)識柱或信號器等處，備有接收裝置的汽車通過 其附近時(shí)，接收電波或光信號接收電波或光信號。來自信標(biāo)的信息是屬于點(diǎn)式信息點(diǎn)式信息，但 也可以用于推測導(dǎo)航法的誤差補(bǔ)償誤差補(bǔ)償上。 三、地圖微調(diào)導(dǎo)航法三、地圖微調(diào)導(dǎo)航法 在汽車位置推測導(dǎo)航法中，對由于方位沒定的誤差方位沒定的誤差、各種傳各種傳 感器的誤差感器的誤差、道路地圖與實(shí)際道路之間的不重合道路地圖與實(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)地圖微調(diào)，是指將通過推測導(dǎo)航法得到行駛 軌

8、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。 圖14-10 地圖微調(diào) a） 車輛位置修正 b） 多經(jīng)路追跡 c）距離偏差補(bǔ)償 車輛位置修正車輛位置修正 多經(jīng)路追跡多經(jīng)路追跡 距離偏差補(bǔ)償距離偏差補(bǔ)償 第二節(jié)第二節(jié) 整車綜合控制系統(tǒng)整車綜合控制系統(tǒng) 底盤底盤和車身車身的 綜合控制系統(tǒng)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) 在汽車行駛過程中，不斷受到橫向和縱向的作用力。當(dāng)橫向力橫向力 （側(cè)向力）超過車輪的側(cè)向抓地力側(cè)向抓地力時(shí)，汽車的方向操縱能力將大大降低， 甚至失

9、控，從而嚴(yán)重影響行車安全。 在直線行駛時(shí)，制動(dòng)力分配不均制動(dòng)力分配不均的制動(dòng)工況 在冰雪路面冰雪路面上的加速工況 高速轉(zhuǎn)彎高速轉(zhuǎn)彎工況 急轉(zhuǎn)彎急轉(zhuǎn)彎工況 方向失控的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 1.電子穩(wěn)定程序控制系統(tǒng)（電子穩(wěn)定程序控制系統(tǒng)（ESP） 圖14-11 ESP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)ECU 5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 圖14-12 ESP糾正過度轉(zhuǎn)向和不足轉(zhuǎn)向 a） 過度轉(zhuǎn)向 b） 不

10、足轉(zhuǎn)向 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 2.主動(dòng)式車身狀態(tài)控制系統(tǒng)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)。 （1 1）電子元件）電子元件 當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，傳感器立刻檢測出車身的傾 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 2）液壓元件）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

11、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 3）機(jī)械元件）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)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（Adaptive Cruise Control）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

12、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。 圖14-14轉(zhuǎn)彎時(shí)ACC系統(tǒng)仍能保持正常工作 4.駕駛員智能支持系統(tǒng)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) 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（先進(jìn)安全車輛（ASVASV），），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，可以識別道路上

13、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。 4 4個(gè)功能：個(gè)功能： 控制車速及與前車的距離控制車速及與前車的距離 控制控制HIDS車在車道中心位置車在車道中心位置 偏移警告偏移警告 人機(jī)界面人機(jī)界面 (1)控制車速及與前車的距離控制車速及與前車的距離當(dāng)HIDS車單獨(dú)在高速公路上行 駛時(shí)，可以預(yù)先設(shè)定車速作等速巡航，這個(gè)技術(shù)在當(dāng)今很多現(xiàn) 代轎車上都有。 (2)控制控制HIDS車在車道中心位置車在車道中心位置HIDS車上裝有本田公司專門 開發(fā)的成像處理系統(tǒng)。 (3)偏移警告偏移警告假如由于某種突發(fā)性情況而使本車突然駛離車

14、 道，這時(shí)由于情況緊急而來不及由電腦作出補(bǔ)償，則必須由報(bào) 警系統(tǒng)提醒駕駛員采取緊急措施。 (4)人機(jī)界面人機(jī)界面駕駛員可隨時(shí)通過裝在車速表內(nèi)的顯示，了解 系統(tǒng)的工作情況及車輛周圍的情況(前方及車道情況)。 第三節(jié)第三節(jié) 汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（VSCVSC） 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，如路面狀況路面狀況、車速車速、 和緊急避讓緊急避讓，車輛會(huì)呈現(xiàn)不足轉(zhuǎn)向或過多轉(zhuǎn)向趨勢。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)定性轉(zhuǎn)彎界限上

15、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 2.汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的控制方法汽車穩(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)滑側(cè)滑及橫擺運(yùn)動(dòng)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)偏角側(cè)偏角。 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； 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）抑制過量不足轉(zhuǎn)向 工程實(shí)際中，較簡化的控制方式有以下兩種。工程實(shí)際中，較簡化的控制方

16、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）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。 圖14-17 VSC的控制 3.汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的組成汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的組成 傳感器部分傳感器部分（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） 控制單元控制單元 控制制動(dòng)力和牽引力的執(zhí)行器部分控制制動(dòng)力和牽引力的執(zhí)行器部分 4.主要部件的結(jié)構(gòu)和原理主要部件的結(jié)構(gòu)和原理 減速度傳感器減速度傳感器 圖14-18 減

17、速度傳感器 圖14-19 轉(zhuǎn)向角度傳感器 轉(zhuǎn)向角度傳感器轉(zhuǎn)向角度傳感器 側(cè)向擺動(dòng)率傳感器側(cè)向擺動(dòng)率傳感器 采用音叉形狀振動(dòng)式速率陀螺儀。每個(gè)振子由振動(dòng)部分和檢測部分組 成，振動(dòng)部分與檢測部分的夾角為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。 制動(dòng)執(zhí)行器制動(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。 ECU ECU除正常控制ABS、TRC和VSC之外，還有下列作用： 1）初始檢查）初始檢查 當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)轉(zhuǎn)到ON位置，并且車速

18、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）自診斷 如果ECU檢測到ABS、TRC或VSC系統(tǒng)有故障，將在多信 息顯示器上顯示字母“CHECK VSC”或使ABS警告燈和VSC OFF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，也可用手持式檢測儀提取。 3）失效保護(hù)）失效保護(hù) 如果ECU系統(tǒng)發(fā)生故障，ECU會(huì)停止對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。 工作原理：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

19、 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)。 5.汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的工作過程汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的工作過程 圖14-20緊急轉(zhuǎn)向時(shí)的VSC控制效果 第四節(jié)汽車線控技術(shù)第四節(jié)汽車線控技術(shù) 一、汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一、汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 圖14-21線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡圖 1故障處理電動(dòng)機(jī)2轉(zhuǎn)向執(zhí)行電動(dòng)機(jī)3車輪轉(zhuǎn)角傳感器 4轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器 5回正力矩電動(dòng)機(jī)6車速傳感器、橫擺角速度傳感器、車身加速度傳感器 第四節(jié)汽車線控技術(shù) 圖14-22線控制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 二、汽車線控