汽车电子电气第13章汽车新型电子控制系统.ppt

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1、第第13章章汽汽车车新型新型电电子控制系子控制系统统1.车载导车载导航系航系统统2.整整车综车综合控制系合控制系统统3.汽汽车稳车稳定性控制系定性控制系统统（VSC）2021/9/151车载导车载导航系航系统统简单地说就是车载导航的受信系受信系统统。该系统通过全球定位系统（GPS）天）天线线，接受从人造人造卫卫星星传来的电电波波，经计测速度回转仪对车车速速的计算，解析出目前自己所所处处的位置的数据的位置的数据，由收录了地图的只读式紧凑光盘（CD-ROM）进行检索回原，最终在显示屏中显示车辆所处的位置、周围的道路交通路况、到达目的地的最佳线路以及通常情况下所需要的时间。该系统可通过语言应答装置来

2、模仿人的声音，及时地给驾驶者提供左右转弯及路名等语音指示。车载导航系统必须满足以下要求：系统能够在90%的行程时间内确定车辆当前位置，与实际位置偏差小于小于20m；系统能够将车辆当前位置转换为地地图图坐坐标标，且转换到最吻合的路段位置；系统能将车辆当前位置显示在地图上，并能让驾驶驾驶者看到者看到；系统能够接受旅行目的地请求，并给出到达目的地的最佳路最佳路线线；系统能根据整个规划路线的相关方向的行驶指令输出语语音和音和视觉视觉指示指示；系统能确定车辆是否“偏离路线”即偏离规划路段；系统能从当前错误位置开始重新重新规规划路划路线线来纠正“偏离路线”状态。第一第一节节车载导车载导航系航系统统2021

3、/9/152图14-1 车载导航系统的组成和布置1.车载导车载导航系航系统统的的组组成和布置成和布置2021/9/153图14-2 道路地图数据示意图a）根据地形数据的作图 b）属性数据2.道路地道路地图图数据数据按一定比例划分成按一定比例划分成若干区域若干区域以航空以航空测测量出的地形量出的地形道路道路图为图为基基础础2021/9/154图14-3 CD-ROM数据库a）描绘数据组成 b）地图描绘之例（1/20 000）c）CD-ROM数据库2021/9/1553.汽汽车导车导航航传传感器感器1)地磁地磁传传感器感器图14-4 地磁传感器a）外形 b）励磁状态 c）附加与线圈相平行的外磁场时

4、 d）附加与线圈成45的外磁场时高导磁性铍钼合金2021/9/156图14-5 地磁传感器的方位输出2)陀螺陀螺罗盘罗盘高速旋转体的旋转轴，在不加外力的情况下总是要保持一定方向。但若是施以外力，则将引起与其正交轴的旋转运动。利用利用这这个性个性质质，可对空间物体的姿姿势势（侧倾侧倾、纵纵向向倾倾斜、偏斜、偏转转等）或速度等）或速度进进行行检测检测。它常用于船舶和飞机等的自自动动操操纵纵和摇动稳摇动稳定性控定性控制装置制装置上上。为了知道汽车的前进方向和方位，作为汽车用陀螺罗盘，常见的有以下两种:2021/9/157振动陀螺是对振振动动板附加角速度板附加角速度时，测定作用在与振动相垂直方向上的哥

5、氏力哥氏力，来求角角速度速度的方式。图14-6 振动陀螺a）外形 b）原理 c）信号处理 d）输出特性2021/9/158光纤维陀螺图14-7 光纤维陀螺a）原理 b）相位调制方式电路2021/9/1593)气体速率陀螺气体速率陀螺仪仪基本原理：基本原理：对喷嘴喷射的氦气流施以角速度时，气流由于惯性而弯曲。图14-8 气体速率陀螺仪a）结构 b）原理4)GPSGPS是通过测量从人造卫星发射的无线电电波到达地面的时间，来计算卫星与地面的距离，从而确定位置的一种系统。2021/9/1510图14-9 GPSa）卫星轨道 b）测定原理GPS系统是在地球的上空20183km处的6个个轨轨道面道面上，按

6、等间隔分别布置3个个，计18个个轨轨道道卫卫星星。无论在地球的何处，总是能够接收到来自4个个卫卫星的星的电电波波。轨道面与赤道成55，各卫星在1天内围绕地球回转2圈。到1992年，计划布置包括备用在内共21个个GPS卫卫星星。2021/9/15115)信信标标电电波式波式和光式光式两种。建设正在开发的电波信标，用2.5GHz频带的微微电电波波，现正在开发的光信标，用波波长长850mm的红外线进行通信。安装在交叉点附近的道路标识柱或信号器等处，备有接收装置的汽车通过其附近时，接收接收电电波或光信号波或光信号。来自信标的信息是属于点式信息点式信息，但也可以用于推测导航法的误误差差补偿补偿上。4.地

7、地图图微微调导调导航法航法在汽车位置推测导航法中，对由于方位没定的方位没定的误误差差、各种各种传传感器的感器的误误差差、道路地道路地图图与与实际实际道路之道路之间间的不重合的不重合等而引起的累积误差需要及时补偿。所谓地地图图微微调调，是指将通过推测导航法得到行驶轨迹与画面上显示的道路地图上的道路形状相比较。认为在形状上以最高的概率相一致的地图上的道路上，自动修正自车位置的功能。车辆车辆位置修正位置修正多多经经路追迹路追迹距离偏差距离偏差补偿补偿2021/9/1512图14-10 地图微调a）车辆位置修正 b）多经路追迹2021/9/1513第二第二节节 整整车综车综合控制系合控制系统统电子稳定

8、程序控制系统主动式车身状态控制系统底底盘盘和车车身身的综综合控制系合控制系统统自适应巡航控制系统驾驶员智能支持系统1.电电子子稳稳定程序控制系定程序控制系统统（ESP）2021/9/1514在汽车行驶过程中，不断受到横向和纵向的作用力。当横向力横向力（侧向力）超过车轮的侧侧向抓地力向抓地力时，汽车的方向操纵能力将大大降低，甚至失控，从而严重影响行车安全。在直线行驶时，制制动动力分配不均力分配不均的制动工况在冰雪路面冰雪路面上的加速工况方向失控的工况方向失控的工况高速高速转转弯弯工况急急转转弯弯工况ESP解决能保证车辆稳定运行，大大提高了行车安全性2021/9/1515图14-11 ESP组成构

9、造1与ECU相连的ESP液压调节器 2轮速传感器 3点火模块 4发动机管理系统ECU 5节气门执行器6与横向加速度传感器集成一体的侧滑传感器 7踏板行程传感器 8转向角传感器 9燃油喷射器 ESP组成构造2021/9/1516图14-12 ESP纠正过度转向和不足转向a）过度转向 b）不足转向2.主主动动式式车车身状身状态态控制系控制系统统用以消除由车辆转弯、加速和制动所引起的各种不稳定运动状态。2021/9/1517图14-13 主动式车身状态控制系统1蓄能器 2空气弹簧 3空气压缩机 4车身垂直加速度传感器 5车身水平加速度传感器6车身高度传感器 7车身横向加速度传感器 8管路 9控制单元

10、2021/9/1518（1 1）电电子元件子元件当车辆转弯时，传感器立刻检测出车身的倾斜和横向加速度。每10ms刷新一次计算数据。驾驶员可根据需要选择“普通”或“运动”两种模式来改变输出值。（2 2）液）液压压元件元件在汽车的4个悬架滑柱中，弹簧的上方装有液压柱塞，由计算机控制的电磁线圈可打开位于汽车前后部位的阀门，使液压油以19.6MPa的压力流向柱塞；当柱塞向下移动时，弹簧加载，从而使车身回正。（3 3）机械元件）机械元件 可快速补偿车身的低频运动，比如由转弯和下沉引起的车身运动，过铁轨或走搓板路面引起的车身颠簸等。悬架滑柱还装备有传统的充气式减振器。3.自适自适应应巡航控制系巡航控制系统

11、统以前只有警察在公路上用雷达监测汽车是否超速，现在德尔福公司把雷达用在了自适应巡航控制ACC（Adaptive Cruise Control）系统中。当汽车在行驶中启用巡航控制时，这个系统用一个袖珍雷达传感器来监测前面的车辆，并进行调整，以与前车保持一个设定的间隔。如果前面的车辆突然减速，自适应巡航控制系统也会让自己的车减速以维持一个安全距离。2021/9/15194.驾驶员驾驶员智能支持系智能支持系统统日本本田公司的一项正在开发中的技术，它可以大大减轻在高速公路行驶中的驾驶员的疲劳，因为它不但会与前车保持一定车距，而且会认路。图14-15 驾驶员智能支持系统2021/9/1520本田公司围绕

12、汽车安全性的研究集中于如何使车辆在实际行驶中避免因驾驶员的错误而造成伤害；它有一个研究项目叫做先先进进安全安全车辆车辆（ASV），），而HIDS则是从ASV中演变出来的一个项目。这个系统，可以侦查到前方有无车辆并相应地控制HIDS车的速度，可以识别道路上的车道标志并在车辆偏离车道时作出调整。这将有助于驾驶员轻松地照顾到前方及两边的路况，减少由于驾驶疲劳而出现的误操作。控制控制车车速及与前速及与前车车的距离的距离控制控制HIDS车车在在车车道中心位置道中心位置偏移警告偏移警告人机界面人机界面2021/9/1521第三第三节节 汽汽车稳车稳定性控制系定性控制系统统（VSCVSC）为了在汽车转弯时提

13、供良好的循迹稳定性，VSC应运而生。在无法预料的情况或外部因素下，如路面状况路面状况、车车速速、和紧紧急避急避让让，车辆会呈现不足转向或过多转向趋势。在这种情况下，汽车稳定性控制系统会抑制过量不足转向或过多转向，修正到原有正常路径的循迹行驶，以使车辆稳定。1.转转弯界限上弯界限上车辆车辆的不的不稳稳定性定性图14-16 方向盘操作过渡时的车辆不稳定现象a）过渡操作时车身侧滑用和侧滑角速度d之间的关系 b）前轮侧滑角与旋转半径R之间的关系2021/9/15222.汽汽车稳车稳定性控制系定性控制系统统的控制方法的控制方法转向操纵不稳定现象是伴随前后轮的侧侧滑滑及横横摆摆运运动动而产生的，所以为了获

14、得良好的操纵稳定性，需要控制适当的侧侧偏角偏角。1）随车身的侧偏角及其变化率的增加在前外轮上施加制动力，以控制自转稳定性的方法；2）随前轮侧偏角的增加，以后轮的内轮为中心，附加制动力的控制方法。1）抑制）抑制过过量不足量不足转转向向工程实际中，较简化的控制方式有以下两种。汽车是否处于不足转向状态可由目标侧向摆动率和汽车实际侧向摆动率之差确定。2）抑制）抑制过过量量过过多多转转向向汽车是否处于过多转向状态可由汽车滑移角度和汽车滑移角速度（汽车滑移角速度随时间的变化而改变）来确定。2021/9/1523图14-17 VSC的控制3.汽汽车稳车稳定性控制系定性控制系统统的的组组成成传传感器部分感器部

15、分（方向盘转角传感器、减速度传感器、车身偏摆角速度传感器、制动油路油压传感器、轮速传感器等）控制控制单单元元控制制控制制动动力和力和牵牵引力的引力的执执行器部分行器部分2021/9/15244.主要部件的主要部件的结结构和原理构和原理减速度减速度传传感器感器图14-18 减速度传感器转转向角度向角度传传感器感器图14-19 转向角度传感器侧侧向向摆动摆动率率传传感器感器采用音叉形状振动式速率陀螺仪。每个振子由振动部分和检测部分组成，振动部分与检测部分的夹角为90。压电陶瓷元件的特性是当给其施加电压时会产生变形，而当陶瓷元件受外力变形时会产生电压。2021/9/1525 制制动执动执行器行器在原

16、来的ABS和TRC执行器的基础之上，增加了控制前轮制动器压力的油路，以便适应稳定性控制。制动执行器由15个两位电磁阀，3个压力调节阀，油泵和储油缸组成。ECUECU除正常控制ABS、TRC和VSC之外，还有下列作用：1）初始）初始检查检查当点火开关转到ON位置，并且车速达到或接近6km/h时，ECU进行初始检查。依次检查执行器的每个电磁阀和泵的电机。2）自）自诊诊断断如果ECU检测到ABS、TRC或VSC系统有故障，将在多信息显示器上显示字母“CHECK VSC”或使ABS警告灯和VSC OFF指示灯闪亮，提醒驾驶员发生了故障。ECU也存储故障码。诊断码可通过ABS警告灯和多信息显示器提取，也

17、可用手持式检测仪提取。3）失效保）失效保护护如果ECU系统发生故障，ECU会停止对ABS、TRC或VSC的控制。这时，制动器和节气门会像无ABS、TRC或VSC的汽车那样工作。5.汽汽车稳车稳定性控制系定性控制系统统的工作的工作过过程程2021/9/1526工作原理：工作原理：根据ECU判定的汽车运动状态，通过控制节气门开启角度以及控制制动压力。制动压力的控制是由制动执行器的电磁阀完成的。电磁阀控制油泵产生的压力并根据不同情况将压力施加给每个轮缸。共有三种控制方式：压力减小、压力保持和压力增加。不足转向时，后轮施加制动。过多转向时，前外侧车轮制动，后车轮按需要制动。图14-20 VSC工作过程

18、2021/9/1527第四第四节节 汽汽车电车电子伺服操子伺服操纵纵目前，汽车在行驶中的一切运动方式，如加速、制动和转向等都是由驾驶员来操纵；但是未来的汽车电子技术将使情况彻底改观，各种操纵都不再通过一些机械传动来实现，而是用电路将汽车的各个操纵系统连接起来。遍布全车的传感器将信息传送到电子控制组件（模块）处，控制组件向各系统的执行机构发出指令，使各系统动作起来，实现不同的操纵。它们都是一些智能系统，能不间断地监视路面和车辆性能。例如例如，电电子伺服子伺服节节气气门门控制（控制（Throttle-by-wire），是一个由踏板加传感器构成的组件，传感器把驾驶员加速的意图传达给发动机电子控制系统

19、，同时以踏力给驾驶员以反馈。发动机管理系统命令电动机将节气门调到适当开度，并同步调节空气、燃油和排气量，从而使汽车加速。电子伺服油门控制，将使传统的油门拉线“寿终正寝”。除了电子伺服节气门控制，德尔福研究中心正在开发的电子伺服油门控制和电子伺服制动、戴姆勒克莱斯勒公司推出的测控一体化制动系统、电子伺服转向、电子伺服悬架控制、电子伺服侧倾控制等不但能提高车辆的性能，改善对环境的保护，还可取消车上某些传统的机械装置，腾出车上的空间，减轻重量，而且还简化了装配作业，可谓好处良多。2021/9/1528第五第五节节 数字化革命数字化革命国外称汽车为“轮轮子上的子上的计计算机算机”，预计将来评价一辆汽车

20、的先进程度，不是看其发动机的功率有多大，而主要看其芯片的计算能力有多强。计算机是用来进行数字运算与传送的，用计算机专业人士的话来说，计算机可以处理的一切问题都是被数字化了的问题，或者说“问题的数字化”。历史上机械工程师一直主宰着汽车的命运，可现在电气工程师成了主宰。随着电子技术中融进更多微机的功能，计算机软件的创造者和供应者将起新的更大的作用。专家预言，我们将看到国际商用机器公司和惠普（HP）公司等计算机行业的大户跻身于主要汽车零部件供应商的队伍中；而且我们还将看到在汽车制造厂家和软件供应商之间爆发一场权利之争，汽车软件设计的知识产权归谁所有？也许你能通过安装一个新的软件程序而改变了发动机的性能，那发动机算谁的？因此，在知识经济时代最明智的做法是：汽车零部件制造厂家和软件供应商之间相互配合、通力合作，通过添加软件装置不断提高汽车总成或系统的知识含量和科技含量，并以此来争夺汽车市场。2021/9/1529思考题与习题:1.简述车载导航系统需满足的基本要求。2.简述车载导航系统的基本组成及其功能。3.分析驾驶员智能支持系统具有的功能。2021/9/15302021/9/1531