Transcript 线控底盘总结和展望
汽车底盘电子控制技术 现状和发展趋势 浙江亚太机电股份有限公司 郭立书 博士 2011年11月22日 汇报内容 • • • • • • 前言 汽车底盘电子控制的理论基础 现代常见的汽车底盘电子控制系统 汽车底盘电子控制系统的网络化趋势 汽车底盘电子控制的长远趋势-线控底盘 总结和展望 汽车技术的要求 法规 排放 噪音 节能 可靠性 内饰 空气阻力 续驶里程 重量 动力性 外型 安全性 声誉 成本 汽车电子的几项百分比和发展趋向 汽车电子占整车价值的百分比 汽车电子占汽车技术创新的百分比 价值 体积 汽车技术创新的现状 增加系统的复杂性 增大系统之间的相互依赖性 显现出降低造价的重要性 在部分高档汽车中汽车电子和软件已经达到了汽车总 造价的40%； 目前90%汽车技术创新都是同汽车电子和软件相关； 部分高档汽车中的电子控制器已达70个以上.它们之间 使用多个网络相互联系和交换信息。 汽车电子系统分类 控制台 信息娱乐 硬盘和电机 起落架控制 舒适和安全 信息系统 发动机和传动系统 底盘控制系统 集成电动机和 传动系统 起动器-发电机 （音乐/视频/游戏） 混合动力传动 电话/传真/电子邮件 电动传动 通讯系统 电磁气门 导航 信息网络 娱乐 线控制动 线控转向 主动悬架 侧倾控制 连续阻尼控制 全时四轮驱动 舒适和安全系统 空调 电动车窗 中央门锁 防盗、巡航 安全气囊 汽车电喷系统 汇报内容 • • • • • • 前言 汽车底盘电子控制的理论基础 现代常见的汽车底盘电子控制系统 汽车底盘电子控制系统的网络化趋势 汽车底盘电子控制的长远趋势-线控底盘 总结和展望 汽车底盘系统之间的关系 车辆动力学技术 手动 驾驶 连续阻尼控制 主动前轮转向 侧倾控制 主动 悬架 电子稳定程序 转向 制动 电动助力转向 牵引 主动四轮驱动 差速锁 汽车底盘电控系统的分工和协调 车身具有6个自由度 车辆耦合运动 悬架坐标 轮胎力系 现代汽车底盘控制的基本思路和原理 驾驶员指令: 方向盘 油门,制动 起作用的是轮胎力 Fx 和 Fy 影响的是汽车的 运动状态 ax,ay,Yaw AYC 轮胎力 λB=(w0-w)/w0 滑移率 Fy μ Fz λ α γ 主要参数和变量 α 侧偏角 Fx 汇报内容 • • • • • • 前言 汽车底盘电子控制的理论基础 现代常见的汽车底盘电子控制系统 汽车底盘电子控制系统的网络化趋势 汽车底盘电子控制的长远趋势-线控底盘 总结和展望 汽车轮胎特性 纵向和侧向力系数 纵向和侧向力系数-滑动率曲线 车轮的侧偏角 滑移率控制 范围15%～25% 滑移率 ABS:简化的车轮轮胎滑动率的控制原理 λ=（ωR0-ωr)/ωR0 =(VF - Vw)/VF ωR0=VF/R ABS:制动压力调节原理图 常开阀 进油阀 常闭阀 出油阀 低压蓄能器 回油泵 整车的ABS液压回路图 1.主缸 2.液压控制单元 3.高压蓄能器 4.液压泵 5.电机 6.低压蓄能器 7.进油阀 8.出油阀 TCS系统最典型的应用场所µ-Split 差速器 MKar*iDiff>2*Fl*R Fx=2*Fl MKar*iDiff=2*Fh*R Fx=Fh+Fl MKar*iDiff>>2*Fh*R 发动机的电子管理是TCS的先决条件 ABS/TCS TCS的发动机干预: 发动机的电子管理系统2(EMS) 不断地将实际扭矩发送给TCS控制 器。如果发动机的实际扭矩大,控 制器计算出期望扭矩并将其值发送 给发动机的电子管理系统(EMS)。 EMS于是将根据TCS控制器的期望扭 矩。执行电机4对节气门5进行相应 的调整。在这种情况下TCS只能减 小而不能增大驾驶员的节气门踏板 MFV(3)的要求。 TCS出现的意义 • 对汽车的动力性能: (差速锁 + 最优滑移) • 对汽车的安全性能: (快速自适应巡航控制+ 侧向力 + 发动机制动控制) • 对现代汽车技术: 驱动力控制的电子化+智能化+网络化 • 对汽车制动器厂家: 从单纯的汽车减速控制到汽车加速控制 从汽车运动的单向到汽车纵向运动的一个完整的自由度 ESP的基本思路 过多转向 制动压力 不足转向 过多转向脉冲 有ESP 没有ESP 不足转向脉冲 有ESP 驾驶员 FB 没有ESP t FB FB FB ESP所需电子传感器及硬件 方向盘 转角传感器 ABS TCS ESP 液压传感器 汽车横摆角速度和 横向加速度传感器 发动机 转矩控制 真空助力器 与串联主缸 液压阀控制器 集成块 车轮转速 传感器 ESP基本控制原理 控制对象:汽车 执行机构:刹车和发动机干预 监视:测量和估算运动状况 期望运动状况 实际运动状况 控制误差 控制干预 ESP(电子稳定程序)控制变量的选定 • • • • 质心侧偏角 横摆角速度 质心侧偏角速度 前轮转向角 F l F l J gz sf f sr r 侧向力 Fsf CRf f Fsr CRr r Fsf FZf 侧偏角 f l f v l r r v F l F l J gz sf f sr r ) F F mg v ( sf sr 侧偏角速度和理论前轮转向角作控制变量 过多转向时 alat vref meas alat meas vref ˆ 1st order alat vref meas 不足转向时 l * meas K * alat vref ˆcalc 1st order ESP(电子稳定程序)液压回路简图 ESP液压块、电磁阀、电子控制器组装简图 ESP出现的意义 • 对汽车的动力性能: 用轮胎的纵向力替代横向力来实现汽车的横摆和侧向运动 • 对汽车的安全性能: 几乎在任何环境下都能保持汽车的方向稳定性 • 对现代汽车技术: 汽车转向行驶控制的电子化+智能化+网络化 • 对汽车制动器厂家: 从单纯的汽车减速控制到汽车动力学的全面控制(ESP) 涵盖汽车动力学的三个运动自由度 为新的产品和新的商机开僻了广阔天地 汽车电子转向控制的新功能和特点 • 1.对驾驶员的意图进行识别,对汽车的运动动状况进行 估计,在必要时向驾驶员提出合理的建议(DSR EPS)； 2.对驾驶员的意向进行识别,对汽车的运动动状况进行 观察,在必要时对驾驶员的指令进行合理的修正(AFS RWS)； 3.电控电动助力转向减轻驾驶员转向力,从而减轻驾驶 员的劳动量。 特征:主动,识别,监督,建议,修正(监督,参谋和调整)。 4.节能，降低油耗的措施之一。 主动性前轮电动助力转向系统 EPS (Electric Power Steering) 可取代传统的动力转向 辅助力矩的大小可以由控制器根据 具体情况自由调节:V,TDriver,δ DSR- Driver Steering Recommendation 1.当汽车过多转向时 2.当汽车在-Split 路面制动时 3.停车辅助 主动性前轮电动助力转向系统的组成部分 转子转数传感器 力矩传感器 力矩传动单元 转向角传感器 控制器 电机 主动性前轮电动助力转向系统的不同形式 前轴的额定载 荷小于650公斤 的微型轿车 前轴的额定载荷不 大于1350公斤的中 高档轿车和小型BUS a c a) 安装在转向轴上的 EPS c) 安装在转向器齿条上的EPS 适应于前轴的额定 载荷不大于850公 斤的中档轿车 前轴的额定载荷 大于1350公斤的 车辆 b d b) 安装在转向器小齿轮上的EPS d) 安装在转向器横拉杆上的EPS 主动性后轮转向系统 基本功能:iRWS=δrear/δfront 后轮转向系统的转动比作为车速的函数 低速拐弯,停车更敏捷,更方便 高速换道更快,更安全 iRWS V 50km/h 特别功能:汽车方向稳定 对汽车运动控制的其他可能性 • 对汽车的侧倾稳定杆进行控制 Fz->变化 • 对汽车车轮的外倾角进行控制 γ->变化 • 对汽车悬挂系统的弹簧和阻尼器 进行控制 Fz->平稳 轮胎力 μ Fz λ α γ 主要参数和变量 BMW 7er 的主动性侧倾稳定杆控制系统 扭转力矩 换向电机断面图 电机内腔 电机轴 电机壳 主动稳定 后桥 1 侧倾稳定杆 主动性车轮外侧角控制系统 车轮 外倾角 驾驶动态对比 轮胎 控制阀 支撑 双横臂杆 旋转 执行器 轮架 车轮偏移-侧向力 外倾角-侧向力 主动车轮外倾角控制 驾驶条件传感器 液压 CDC减振器,连续可调减振器 压力 阻尼力 拉力 稳定性 安全性 CDC减振器 舒适性 比例阀 相对速度m/s CDC减振器的特性曲线 CDC减振器结构图 汇报内容 • • • • • • 前言 汽车底盘电子控制的理论基础 现代常见的汽车底盘电子控制系统 汽车底盘电子控制系统的网络化趋势 汽车底盘电子控制的长远趋势-线控底盘 总结和展望 汽车底盘的一体化控制(GCC) 车辆响应 干扰 车辆 交通环境 驾驶员 方向盘 油门踏板 底盘 一体化控制 制动踏板 车辆传感器 车辆响应 ECU 转向 ECU 驱动 ECU 制动 ECU 悬架 ECU 底盘其 它系统 保存车辆状态 汽车底盘一体化控制的任务和目的 底盘一体化控制目标，给 定的电控底盘子系统配置 （ESP, EPS, EAS, CDC, ARS, ...） 给定驾驶条件的全局优化 主动安全性 驾驶舒适性 驾驶乐趣 电子稳定程序 电动助力转向 电子空气悬架 连续阻尼控制 主动侧倾稳定性 汇报内容 • • • • • • 前言 汽车底盘电子控制的理论基础 现代常见的汽车底盘电子控制系统 汽车底盘电子控制系统的网络化趋势 汽车底盘电子控制的长远趋势-线控底盘 总结和展望 (X by Wire)汽车线控系统的特点 • 操纵机构和执行机构没有机械联接和机械能量的传递; • 驾驶员操纵指令由传感元件所感知,由电子控制器所检 验和核实,以电信号的形式由网络线路传递给执行机构; • 执行机构使用外来能源完成操纵指令相应的任务; • 执行机构的执行过程和结果受到电子控制器的观测和 控制。 汽车线控系统的种类 线控驱动系统 线控转向系统 线控换档系统 线控油门系统 线控增压系统 线控悬挂系统 线控制动系统 转向系统的线控技术的实例 电子转向 42V汽车容错电路 电子齿条 线控制动系统之一(EHB) 电子液压制动系统元件 制动器 传输控制单元 信号处理 常规制动器 ECU 液压控制 HCU 踏板单元 制 动 踏 踏感模拟器 板 传感器 线控制动系统之二(EMB) - - 制动器 传输控制单元 信号 4x 智能制动器 模块 能量控制 信号 信号（冗余） 传感器 制 信号处理 ECU 4x 智能制动器 各路信号 踏板单元 踏感 模拟器 动 踏 板 液压和EMB混合制动系统 决定汽车线控系统前途的主要因素 • • • 功能,性能 价格:成本和维修 可靠性,正确性,耐久性 汇报内容 • • • • • • 前言 汽车底盘电子控制的理论基础 现代常见的汽车底盘电子控制系统 汽车底盘电子控制系统的网络化趋势 汽车底盘电子控制的长远趋势-线控底盘 总结和展望 汽车底盘技术发展的趋势 电子化 智能化 网络化 汽车底盘 电子控制系统 …… X by wire 汽车驾驶 自动化 小结 • 电子控制系统在现代汽车中的作用会越来越大, 其性能会不断完善和扩展； • 汽车中各系统通过网络化会更协调更合理更有 效地合作运转； • 新的有智能的辅助产品和系统会不断出现,逐步 完善； • 传统的机械和液压系统将来还是占很高的比例, 不可忽视,不可完全替代。他是汽车动力学的立 足之本。 谢 谢！