《汽車電器與電子技術(shù)》第14章汽車新型電子控制系統(tǒng)第一頁，共31頁。

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)。該系統(tǒng)通過全球定位系統(tǒng)（GPS）天線，接受從人造衛(wèi)星傳來的電波，經(jīng)計測速度回轉(zhuǎn)儀對車速的計算，解析出目前自己所處的位置的數(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、到達(dá)目的地的最佳線路以及通常情況下所需要的時間。該系統(tǒng)可通過語言應(yīng)答裝置來模仿人的聲音，及時地給駕駛者提供左右轉(zhuǎn)彎及路名等語音指示。車載導(dǎo)航系統(tǒng)必須滿足以下要求：系統(tǒng)能夠在90%的行程時間內(nèi)確定車輛當(dāng)前位置，與實際位置偏差小于20m；系統(tǒng)能夠?qū)④囕v當(dāng)前位置轉(zhuǎn)換為地圖坐標(biāo)，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；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；系統(tǒng)能根據(jù)整個規(guī)劃路線的相關(guān)方向的行駛指令輸出語音和視覺指示；系統(tǒng)能確定車輛是否“偏離路線”即偏離規(guī)劃路段；系統(tǒng)能從當(dāng)前錯誤位置開始重新規(guī)劃路線來糾正“偏離路線”狀態(tài)。第一節(jié)車載導(dǎo)航系統(tǒng)第二頁，共31頁。圖14-1車載導(dǎo)航系統(tǒng)的組成和布置

1.車載導(dǎo)航系統(tǒng)的組成和布置第三頁，共31頁。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)

2.道路地圖數(shù)據(jù)

按一定比例劃分成若干區(qū)域

以航空測量出的地形道路圖為基礎(chǔ)

第四頁，共31頁。圖14-3CD-ROM數(shù)據(jù)庫a）描繪數(shù)據(jù)組成b）地圖描繪之例（1/20000）c）CD-ROM數(shù)據(jù)庫第五頁，共31頁。

3.汽車導(dǎo)航傳感器

1)地磁傳感器圖14-4地磁傳感器a）外形b）勵磁狀態(tài)c）附加與線圈相平行的外磁場時d）附加與線圈成45°的外磁場時高導(dǎo)磁性鈹鉬合金第六頁，共31頁。圖14-5地磁傳感器的方位輸出2)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。利用這個性質(zhì)，可對空間物體的姿勢（側(cè)傾、縱向傾斜、偏轉(zhuǎn)等）或速度進(jìn)行檢測。它常用于船舶和飛機(jī)等的自動操縱和搖動穩(wěn)定性控制裝置上。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:第七頁，共31頁。★振動陀螺是對振動板附加角速度時，測定作用在與振動相垂直方向上的哥氏力，來求角速度的方式。圖14-6振動陀螺a）外形b）原理c）信號處理d）輸出特性第八頁，共31頁。★光纖維陀螺圖14-7光纖維陀螺a）原理b）相位調(diào)制方式電路第九頁，共31頁。3)氣體速率陀螺儀

基本原理：對噴嘴噴射的氦氣流施以角速度時，氣流由于慣性而彎曲。圖14-8氣體速率陀螺儀a）結(jié)構(gòu)b）原理4)

GPSGPS是通過測量從人造衛(wèi)星發(fā)射的無線電電波到達(dá)地面的時間，來計算衛(wèi)星與地面的距離，從而確定位置的一種系統(tǒng)。第十頁，共31頁。圖14-9GPSa）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個軌道面上，按等間隔分別布置3個，計18個軌道衛(wèi)星。無論在地球的何處，總是能夠接收到來自4個衛(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，計劃布置包括備用在內(nèi)共21個GPS衛(wèi)星。第十一頁，共31頁。5)信標(biāo)

電波式和光式兩種。建設(shè)正在開發(fā)的電波信標(biāo)，用2.5GHz頻帶的微電波，現(xiàn)正在開發(fā)的光信標(biāo)，用波長850mm的紅外線進(jìn)行通信。安裝在交叉點附近的道路標(biāo)識柱或信號器等處，備有接收裝置的汽車通過其附近時，接收電波或光信號。來自信標(biāo)的信息是屬于點式信息，但也可以用于推測導(dǎo)航法的誤差補(bǔ)償上。4.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、各種傳感器的誤差、道路地圖與實際道路之間的不重合等而引起的累積誤差需要及時補(bǔ)償。所謂地圖微調(diào)，是指將通過推測導(dǎo)航法得到行駛軌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，自動修正自車位置的功能?！糗囕v位置修正◆多經(jīng)路追跡

◆距離偏差補(bǔ)償

第十二頁，共31頁。圖14-10地圖微調(diào)a）車輛位置修正b）多經(jīng)路追跡第十三頁，共31頁。第二節(jié)整車綜合控制系統(tǒng)底盤和車身的綜合控制系統(tǒng)電子穩(wěn)定程序控制系統(tǒng)主動式車身狀態(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)

1.電子穩(wěn)定程序控制系統(tǒng)（ESP）第十四頁，共31頁。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（側(cè)向力）超過車輪的側(cè)向抓地力時，汽車的方向操縱能力將大大降低，甚至失控，從而嚴(yán)重影響行車安全。在直線行駛時，制動力分配不均的制動工況在冰雪路面上的加速工況高速轉(zhuǎn)彎工況急轉(zhuǎn)彎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第十五頁，共31頁。圖14-11ESP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－點火模塊4－發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)ECU5－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)造第十六頁，共31頁。圖14-12ESP糾正過度轉(zhuǎn)向和不足轉(zhuǎn)向a）過度轉(zhuǎn)向b）不足轉(zhuǎn)向2.主動式車身狀態(tài)控制系統(tǒng)

用以消除由車輛轉(zhuǎn)彎、加速和制動所引起的各種不穩(wěn)定運(yùn)動狀態(tài)。第十七頁，共31頁。圖14-13主動式車身狀態(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－控制單元第十八頁，共31頁。（1）電子元件當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時，傳感器立刻檢測出車身的傾斜和橫向加速度。每10ms刷新一次計算數(shù)據(jù)。駕駛員可根據(jù)需要選擇“普通”或“運(yùn)動”兩種模式來改變輸出值。（2）液壓元件在汽車的4個懸架滑柱中，彈簧的上方裝有液壓柱塞，由計算機(jī)控制的電磁線圈可打開位于汽車前后部位的閥門，使液壓油以19.6MPa的壓力流向柱塞；當(dāng)柱塞向下移動時，彈簧加載，從而使車身回正。（3）機(jī)械元件可快速補(bǔ)償車身的低頻運(yùn)動，比如由轉(zhuǎn)彎和下沉引起的車身運(yùn)動，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)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（AdaptiveCruiseControl）系統(tǒng)中。當(dāng)汽車在行駛中啟用巡航控制時，這個系統(tǒng)用一個袖珍雷達(dá)傳感器來監(jiān)測前面的車輛，并進(jìn)行調(diào)整，以與前車保持一個設(shè)定的間隔。如果前面的車輛突然減速，自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)也會讓自己的車減速以維持一個安全距離。第十九頁，共31頁。4.駕駛員智能支持系統(tǒng)日本本田公司的一項正在開發(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，因為它不但會與前車保持一定車距，而且會認(rèn)路。圖14-15駕駛員智能支持系統(tǒng)第二十頁，共31頁。

本田公司圍繞汽車安全性的研究集中于如何使車輛在實際行駛中避免因駕駛員的錯誤而造成傷害；它有一個研究項目叫做先進(jìn)安全車輛（ASV），而HIDS則是從ASV中演變出來的一個項目。這個系統(tǒng)，可以偵查到前方有無車輛并相應(yīng)地控制HIDS車的速度，可以識別道路上的車道標(biāo)志并在車輛偏離車道時作出調(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?！锟刂栖囁偌芭c前車的距離★控制HIDS車在車道中心位置

★偏移警告

★人機(jī)界面

本技術(shù)是無人駕駛的基礎(chǔ)。第二十一頁，共31頁。第三節(jié)汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（VSC）為了在汽車轉(zhuǎn)彎時提供良好的循跡穩(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、車速、和緊急避讓，車輛會呈現(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)定性圖14-16方向盤操作過渡時的車輛不穩(wěn)定現(xiàn)象a）過渡操作時車身側(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)系第二十二頁，共31頁。2.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)滑及橫擺運(yùn)動而產(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。1）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力，以控制自轉(zhuǎn)穩(wěn)定性的方法；2）隨前輪側(cè)偏角的增加，以后輪的內(nèi)輪為中心，附加制動力的控制方法。1）抑制過量不足轉(zhuǎn)向

工程實際中，較簡化的控制方式有以下兩種。汽車是否處于不足轉(zhuǎn)向狀態(tài)可由目標(biāo)側(cè)向擺動率和汽車實際側(cè)向擺動率之差確定。2）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間的變化而改變）來確定。第二十三頁，共31頁。圖14-17VSC的控制3.汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的組成傳感器部分（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、制動油路油壓傳感器、輪速傳感器等）控制單元

控制制動力和牽引力的執(zhí)行器部分

第二十四頁，共31頁。4.主要部件的結(jié)構(gòu)和原理①減速度傳感器

圖14-18減速度傳感器

圖14-19轉(zhuǎn)向角度傳感器

②轉(zhuǎn)向角度傳感器

側(cè)向擺動率傳感器

③

采用音叉形狀振動式速率陀螺儀。每個振子由振動部分和檢測部分組成，振動部分與檢測部分的夾角為90°。壓電陶瓷元件的特性是當(dāng)給其施加電壓時會產(chǎn)生變形，而當(dāng)陶瓷元件受外力變形時會產(chǎn)生電壓。第二十五頁，共31頁。

④制動執(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器壓力的油路，以便適應(yīng)穩(wěn)定性控制。制動執(zhí)行器由15個兩位電磁閥，3個壓力調(diào)節(jié)閥，油泵和儲油缸組成。⑤

ECUECU除正常控制ABS、TRC和VSC之外，還有下列作用：1）初始檢查當(dāng)點火開關(guān)轉(zhuǎn)到ON位置，并且車速達(dá)到或接近6km/h時，ECU進(jìn)行初始檢查。依次檢查執(zhí)行器的每個電磁閥和泵的電機(jī)。2）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“CHECKVSC”或使ABS警告燈和VSCOFF指示燈閃亮，提醒駕駛員發(fā)生了故障。ECU也存儲故障碼。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)如果ECU系統(tǒng)發(fā)生故障，ECU會停止對ABS、TRC或VSC的控制。這時，制動器和節(jié)氣門會像無ABS、TRC或VSC的汽車那樣工作。5.汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的工作過程第二十六頁，共31頁。工作原理：根據(jù)ECU判定的汽車運(yùn)動狀態(tài)，通過控制節(jié)氣門開啟角度以及控制制動壓力。制動壓力的控制是由制動執(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，后輪施加制動。過多轉(zhuǎn)向時，前外側(cè)車輪制動，后車輪按需要制動。圖14-20VSC工作過程第二十七頁，共31頁。第四節(jié)汽車電子伺服操縱目前，汽車在行駛中的一切運(yùn)動方式，如加速、制動和轉(zhuǎn)向等都是由駕駛員來操縱；但是未來的汽車電子技術(shù)將使情況徹底改觀，各種操縱都不再通過一些機(jī)械傳動來實現(xiàn)，而是用電路將汽車的各個操縱系統(tǒng)連接起來。遍布全車的傳感器將信息傳送到電子控制組件（模塊）處，控制組件向各系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，使各系統(tǒng)動作起來，實現(xiàn)不同的操縱。它們都是一些智能系統(tǒng)，能不間斷地監(jiān)視路面和車輛性能。

例如，電子伺服節(jié)氣門控制（Throttle-by-wire），是一個由踏板加傳感器構(gòu)成的組件，傳感器把駕駛員加速的意圖傳達(dá)給發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)，同時以踏力給駕駛員以反饋。發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)命令電動機(jī)將節(jié)氣門調(diào)到適當(dāng)開度，并同步調(diào)節(jié)空氣、燃油和排氣量，從而使汽車加速。電子伺服油門控制，將使傳統(tǒng)的油門拉線“壽終正寢”。除了電子伺服節(jié)氣門控制，德爾福研究中心正在開發(fā)的電子伺服油門控制和電子伺服制動、戴姆勒－克萊斯勒公司推出的測控一體化制動系統(tǒng)、電子伺服轉(zhuǎn)向、電子伺服懸架控制、電子伺服側(cè)傾控制等不但能提高車輛的性能，改善對環(huán)境的保護(hù)，還可取消車上某些傳統(tǒng)的機(jī)械裝置，騰出