汽車底盤電子控制系統(tǒng)的研究

1汽車底盤控制的基本原理及控制特征車輛底板的主要功能是根據(jù)駕駛員的意愿加速、減速和轉(zhuǎn)向運動。由圖1可見,駕駛員是通過汽車?yán)锏牟倏v元件(轉(zhuǎn)向盤、油門和制動踏板)來表達(dá)其意向,相應(yīng)的執(zhí)行量是前輪的轉(zhuǎn)向角及車輪上的驅(qū)動力矩或制動力矩,真正起作用的是輪胎的縱向力和側(cè)向力。汽車輪胎力的主要影響因素是路面的附著系數(shù)、車輪的法向力、車輪滑動(轉(zhuǎn))率和車輪側(cè)偏角。因此,汽車底盤控制的基本思路和原理就是在給定的路面附著系數(shù)和車輪法向力的情況下對車輪滑動(轉(zhuǎn))率和側(cè)偏角進行適當(dāng)?shù)挠绊懞涂刂?來間接調(diào)控輪胎的縱向力和側(cè)向力,最大限度地利用輪胎和路面之間的附著力,提高汽車的主動安全性、機動性和舒適性。汽車底盤的電子控制是一個多系統(tǒng)相互影響,相互作用的復(fù)雜系統(tǒng)工程,具有以下特征。(1)不同的控制系統(tǒng)經(jīng)常共用同一傳感器、執(zhí)行機構(gòu)、甚至電子控制單元。如輪速傳感器的信號幾乎被所有的底盤控制系統(tǒng)所使用。(2)同一個控制目標(biāo)可由不同的控制系統(tǒng)單獨或者共同來控制。如汽車在離散型路面上制動時方向穩(wěn)定性可通過ABS、ESP、AFS和RWS來控制。(3)同一個控制系統(tǒng)可能會對多個變量同時進行控制,并且擁有多個執(zhí)行機構(gòu)。如TCS的控制變量有車輪的滑轉(zhuǎn)率和車輪的角加速度,其執(zhí)行機構(gòu)有發(fā)動機節(jié)氣門開度的調(diào)節(jié)器和輪缸里制動液壓的調(diào)節(jié)裝置。(4)同一個控制變量同時受不同的控制系統(tǒng)所控制。如車輪滑動率同時受ABS和ESP的控制。2一般電子管理系統(tǒng)是車輛底部2.1基于車輛鎖和驅(qū)動的電子控制體系2.1.1abs主要控制目標(biāo)汽車在制動過程中,當(dāng)車輪滑動率在30%左右時,制動力系數(shù)最大(見圖2)。此時車輪能獲得的地面制動力也最大。當(dāng)制動力矩進一步增加,車輪滑動率將快速增大,制動力系數(shù)不但不再增大了,反而逐漸減小。顯然,車輪滑動率在大于λ0時,制動力系數(shù)處于非穩(wěn)定區(qū)域。因此希望將車輪滑動率控制在穩(wěn)定區(qū)域里。從側(cè)向力系數(shù)和滑動率的關(guān)系曲線可以看出,滑動率越小,側(cè)向力系數(shù)越大。當(dāng)車輪完全抱死時,其側(cè)向力系數(shù)幾乎為零,完全失去了承受側(cè)向力的能力。當(dāng)這種現(xiàn)象發(fā)生在前輪時,汽車失去轉(zhuǎn)向能力;如果發(fā)生在后輪,汽車將發(fā)生后軸側(cè)滑,失去穩(wěn)定性。把滑動率保持在穩(wěn)定區(qū)域里就是ABS的主要控制目標(biāo)。ABS基本上都是由電子控制單元(ECU)、輪速傳感器和制動壓力調(diào)節(jié)裝置等組成。輪速傳感器是ABS十分重要的部件。它要向電子控制單元(ECU)及時地提供可靠、精確的車輪轉(zhuǎn)速。輪速傳感器可分為電磁式、霍爾式和磁阻式。其中電磁式傳感器是一種被動式輪速傳感器,因為它不需要外部電源就能產(chǎn)生相應(yīng)的電信號。其結(jié)構(gòu)簡單、成本低。但是,當(dāng)車速很低時,輸出信號太弱,ABS無法正常工作。當(dāng)車速過高時,傳感器的頻率響應(yīng)跟不上,容易出現(xiàn)錯誤信號。另外還有抗電磁波干擾能力較差和不能識別車輪的轉(zhuǎn)動方向等缺點。目前,ABS系統(tǒng)越來越多地使用霍爾式或磁阻式主動輪速傳感器,從而消除了電磁式輪速傳感器的不足。電子控制單元(ECU)是ABS系統(tǒng)的控制中心。它由硬件和軟件兩部分組成。其硬件部分包括輸入電路、運算電路、電磁閥及電動液壓泵控制電路和安全保護電路等。ECU軟件具有運算控制和系統(tǒng)監(jiān)測兩大功能。當(dāng)系統(tǒng)的各組成部分都運行正常時,ECU接收傳感器的輸入信號,然后按一定的控制策略和運算邏輯進行處理和計算,從而形成相應(yīng)的控制指令,對制動壓力調(diào)節(jié)裝置進行控制。當(dāng)ECU監(jiān)測到系統(tǒng)工作不正常時,會自動終止ABS系統(tǒng)工作,同時點亮ABS警示燈。此時傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)照常工作,不受任何影響。新型的ABS基本上都使用由2位2通道電磁閥、低壓儲液室、電動泵組成的壓力調(diào)節(jié)裝置(圖3)。根據(jù)不同工況階段,壓力調(diào)節(jié)裝置可進入4種不同的壓力調(diào)節(jié)模式:普通制動、保壓制動、減壓制動和增壓制動。ABS是在傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)里串聯(lián)進去了制動壓力調(diào)節(jié)裝置,傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)不需改動。即使ABS發(fā)生故障,傳統(tǒng)制動性能照常工作。ABS的另一特點是不依賴于其他系統(tǒng)。ABS是電子控制在汽車應(yīng)用中最成功的范例之一。2.1.2汽車動力學(xué)控制當(dāng)汽車驅(qū)動輪的驅(qū)動力矩過大時,驅(qū)動輪會相對地面作滑轉(zhuǎn)運動。一般希望驅(qū)動輪的滑轉(zhuǎn)率不要超過20%,這樣不僅能獲得最大的地面驅(qū)動力,而且驅(qū)動輪還能承受一定的側(cè)向力。這種對驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率進行控制的系統(tǒng)稱為TCS系統(tǒng)。它是在ABS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它不僅要對ABS的制動壓力調(diào)節(jié)裝置進行擴展,而且還需要發(fā)動機電子管理系統(tǒng)(EMS)的有機配合。在絕大多數(shù)汽車?yán)?TCS同ABS共用同一個ECU。只是在軟件部分增加了TCS的運算、監(jiān)測和控制模塊。TCS的ECU根據(jù)傳感器的輸入信號,來識別和判斷汽車的行駛狀況。如發(fā)現(xiàn)汽車驅(qū)動輪的滑轉(zhuǎn)率超出相應(yīng)的門限值,TCS系統(tǒng)將對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出相應(yīng)的控制調(diào)節(jié)指令。其執(zhí)行機構(gòu)分為發(fā)動機節(jié)氣門調(diào)節(jié)機構(gòu)和驅(qū)動輪制動壓力調(diào)節(jié)裝置兩部分。發(fā)動機節(jié)氣門調(diào)節(jié)機構(gòu)是對汽車的2個驅(qū)動輪進行對稱式的控制和調(diào)節(jié)。要求發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩減少的控制稱為ASR控制;而對發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩增大的控制則稱為MSR控制。當(dāng)2個驅(qū)動輪的滑轉(zhuǎn)率都超出相應(yīng)的門限值,這時需要減小發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)矩。對發(fā)動機的節(jié)氣門進行相應(yīng)的調(diào)節(jié),同步減小2個驅(qū)動輪的驅(qū)動力矩,獲得所期望的驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率。當(dāng)汽車在低附著路面上作怠速行駛時,發(fā)動機的輸出力矩為負(fù)值,驅(qū)動輪在發(fā)動機的制動力矩作用下會產(chǎn)生一定的滑轉(zhuǎn)率。當(dāng)驅(qū)動輪的滑轉(zhuǎn)率過大時,汽車將失去其方向穩(wěn)定性。此時TCS系統(tǒng)將通過EMS來增大發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩,從而減小驅(qū)動輪的滑轉(zhuǎn)率。由此可見,TCS的正常工作離不開EMS的有機配合。TCS系統(tǒng)是通過CAN從EMS獲得有關(guān)信號,并將控制指令通告給EMS。因此TCS系統(tǒng)已實現(xiàn)了最初的汽車動力學(xué)控制的電子化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。驅(qū)動輪制動壓力調(diào)節(jié)裝置是對汽車的2個驅(qū)動輪進行非對稱式的控制和調(diào)節(jié)。當(dāng)左右驅(qū)動輪的滑轉(zhuǎn)率相差懸殊時,對滑轉(zhuǎn)率較大的驅(qū)動輪進行制動力的控制來減小2個驅(qū)動輪的輪速差。TCS系統(tǒng)的這種控制模式也叫做BTCS。主要應(yīng)用于汽車在μ-Split路面以及汽車在彎路上的加速行駛。在有些情況下TCS需要同時進行ASR和BTCS控制,才能獲得最佳的驅(qū)動力和汽車的方向穩(wěn)定性。TCS制動壓力調(diào)節(jié)裝置(圖4)是在ABS制動壓力調(diào)節(jié)裝置的基礎(chǔ)上,對每個制動回路增加2個電磁閥(隔離閥和低壓閥)。在進行BTCS控制時,隔離閥斷開,低壓閥連通,低壓油從制動主缸由電動泵輸送到驅(qū)動輪制動輪缸里,產(chǎn)生所需要的輪制動壓力。2.1.3汽車橫向運動狀態(tài)的表現(xiàn)ESP是通過調(diào)節(jié)車輪縱向力大小及匹配來控制汽車的橫擺運動,使汽車具有良好的操縱性和方向穩(wěn)定性的主動安全控制系統(tǒng)。ESP的基本原理是通過傳感器和運算邏輯來識別駕駛員對汽車的期望運動狀態(tài),同時測量和估算出汽車的實際運動狀態(tài)。當(dāng)兩者之間的差大于給定的門限值時,按一定的控制邏輯對車輪的縱向力大小進行相應(yīng)的控制和調(diào)節(jié),使作用在汽車上的橫擺力矩發(fā)生變化。附加的橫擺力矩迫使汽車作相應(yīng)的橫擺運動,讓汽車的實際運動狀態(tài)更接近駕駛員對汽車的期望運動狀態(tài)。為了識別駕駛員對汽車的期望和得知汽車的實際運動狀態(tài),ESP系統(tǒng)需要比ABS和TCS更多的傳感器。它們是轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、汽車橫擺角速度傳感器、橫向加速度傳感器和制動主缸的液壓傳感器。ESP和TCS系統(tǒng)使用相同的執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)汽車在彎道行駛時,如果汽車行駛軌道和駕駛員所期望的軌道不一致(圖5),ESP系統(tǒng)會通過制動壓力的干預(yù)或者發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié),來改變汽車的運動。當(dāng)汽車的實際運動曲線半徑小于駕駛員所期望的軌道半徑時,汽車有過度轉(zhuǎn)向的特征。此時,ESP在汽車的前外輪施加一個制動力。一方面,制動力對汽車產(chǎn)生一個橫擺回正力矩;另一方面,由于制動力的增加,作用在此車輪上的側(cè)向力會相應(yīng)減小,從而產(chǎn)生另一個橫擺回正力矩。汽車在這兩個附加回正力矩的作用下會返回到駕駛員所期望的軌道上來。當(dāng)汽車有不足轉(zhuǎn)向時,ESP有兩種干預(yù)方法。其一是在汽車的后內(nèi)輪施加一個制動力,使汽車的橫擺運動加劇,讓汽車返回到駕駛員所期望的軌道上來;另一種是減小發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩,相應(yīng)的驅(qū)動力也隨之減小,汽車將作減速運動。此時,前軸的法向力增大,后軸的法向力減小。相應(yīng)的前軸側(cè)向力增大,后軸側(cè)向力減小,從而加劇汽車的橫擺運動,使汽車的實際運動狀態(tài)更接近駕駛員的期望值,提高了汽車的方向穩(wěn)定性。2.2電子控制來實現(xiàn)電子控制來實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電子控制是通過對車輪轉(zhuǎn)向角的電子控制來實現(xiàn)的。常見的系統(tǒng)有主動前輪助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)、主動前輪疊加轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(AFS)和主動后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(RWS)。2.2.1微生物系統(tǒng)的組成及利用傳統(tǒng)的動力轉(zhuǎn)向能使駕駛員操縱輕便,減小路面對轉(zhuǎn)向盤的沖擊,同時能讓轉(zhuǎn)向盤具有自動回正的能力。EPS能更好地滿足以上要求。特別是在使駕駛員操縱輕便方面,電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可根據(jù)汽車的行駛速度,靈活地調(diào)節(jié)助力大小。在低速停車時,所需要的轉(zhuǎn)向力矩最大。此時EPS能相應(yīng)地加大助力強度,提高汽車駕駛的舒適性。在裝有停車輔助系統(tǒng)的汽車?yán)?EPS在停車時能自動回正轉(zhuǎn)向盤。EPS主要有3種不同的安裝方案:(1)安裝在轉(zhuǎn)向軸上;(2)安裝在轉(zhuǎn)向器的齒條上;(3)安裝在轉(zhuǎn)向器的橫拉桿上。但EPS的結(jié)構(gòu)和工作原理都大同小異。在此僅對第1種安裝方案的EPS作簡單介紹。此方案已用于新型的寶馬BMWZ4車。EPS由電子控制器、電動機及運動傳動機構(gòu)、電動機轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器和轉(zhuǎn)向盤力矩傳感器等部分組成(圖6)。由于EPS可按需要給轉(zhuǎn)向盤施加一個額外力矩,這一力矩可用于對駕駛員的提示信號,實現(xiàn)轉(zhuǎn)向建議功能DSR(driversteeringrecommendation)。讓EPS系統(tǒng)和ESP系統(tǒng)相互結(jié)合,來識別和判斷駕駛員的意向以及汽車的運動狀況。一旦發(fā)現(xiàn)汽車過度轉(zhuǎn)向或當(dāng)汽車在μ-Split路面制動時,DSR可及時地提示和建議駕駛員作出快速和正確的反應(yīng),從而提高汽車的安全性。2.2.2轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向角與汽車共享AFS系統(tǒng)能在駕駛員通過轉(zhuǎn)向盤施加給前輪的轉(zhuǎn)向角的基礎(chǔ)上,通過AFS的執(zhí)行機構(gòu)給前輪疊加一個額外的轉(zhuǎn)向角。此額外的轉(zhuǎn)向角由電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和汽車的一些運動變量計算。AFS的執(zhí)行機構(gòu)由電動機、自鎖式蝸輪蝸桿機構(gòu)、行星齒輪機構(gòu)等組成。AFS一般串聯(lián)在轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向器之間(圖7)。轉(zhuǎn)向器的輸入角δV由轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角δS和電動機轉(zhuǎn)角δM線性疊加而成。為了得知和控制前輪轉(zhuǎn)向角,需要安裝一電機轉(zhuǎn)角傳感器。AFS電子控制單元通過CAN獲得轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向角,汽車行駛速度等信息。同時將轉(zhuǎn)向器的輸入角δV及轉(zhuǎn)向器的輸入角速度傳遞給CAN網(wǎng)絡(luò)。由于前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)增加了一個運動自由度,通過合適的前輪轉(zhuǎn)向角疊加能實現(xiàn)一些傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無法實現(xiàn)的新功能。其中最主要的功能是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的變傳動比和對前輪轉(zhuǎn)向角的動態(tài)干預(yù)和調(diào)節(jié),來影響汽車的動態(tài)性能,從而使汽車的舒適性、機動性和穩(wěn)定性得到一定的改善。AFS轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳動比是根據(jù)汽車行駛速度來變化的。當(dāng)汽車低速行駛時,AFS的執(zhí)行電動機疊加一個與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角δS同向的電機轉(zhuǎn)角δM,使轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角與前輪轉(zhuǎn)向角的比值變小。其轉(zhuǎn)向更直接、快速、舒適。當(dāng)汽車高速行駛時,AFS疊加一個與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角δS反向的電機轉(zhuǎn)角δM,使轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角與前輪轉(zhuǎn)向角的比值變大。其轉(zhuǎn)向變得更為間接,所需要的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角變大,能提高汽車高速行駛的轉(zhuǎn)向精確度,從而改善汽車的操縱性。同ESP系統(tǒng)相配合,AFS能在一定范圍內(nèi)進行汽車的橫擺角控制。特別是當(dāng)汽車在μ-Split路面制動時,AFS能通過主動的前輪轉(zhuǎn)向角來平衡制動力所產(chǎn)生的橫擺力矩,使汽車的操縱穩(wěn)定性得到改進。由于轉(zhuǎn)向盤和汽車前輪仍然保持著機械式連接,其安全自保性能好。當(dāng)AFS出現(xiàn)故障時,電動機自動鎖止,傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍然照常工作。2.2.3rws執(zhí)行機構(gòu)RWS能主動讓汽車兩后輪的橫拉桿相對于車身作側(cè)向運動,使兩后輪產(chǎn)生一轉(zhuǎn)向角。RWS也是由電子控制單元、傳感器和執(zhí)行機構(gòu)等組成。其執(zhí)行機構(gòu)有整體式和分離式兩種。整體式是指汽車兩后輪的橫拉桿由同一個執(zhí)行機構(gòu)所調(diào)節(jié);而分離式則指汽車兩后輪的橫拉桿由兩個不同執(zhí)行機構(gòu)來調(diào)節(jié)。對于整體式RWS執(zhí)行機構(gòu),用一個橫拉桿位移傳感器就能確定兩后輪的轉(zhuǎn)向角。但分離式RWS執(zhí)行機構(gòu)需要至少兩個位移傳感器。由于分離式RWS執(zhí)行機構(gòu)的元件多,兩后輪的控制和協(xié)調(diào)比較復(fù)雜,現(xiàn)在研發(fā)更多的是整體式RWS執(zhí)行機構(gòu)。整體式RWS執(zhí)行機構(gòu)又分液壓式和機電式兩種類型。圖8所示是機電式RWS執(zhí)行機構(gòu),由電動機、螺母螺桿驅(qū)動機構(gòu)和安全鎖止機構(gòu)等組成。為了提高系統(tǒng)的可靠性,執(zhí)行機構(gòu)里安裝了一個電機轉(zhuǎn)角傳感器和一個螺桿位移傳感器。當(dāng)RWS出現(xiàn)故障時,電動機自動鎖止,兩后輪的轉(zhuǎn)向角不再發(fā)生變化,直到故障排除。當(dāng)RWS正常工作時,后輪的轉(zhuǎn)向角是轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向角和汽車行駛速度的函數(shù)。汽車低速行駛時,當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤,RWS的執(zhí)行機構(gòu)給后輪一個相應(yīng)的方向相反的轉(zhuǎn)向角。從而使汽車在低速拐彎或停車時,轉(zhuǎn)彎半徑變小,使汽車轉(zhuǎn)向和停車更方便、快速、舒適。當(dāng)汽車高速行駛時,RWS給后輪一個與前輪轉(zhuǎn)向角方向一致的轉(zhuǎn)向角。汽車的前后輪同時向同一個方向轉(zhuǎn)向,可提高汽車的方向穩(wěn)定性。特別是汽車在高速行駛換車道時,汽車不必要的橫擺運動會大大減小,從而增強了汽車的方向穩(wěn)定性。當(dāng)汽車在μ-Split路面制動時,RWS同ESP系統(tǒng)相配合,可及時地通過主動后輪轉(zhuǎn)向角來平衡制動力所產(chǎn)生的橫擺力矩,既能保持汽車的方向穩(wěn)定性,又能最大限度地利用前輪的制動力,改進汽車的制動性能。2.3懸掛系統(tǒng)的電子控制懸掛系統(tǒng)的控制是通過對汽車懸掛元件特性進行主動干預(yù)和調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的汽車動力學(xué)控制。在此僅對2種常見的系統(tǒng)ADC和ARC作簡單介紹。2.3.1垂直加速度傳感器的使用ADC系統(tǒng)(有時也稱為連續(xù)性阻尼控制系統(tǒng)CDC)由電子控制單元、CAN、4個車輪垂直加速度傳感器、4個車身垂直加速度傳感器和4個阻尼器比例閥組成。根據(jù)汽車的運動狀況及傳感器的信號,電子控制單元計算出每個車輪懸掛阻尼器的最優(yōu)阻尼系數(shù),然后對阻尼器比例閥(圖9)進行相應(yīng)的調(diào)節(jié),獲得所期望的振動性能(圖10),使汽車的懸掛系統(tǒng)能提供更好的汽車舒適性、安全性和穩(wěn)定性。為此,讓汽車車輪的動載振幅和車身垂直加速度盡可能小。2.3.2主動側(cè)傾穩(wěn)定桿當(dāng)汽車進行彎道行駛時,離心力會對汽車車身產(chǎn)生一個側(cè)傾力矩。這個側(cè)傾力矩一方面引起車身側(cè)傾,另一方面使車輪的載質(zhì)量發(fā)生由內(nèi)輪向外輪的轉(zhuǎn)移。對被動橫向穩(wěn)定桿的汽車來說,車輪的載質(zhì)量在前后軸上轉(zhuǎn)移的分配比例是由前后軸的側(cè)傾剛度決定的。而主動橫向穩(wěn)定桿則可以根據(jù)具體情況對每個橫向穩(wěn)定桿施加一個可連續(xù)變化的初始側(cè)傾角或者初始側(cè)傾力矩。主動側(cè)傾穩(wěn)定桿有2種不同的結(jié)構(gòu)形式。第1種(圖11)是將被動側(cè)傾穩(wěn)定桿從中間分開,通過一個旋轉(zhuǎn)馬達(dá)把穩(wěn)定桿的左右兩部分連接起來。旋轉(zhuǎn)馬達(dá)能讓左右兩部分進行相對轉(zhuǎn)動,旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩可以調(diào)節(jié)。第2種(圖12)是在被動穩(wěn)定桿其中一端安裝一個差動液壓缸機構(gòu)。差動液壓缸機構(gòu)一端與穩(wěn)定桿連接,另一端與同車輪的橫向擺臂連接。差動液壓缸機構(gòu)兩端的距離是可以調(diào)節(jié)的。ARC的工作原理是主動地讓穩(wěn)定桿的左右兩端作垂直方向的相對位移,來平衡車身的側(cè)傾力矩,使車身的側(cè)傾角接近零。這樣減小了車身側(cè)傾運動,提高了舒適性。由于汽車前后兩個主動穩(wěn)定桿可調(diào)節(jié)車身的側(cè)傾力矩的分配比例,從而可調(diào)節(jié)汽車的動力特性,提高了汽車安全性和機動性。新型的寶馬BMW7系列轎車裝有液壓旋轉(zhuǎn)馬達(dá)式的ARC系統(tǒng)。其執(zhí)行機構(gòu)由電動液壓泵、電磁調(diào)控閥體和液壓旋轉(zhuǎn)馬達(dá)等組成。液壓旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的調(diào)節(jié)和控制主要基于汽車的行駛速度、汽車的橫向加速度、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和橫擺角速度等。3基于高速局域網(wǎng)絡(luò)的汽車底盤控制汽車底盤各控制系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系、相互依賴、相互影響越來越大。為了優(yōu)化控制效果,節(jié)約資源,提高控制系統(tǒng)的可靠性,用高速局域網(wǎng)絡(luò)CAN將兩個或多個底盤電子控制系統(tǒng)結(jié)合起來,對底盤實現(xiàn)多層面控制,已成了現(xiàn)代汽車底盤技術(shù)的發(fā)展趨勢。在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)了第二代ESP系統(tǒng)、GCC系統(tǒng)和AUTOSAR研發(fā)工程。3.1控制層的組成要獲得汽車的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性,可以通過對車輪制動力的控制,也可以通過主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制,還可以通過對發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)矩控制來實現(xiàn)。如果讓3個控制系統(tǒng)獨立工作,很可能相互約束,相互干擾,事倍功半。第二代ESP系統(tǒng)用網(wǎng)絡(luò)讓這3個控制系統(tǒng)有機地結(jié)合起來,相互配合,相互補充,達(dá)到最佳的控制效果。ESPII的主要組成部分如圖13所示。為實現(xiàn)這3個控制系統(tǒng)和諧有效地工作,ESPII系統(tǒng)設(shè)立了更高一級的控制層。此控制層的計算軟件在ESP電子控制單元上運行,但通過網(wǎng)絡(luò)擁有AFS、ABS、TCS和ESP的所有信息,并能通過網(wǎng)絡(luò)向AFS、ABS、TCS和ESP傳達(dá)控制指令。最基礎(chǔ)的控制功能如制動防抱死,驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的變傳動比仍然分別由低層面的ABS、TCS和AFS獨立完成。汽車的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性功能則由ESPII的高級控制層面統(tǒng)一管理,綜合協(xié)調(diào),從而使汽車更安全、更機動、更舒適,彎道行駛穩(wěn)定性更好。通過對ESP、TCS和AFS的網(wǎng)絡(luò)化,ESPII擴展和改進了ESP的功能。3.2gcc控制單元GCC的基本構(gòu)思是設(shè)立一個更高層面的底盤控制單元,即GCC控制單元如圖14所示。利用CAN網(wǎng)絡(luò)將駕駛員的操縱指令同汽車動態(tài)特征有關(guān)的所有傳感器的信息都傳遞給GCC控制單元。同時GCC控制單元同所有的其它汽車底盤子控制系統(tǒng)通過CAN網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來。底盤最高層的控制策略和控制邏輯在GCC控制單元中運行。它要對駕駛員的意向進行識別,對底盤控制子系統(tǒng)進行監(jiān)督和檢測,對汽車的運動狀況進行觀測。當(dāng)汽車的運動狀況偏離駕駛員的意向時或者汽車出現(xiàn)了危險的運動狀況,GCC控制單元將進行綜合平衡,全面協(xié)調(diào),對汽車底盤各子控制系統(tǒng)進行合理分工,用最佳的方法來完成汽車的動態(tài)控制和穩(wěn)定。一旦其中某一個子控制系統(tǒng)發(fā)生故障,GCC控制單元會自動地對汽車底盤各子控制系統(tǒng)的分工進行及時調(diào)整,以達(dá)到最佳的控制效果。由于GCC控制單元能全面了解駕駛員的意向、汽車的運動狀況和汽車底盤各子控制系統(tǒng)的運行狀況,因此能合理地分配各控制系統(tǒng)的任務(wù),使他們更和諧、更有效、更及時地相互配合,相互補充。不僅使汽車的主動安全性、舒適性和機動性更好,而且系統(tǒng)的可靠性也得到了提高。3.3汽車生產(chǎn)廠家要實現(xiàn)全方位底盤控制,就必須讓GCC控制單元能夠快速、可靠和正確地同汽車底盤所有子控制系統(tǒng)交換信息。到目前為止,汽車底盤各個系統(tǒng)和相應(yīng)的控制單元來自不同的生產(chǎn)廠家。他們有各自的標(biāo)準(zhǔn)體系,有各自的技術(shù)保密措施和對外信息封鎖措施。要實現(xiàn)GCC,必須要對所有的汽車生產(chǎn)廠家和汽配生產(chǎn)廠家制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系和系統(tǒng)接口。為此,全球范圍內(nèi)的汽車行業(yè)正在研究和探討建立汽車開放性系統(tǒng)構(gòu)架。其目的是要對系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的接口制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系,使汽車系統(tǒng)和控制軟件具有開放性、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、再用性能好、互換性好、維護性好等特征。全球范圍內(nèi)50多個汽車生產(chǎn)廠家和汽車配件生產(chǎn)廠家參與這一工程。其中核心成員是寶馬、奔馳、大眾、歐寶、標(biāo)致、豐田、福特、博世、大陸和西門子等10家公司。4x-b-wre汽車線程控制技術(shù)x-bi-wire的開發(fā)和實踐4.1操縱機構(gòu)的控制(1)操縱機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)沒有機械聯(lián)結(jié)和機械能量的傳遞。(2)駕駛員操縱指令由傳感元件感知,以電信號的形式由網(wǎng)絡(luò)傳遞給電子控制器及執(zhí)行機構(gòu)。(3)執(zhí)行機構(gòu)使用外來能源完成操縱指令及相應(yīng)的任務(wù),其執(zhí)行過程和結(jié)果受電子控制器的監(jiān)測和控制。X-by-wire的關(guān)鍵是線控轉(zhuǎn)向和線控制動系統(tǒng)。圖15是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和線控制動系統(tǒng)的構(gòu)架圖,它們由兩套控制系統(tǒng)所組成。一套是對操縱機構(gòu)的控制,即對轉(zhuǎn)向盤力矩或者制動踏板力的控制。另一套是對執(zhí)行機構(gòu)的控制,即對前輪轉(zhuǎn)向角或者車輪制動力的控制。這兩套控制系統(tǒng)都使用外來能源/電能,他們之間只有不斷的信息交換,但沒有機械運動和機械能量的傳遞。4.2轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向的控制部分按歐洲現(xiàn)有的法規(guī),線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車還不允許在公共交通道路上使用,所以線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還處于研制階段。系統(tǒng)一般由轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向盤力矩模擬電機、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、控制器單元(ECU)、電能供給系統(tǒng)、電能和信息管理系統(tǒng)以及車輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)等部分組成。由于它對汽車駕駛安全的特殊性,因此所有元件都是重復(fù)的,包括信息網(wǎng)絡(luò)電路、能源供給電路、執(zhí)行電機、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器和控制器單元。當(dāng)駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向時,一方面執(zhí)行電機要根據(jù)駕駛員的意向?qū)η拜喌霓D(zhuǎn)角進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)和控制;另一方面轉(zhuǎn)向盤力矩模擬電機要根據(jù)汽車的運動狀況計算出轉(zhuǎn)向盤的回正力矩,為駕駛員模擬相應(yīng)的路感。4.3電制動系統(tǒng)emb汽車線控制動系統(tǒng)根據(jù)車輪制動壓力系統(tǒng)的不同可分為EHB(electrichydraulicbrake)和EMB(electro-mechanicbrake)兩大類。電液制動系統(tǒng)(EHB)由電子制動踏板模塊、電子控制單元(ECU)、液壓控制單元(HCU)、傳感器和信息網(wǎng)絡(luò)(CAN)等部分組成。EHB是在ESP成功地產(chǎn)品化之后開始研發(fā)的,其HCU的結(jié)構(gòu)和原理同ESP有許多相似之處。各車輪的制動力矩仍然靠輪缸里的液壓產(chǎn)生,輪缸與EHB的HCU相連通。液壓控制單元的能量來源不再是駕駛員,而是由電動液壓泵所產(chǎn)生的高壓油。為此,HCU有一個高壓儲油室。當(dāng)駕駛員踩制動踏板時,制動踏板力和行程由傳感元件所測量,將其結(jié)果傳遞給ECU,然后ECU對HCU中不同的電磁閥門進行相應(yīng)的控制來調(diào)節(jié)各輪缸的壓力。EHB集成了ESP、TCS、ABS和EBA的功能,但性能更優(yōu)越:能優(yōu)化制動踏板特性,消除ABS工作時踏板振動。EHB需要ESP所有的傳感器。另外,制動踏板模塊裝有2個獨立的角位移傳感器和1個壓力傳感器。HCU中裝有5個壓力傳感器,分別測量4個輪缸和高壓儲油室的液壓。第一批安裝EHB系統(tǒng)的是奔馳E級轎車。同EHB系統(tǒng)相比,電制動系統(tǒng)(EMB)的執(zhí)行機構(gòu)也發(fā)生了質(zhì)的變化。它的車輪制動壓力不再由液壓產(chǎn)生,而是來源機電一體式制動器。4個獨立的高性能機電一體式制動器在每個車輪上產(chǎn)生制動力。EMB系統(tǒng)由電子制動踏板模塊、中心電子控制單元(ECU)、4個包含電控模塊(WCU)的機電一體式制動器、多種傳感器和網(wǎng)絡(luò)(CAN)等部分組成。剎車時,電子制動踏板模塊感知駕駛員的指令,通過網(wǎng)絡(luò)(CAN)同時向ECU和4個WCU發(fā)出信號。中心ECU計算出各個車輪期望制動力,并將執(zhí)行指令傳遞給4個WCU。WCU對控制機電一體式制動器作相應(yīng)的控制和調(diào)節(jié),來完成必要的制動力矩響應(yīng)