第一章緒論1.1智能車輛與線控底盤1.2底盤技術(shù)的演進(jìn)1.3底盤域協(xié)調(diào)控制1.4線控底盤的功能安全問題本章內(nèi)容車輛底盤技術(shù)的演進(jìn)路線底盤域協(xié)調(diào)控制的必要性底盤系統(tǒng)的功能安全問題學(xué)習(xí)重點(diǎn)車輛底盤技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)智能化電動(dòng)化1.1智能車輛與線控底盤線控、電驅(qū)動(dòng)、域協(xié)調(diào)控制

技術(shù)變革智能系統(tǒng)共享和自主控制——主動(dòng)控制底盤系統(tǒng)高可靠和功能安全——冗余動(dòng)力學(xué)最優(yōu)控制和失效時(shí)的安全狀態(tài)——集成協(xié)調(diào)控制轉(zhuǎn)向技術(shù)的演進(jìn)路線1.2底盤技術(shù)的演進(jìn)機(jī)械轉(zhuǎn)向助力轉(zhuǎn)向線控轉(zhuǎn)向線控轉(zhuǎn)向——Steer-by-Wire(SBW)1.2底盤技術(shù)的演進(jìn)取消轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向器間的機(jī)械連接操縱指令為電信號,總線傳遞指令電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向器、推動(dòng)車輪轉(zhuǎn)向改善主被動(dòng)安全模塊化結(jié)構(gòu)有利于裝配適應(yīng)左舵和右舵車型支持主動(dòng)轉(zhuǎn)向、人機(jī)共享轉(zhuǎn)向控制、變傳動(dòng)比和動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性控制改善駕駛員路感降低重量、節(jié)省空間，設(shè)計(jì)自由度大線控轉(zhuǎn)向的技術(shù)路線1.2底盤技術(shù)的演進(jìn)機(jī)械備份無機(jī)械備份獨(dú)立驅(qū)動(dòng)&轉(zhuǎn)向制動(dòng)技術(shù)的演進(jìn)路線1.2底盤技術(shù)的演進(jìn)機(jī)械制動(dòng)電子控制制動(dòng)線控制動(dòng)線控制動(dòng)——Brake-by-Wire(BBW)1.2底盤技術(shù)的演進(jìn)取消踏板與制動(dòng)器間的直接液壓/氣壓連接操縱指令為電信號,總線傳遞指令電機(jī)等驅(qū)動(dòng)動(dòng)主缸建壓或驅(qū)動(dòng)制動(dòng)器產(chǎn)生制動(dòng)力降低延遲靈活制動(dòng)能量回饋助力精準(zhǔn)、靈活制動(dòng)力精準(zhǔn)、響應(yīng)速度快Electro-HydraulicBrake，EHBElectro-MechanicalBrake，EMBElectronicBrakeSystem，EBS線控制動(dòng)的技術(shù)路線電驅(qū)動(dòng)技術(shù)的演進(jìn)路線1.2底盤技術(shù)的演進(jìn)純電動(dòng)&混動(dòng)雛形混動(dòng)&純電動(dòng)集中驅(qū)動(dòng)純電動(dòng)分布驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)、行駛系結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，與動(dòng)力總成融為一體車輪扭矩精準(zhǔn)、靈活分配提高底盤安全可用性設(shè)計(jì)自由度大被內(nèi)燃機(jī)取代環(huán)保、石油危機(jī)儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)步懸架技術(shù)的演進(jìn)路線1.2底盤技術(shù)的演進(jìn)被動(dòng)懸架半主動(dòng)懸架主動(dòng)懸架半主動(dòng)懸架：阻尼調(diào)節(jié)主動(dòng)懸架：阻尼、剛度和高度調(diào)節(jié)改善平順性姿態(tài)控制高度控制影響轉(zhuǎn)向特性改善操穩(wěn)性各向動(dòng)力學(xué)間相互作用、耦合，各底盤子系統(tǒng)間存在沖突、干涉1.3底盤域協(xié)調(diào)控制消除各子系統(tǒng)間的沖突；改善車輛性能；通過信息共享減少傳感器；通過整合簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)復(fù)雜性；實(shí)現(xiàn)動(dòng)力學(xué)控制冗余。協(xié)調(diào)控制各向動(dòng)力學(xué)間相互作用、耦合，各底盤子系統(tǒng)間存在沖突、干涉1.3底盤域協(xié)調(diào)控制消除各子系統(tǒng)間的沖突；改善車輛性能；通過信息共享減少傳感器；降低系統(tǒng)復(fù)雜性；實(shí)現(xiàn)動(dòng)力學(xué)控制冗余。協(xié)調(diào)控制

ESP制動(dòng)主動(dòng)穩(wěn)定系統(tǒng)主動(dòng)差速系統(tǒng)主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)水平調(diào)節(jié)系統(tǒng)主動(dòng)阻尼調(diào)節(jié)主動(dòng)車身控制ESP制動(dòng)／-3-2-2-3-1-2-3主動(dòng)穩(wěn)定系統(tǒng)+2／-10-1000主動(dòng)差速系統(tǒng)+10／0-100-2主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)+2+10／-30-1-1后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)/+20+2+2／0-1-1水平調(diào)節(jié)系統(tǒng)+1000+2／00主動(dòng)阻尼調(diào)節(jié)+1+1+2+1+10／-1主動(dòng)車身控制+30+3+200+1／新一代底盤域控制系統(tǒng)1.3底盤域協(xié)調(diào)控制自適應(yīng)性，具有處理各種操作和環(huán)境場景的能力；容錯(cuò)性，具有在發(fā)生故障時(shí)提供安全行為的能力；動(dòng)態(tài)可重構(gòu)性。車輛運(yùn)行過程中軟切換的特性；模塊化，無需重新設(shè)計(jì)整個(gè)體系結(jié)構(gòu)即可方便插入或刪除子系統(tǒng)，對不同供應(yīng)商的開放性線控底盤功能失效、非預(yù)期的執(zhí)行以及不正確的執(zhí)行將對車輛乘員及道路使用者產(chǎn)生嚴(yán)重危害，功能安全是線控底盤系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)考慮的問題1.4線控底盤的功能安全問題道路車輛功能安全規(guī)范ISO26262嚴(yán)重度（Severity）暴露度（Exposure）可控性（Controllability）整車功能安全的汽車安全完整性等級（AutomotiveSafetyIntegrityLevel，ASIL）1.4線控底盤的功能安全問題嚴(yán)重度暴露度可控性S0無傷害E1很低概率C0完全可控S1輕度、有限傷害E2低概率（<1%）C1簡單可控（>99%駕駛員）S2嚴(yán)重傷害E3中度概率（1-10%）C2正?？煽兀?gt;90%駕駛員）S3致命傷害E4高概率（>10%）C3難控制或不可控（<90%駕駛員）嚴(yán)重度、暴露度和可控性等級ASIL分級表嚴(yán)重度暴露度可控性C1C2C3S1E1QMQMQME2QMQMQME3QMQMAE4QMABS2E1QMQMQME2QMQMAE3QMABE4ABCS3E1QMQMAE2QMABE3ABCE4BCD1.4線控底盤的功能安全問題從產(chǎn)品功能的可用性要求出發(fā)考慮產(chǎn)品的功能失效問題失效安全（Failsafe）

失效靜默（Failsilent）失效運(yùn)行（Failoperational）失效降級（Faildegraded）L2及以下L3L3及以上第二章線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)2.1線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理2.2線控轉(zhuǎn)向控制2.3線控轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)2.4線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制本章內(nèi)容線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型、工作原理線控轉(zhuǎn)向的兩個(gè)基本控制問題線控轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與BLDC驅(qū)動(dòng)控制線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)及故障診斷學(xué)習(xí)重點(diǎn)幾種典型結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)2.1線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理結(jié)構(gòu)形式代表產(chǎn)品/裝備車型特點(diǎn)雙電機(jī)前輪轉(zhuǎn)向英菲尼迪Q50冗余性好，單個(gè)電機(jī)功率要求較小后輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向ZFAKC控制自由度增加，轉(zhuǎn)向能力增強(qiáng)四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向舍弗勒e-Corner控制自由度最大，機(jī)動(dòng)能力更強(qiáng)單電機(jī)前輪轉(zhuǎn)向采埃孚ReAX結(jié)構(gòu)簡單，易于布置雙電機(jī)獨(dú)立前輪轉(zhuǎn)向斯坦福大學(xué)X1無轉(zhuǎn)向器，控制自由度和空間利用高雙電機(jī)前輪轉(zhuǎn)向2.1線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理兩個(gè)電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)一根蝸桿軸兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)小齒輪軸轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)力耦合方式人機(jī)接口路感反饋機(jī)構(gòu)磁流變制動(dòng)器位置傳感器電磁驅(qū)動(dòng)的機(jī)械備份離合器后輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向2.1線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理車輛的機(jī)動(dòng)性能平順性操縱穩(wěn)定性分離路面的制動(dòng)穩(wěn)定性無路感反饋無冗余備份名稱裝備車型特點(diǎn)RearAxleSteering保時(shí)捷911等ZF公司AKC上改進(jìn)而來，最大轉(zhuǎn)向角3°DAWS動(dòng)態(tài)全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)奧迪A6，A8等低速時(shí)相對前輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)5°，減少轉(zhuǎn)彎半徑，高速時(shí)，前后輪同向轉(zhuǎn)向約2°IntegralActiveSteering整合式主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)BMW7系，X5等后輪最大轉(zhuǎn)向角為3°RearWheelSteeringBenzS、C、GLC等低速下相對前輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)10°，高速時(shí)最大同向轉(zhuǎn)向1.7°RAS主動(dòng)式后輪轉(zhuǎn)向凱迪拉克CT6英菲尼迪FX50后輪最大轉(zhuǎn)向角大3.5°后輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向2.1線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理單電機(jī)后輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向雙電機(jī)后輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向2.1線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理取消了左右車輪轉(zhuǎn)向的機(jī)械約束關(guān)系執(zhí)行器數(shù)量多于車輛平面運(yùn)動(dòng)自由度具有多種轉(zhuǎn)向模式四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向2.1線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理轉(zhuǎn)向主銷位于擺臂上轉(zhuǎn)向主銷位于車架上線控轉(zhuǎn)向控制：路感反饋控制、轉(zhuǎn)向控制2.2線控轉(zhuǎn)向控制路感反饋控制——根據(jù)駕駛員的駕駛意圖、車輛動(dòng)力學(xué)狀態(tài)與路面附著狀況，過濾來自路面的沖擊和振動(dòng)，實(shí)時(shí)輸出反饋力矩作用在轉(zhuǎn)向盤上，使駕駛員獲得實(shí)時(shí)的路面作用力反饋轉(zhuǎn)向控制——根據(jù)當(dāng)前路況和車輛狀態(tài)，結(jié)合控制目標(biāo)（駕駛員或智能駕駛系統(tǒng)發(fā)出的轉(zhuǎn)角指令、目標(biāo)軌跡等）、優(yōu)化目標(biāo)（操縱性、穩(wěn)定性等）和約束邊界等確定期望轉(zhuǎn)向角，并由電動(dòng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)跟蹤期望轉(zhuǎn)向指令轉(zhuǎn)向控制器結(jié)構(gòu)2.2線控轉(zhuǎn)向控制上層——對輸入轉(zhuǎn)向指令的修正獲得期望轉(zhuǎn)向角下層——控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向器以跟蹤期望轉(zhuǎn)向角變傳動(dòng)比控制——理想傳動(dòng)比，滿足低速靈活、高速穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向性能要求車輛穩(wěn)定性控制——滿足車輛側(cè)向動(dòng)力學(xué)不失穩(wěn)、具有參考模型的轉(zhuǎn)向特性轉(zhuǎn)向控制——變傳動(dòng)比控制2.2線控轉(zhuǎn)向控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳動(dòng)比——轉(zhuǎn)向盤到車輪轉(zhuǎn)向角的速比

理想轉(zhuǎn)向特性：輪胎線性區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)向時(shí)的穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益不隨車速和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角改變≠轉(zhuǎn)向控制——變傳動(dòng)比控制2.2線控轉(zhuǎn)向控制理想傳動(dòng)比的主要問題低速時(shí)總傳動(dòng)比小，小角度轉(zhuǎn)向輸入下，車輪轉(zhuǎn)向也可能到達(dá)極限，與現(xiàn)有轉(zhuǎn)向操作習(xí)慣不適配橫擺角速度增益不變時(shí)，車輛側(cè)向加速度與車速成正比。高速時(shí)過大轉(zhuǎn)向靈敏度增加駕駛員精神壓力，影響駕駛安全

轉(zhuǎn)向控制——車輛穩(wěn)定控制2.2線控轉(zhuǎn)向控制穩(wěn)定狀態(tài)——橫擺角速度、質(zhì)心側(cè)偏角

以二自由度線性模型為參考轉(zhuǎn)向控制——車輛穩(wěn)定控制2.2線控轉(zhuǎn)向控制路面附著限制

參考橫擺角速度

參考側(cè)偏角

轉(zhuǎn)向控制——車輛穩(wěn)定控制2.2線控轉(zhuǎn)向控制

PI控制器二自由度模型模糊控制器

整車

側(cè)偏誤差為PI控制器輸入側(cè)偏和橫擺誤差為模糊邏輯輸入，修正PI控制參數(shù)，自適應(yīng)PI多跟蹤目標(biāo)對象非線性計(jì)算效率轉(zhuǎn)向控制——轉(zhuǎn)向角跟蹤控制2.2線控轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)間隙、摩擦、變形非線性負(fù)載助力解決控制器快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定高效率、低成本實(shí)現(xiàn)位置環(huán)地面反力矩轉(zhuǎn)矩環(huán)期望車輪轉(zhuǎn)向角轉(zhuǎn)矩控制器位置控制器轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)模型電機(jī)模型車輪轉(zhuǎn)向角期望轉(zhuǎn)矩輸出轉(zhuǎn)矩

轉(zhuǎn)向控制——轉(zhuǎn)向角跟蹤控制2.2線控轉(zhuǎn)向控制轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)模型

電機(jī)模型

轉(zhuǎn)向控制——轉(zhuǎn)向角跟蹤控制2.2線控轉(zhuǎn)向控制0，1，2，3…….轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的模型階次？1階系統(tǒng)前向通道傳遞函數(shù)

轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)控制器采用PI控制應(yīng)為積分環(huán)節(jié)

齒條力轉(zhuǎn)向器響應(yīng)轉(zhuǎn)向控制——轉(zhuǎn)向角跟蹤控制2.2線控轉(zhuǎn)向控制轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)模型忽略內(nèi)外側(cè)車輪轉(zhuǎn)角的差異；車輪轉(zhuǎn)角與齒條位移成正比；忽略傳動(dòng)系統(tǒng)中的間隙及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的彈性變形；轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中的摩擦力用粘滯摩擦和庫倫摩擦近似描述

轉(zhuǎn)向控制——轉(zhuǎn)向角跟蹤控制2.2線控轉(zhuǎn)向控制

轉(zhuǎn)向控制——轉(zhuǎn)向角跟蹤控制2.2線控轉(zhuǎn)向控制

基于LDO的干擾力矩觀測

狀態(tài)方程可觀轉(zhuǎn)向控制——轉(zhuǎn)向角跟蹤控制2.2線控轉(zhuǎn)向控制

轉(zhuǎn)向控制——轉(zhuǎn)向角跟蹤控制2.2線控轉(zhuǎn)向控制

位置控制器轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)模型轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)模型干擾觀測器1/k干擾轉(zhuǎn)矩輸入期望轉(zhuǎn)角輸入實(shí)際轉(zhuǎn)角輸出－＋轉(zhuǎn)向控制——轉(zhuǎn)向角跟蹤控制2.2線控轉(zhuǎn)向控制位置控制器——經(jīng)干擾力補(bǔ)償后，系統(tǒng)近似為線性定常系統(tǒng)LQR（Linearquadraticregulator）位置控制器設(shè)計(jì)偏差

指標(biāo)泛函控制率路感反饋2.2線控轉(zhuǎn)向控制目的——模擬轉(zhuǎn)向過程中的回正力和地面摩擦力，使駕駛員對轉(zhuǎn)向過程中的路面反力和車輛狀態(tài)具有靈敏的感知能力確定反饋力矩，即路感設(shè)計(jì)路感電機(jī)準(zhǔn)確地輸出反饋力反饋力矩設(shè)計(jì)為車速、轉(zhuǎn)向盤角度和角速度、側(cè)向加速度等參數(shù)的函數(shù)表達(dá)式基于車輛動(dòng)力學(xué)模型，估計(jì)轉(zhuǎn)向過程中的總回正力矩和摩擦力通過觀測轉(zhuǎn)向器齒條推力等獲得轉(zhuǎn)向過程中的回正力、摩擦力轉(zhuǎn)向阻力估計(jì)路感反饋——路感補(bǔ)償2.2線控轉(zhuǎn)向控制部分轉(zhuǎn)向反力施加到方向盤上駕駛員操作轉(zhuǎn)向盤時(shí)具有與助力轉(zhuǎn)向相近的負(fù)載特性；轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)具有足夠的阻尼，避免撒手時(shí)轉(zhuǎn)向盤振蕩轉(zhuǎn)向阻力矩估計(jì)車速、轉(zhuǎn)向角橫擺角速度齒條推力路感補(bǔ)償阻力/回正車速轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)向盤角速度轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩

路感反饋——路感補(bǔ)償2.2線控轉(zhuǎn)向控制

高速回正力矩大，低速回正力矩小。為使高速時(shí)轉(zhuǎn)向盤回正穩(wěn)定，低速時(shí)轉(zhuǎn)向盤較快速回到中位，采用變阻尼方法策略路感反饋——反饋力跟蹤控制2.2線控轉(zhuǎn)向控制SMC（SlidingModeControl）力矩跟蹤控制器設(shè)計(jì)

路感反饋——反饋力跟蹤控制2.2線控轉(zhuǎn)向控制滑模面

路感反饋——轉(zhuǎn)向盤回正控制2.2線控轉(zhuǎn)向控制M

回正時(shí)轉(zhuǎn)向盤運(yùn)動(dòng)微分方程

電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.3線控轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)集中式分布式轉(zhuǎn)向盤單元轉(zhuǎn)向執(zhí)行單元電機(jī)驅(qū)動(dòng)2.3線控轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)PMSMBLDCMU/V/W三相繞組，每個(gè)時(shí)刻有兩相繞組導(dǎo)通，共有UV、UW、VU、VW、WU、WV等六種組合，對應(yīng)六個(gè)感應(yīng)磁場方向。驅(qū)動(dòng)器通過位置傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置，產(chǎn)生正確的感應(yīng)磁場方向，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)——BLDCM控制原理2.3線控轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)兩兩導(dǎo)通方式，即在任意時(shí)刻只有兩相繞組導(dǎo)通，另一相繞組懸空電機(jī)驅(qū)動(dòng)——BLDCM控制原理2.3線控轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)在兩相導(dǎo)通下，BLDCM有六種導(dǎo)通狀態(tài)對應(yīng)六個(gè)電壓空間矢量。電機(jī)驅(qū)動(dòng)——BLDCM控制方法2.3線控轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)雙閉環(huán)控制：以轉(zhuǎn)速/位置為外環(huán)，根據(jù)轉(zhuǎn)速/位置反饋誤差，計(jì)算目標(biāo)電流，在電流內(nèi)環(huán)的控制下跟蹤目標(biāo)電流磁場定向控制：將定子電流矢量分解為勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流分量，分別產(chǎn)生磁場和轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)兩者的解耦控制直接轉(zhuǎn)矩控制：轉(zhuǎn)矩為被控參數(shù)，通過改變定子、轉(zhuǎn)子磁鏈間的夾角實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩大小調(diào)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)——基于DTC的BLDCM控制2.3線控轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)——基于DTC的BLDCM控制2.3線控轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)VI扇區(qū)，施加矢量V1（100001），定子磁鏈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使電磁轉(zhuǎn)矩增加

故障危害分析（HazardAnalysisandRiskAssessment，HARA）2.4線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制將線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中可能存在的危險(xiǎn)識(shí)別出來，并根據(jù)危險(xiǎn)程度對危害事件進(jìn)行分類，對不同的風(fēng)險(xiǎn)設(shè)置不同的功能安全目標(biāo)場景分析行駛環(huán)境道路類型高速公路、城市公路、鄉(xiāng)村公路、路口、非鋪裝路面、停車場路面條件水泥/瀝青/沙石路面、干燥/濕滑路面、斜坡、路寬其他側(cè)風(fēng)、車流、行人、事故場景等駕駛場景駕駛操作倒車、直行、轉(zhuǎn)彎、變道車輛狀態(tài)巡航、車速、加減速、駐車等其他車輛特性點(diǎn)火開關(guān)狀態(tài)、重載、維護(hù)等失效模式2.4線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制分為傳感、控制、執(zhí)行、電源和通信等五個(gè)功能模塊，對其進(jìn)行失效模式與后果分析（FaultModeandEffectAnalysis，F(xiàn)MEA）。分析潛在失效后果導(dǎo)致的潛在危險(xiǎn)，得出有害的潛在失效后果失去轉(zhuǎn)向能力：駕駛員（或智能駕駛系統(tǒng)）無法控制車輪轉(zhuǎn)向；非駕駛員預(yù)期轉(zhuǎn)向：轉(zhuǎn)向角與駕駛員（或智能駕駛系統(tǒng)）的意圖不一致，如轉(zhuǎn)向角相反、突然轉(zhuǎn)向等；轉(zhuǎn)向角過大、過小或滯后：雖然能夠按照駕駛員意圖轉(zhuǎn)向，但轉(zhuǎn)向幅值不一致，響應(yīng)明顯滯后；手感異常：轉(zhuǎn)向盤抖動(dòng)，轉(zhuǎn)向盤手力過大或過小。ASIL等級2.4線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制結(jié)合運(yùn)行場景，對失效后果導(dǎo)致的危害事件的嚴(yán)重度、暴露度和可控性進(jìn)行評估，確定失效模式引起危害事件在特定運(yùn)行場景下的ASIL等級冗余設(shè)計(jì)2.4線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制對于L3級以下智能駕駛，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)提供失效安全和失效靜默的安全狀態(tài)，對于L3及以上的智能駕駛，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)夠提供完整或降級功能的安全狀態(tài)，即失效運(yùn)行或失效降級的安全狀態(tài)。e駕駛員反饋電機(jī)TAS電磁離合器轉(zhuǎn)向電機(jī)齒輪齒條TAS機(jī)械冗余供電冗余冗余設(shè)計(jì)2.4線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制控制器冗余傳感器1傳感器2主通道從通道1oo2D執(zhí)行器1執(zhí)行器2診斷監(jiān)視模塊名稱ASIL等級MCUASILB（D）FlexRay收發(fā)器ASILB（D）CAN收發(fā)器ASILB（D）驅(qū)動(dòng)橋ASILB（D）SBCASILB（D）SPIASILB（D）ASIL功能安全目標(biāo)分解2.4線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制ABCD

E

F

A+

B+

C+

C-

A-BDAFCED+F-E+D-F+B-E-BEDAFC

冗余設(shè)計(jì)2.4線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制電機(jī)冗余兩個(gè)電機(jī)聯(lián)共同驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向器，一個(gè)電機(jī)失效后，另一電機(jī)在性能降級情況下實(shí)現(xiàn)基本轉(zhuǎn)向能力電機(jī)繞組冗余，如雙繞組冗余，出現(xiàn)若干個(gè)繞組失效時(shí)，電機(jī)仍能在剩余繞組驅(qū)動(dòng)下輸出動(dòng)力故障診斷與容錯(cuò)控制2.4線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制基于信號的方法：對信號的幅值、變化速率、頻率和統(tǒng)計(jì)特征等進(jìn)行分析比較，通過信號異常檢測故障基于模型的方法：建立對象的動(dòng)力學(xué)方程或擬合模型來預(yù)測輸出，分析模型預(yù)測輸出與實(shí)際測量之間的殘差，根據(jù)殘差判斷是否失效基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法：構(gòu)建人工智能預(yù)測模型，采用實(shí)測數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行訓(xùn)練，使模型能夠準(zhǔn)確表達(dá)系統(tǒng)的非線性特性，直接進(jìn)行失效分類或預(yù)測輸出故障診斷與容錯(cuò)控制——電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障診斷2.4線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制驅(qū)動(dòng)橋故障、電機(jī)本體繞組故障、轉(zhuǎn)子位置傳感器故障驅(qū)動(dòng)橋故障：橋臂開路故障、短路故障和基極驅(qū)動(dòng)電源故障故障診斷與容錯(cuò)控制——電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障診斷2.4線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制電機(jī)繞組故障：繞組短路、繞組開路繞組開路故障時(shí)，對應(yīng)相電流為零，母線電流為零，檢測母線電流判斷繞組是否發(fā)生開路故障。短路故障分匝間短路和相間短路，短路相的電流急速上升

數(shù)十微秒內(nèi)檢出短路故障

H1H2H3發(fā)生故障檢出故障111故障診斷與容錯(cuò)控制——轉(zhuǎn)子位置傳感器故障診斷2.4線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制000&111異常組合故障診斷與容錯(cuò)控制——角度傳感器故障診斷2.4線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制主要故障形式有卡死、漂移、噪聲故障以及漂移和噪聲組成的復(fù)合故障基于車輪轉(zhuǎn)向角估計(jì)的角度傳感器故障診斷方法

故障診斷與容錯(cuò)控制——角度傳感器故障診斷2.4線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制

故障位置1110000角度傳感器11000110角度傳感器20101101橫擺角速度傳感器0011011側(cè)向加速度傳感器0111111橫擺與側(cè)向加速度傳感器計(jì)算測量/估計(jì)值間的殘差，根據(jù)殘差超閾值情況判斷故障位置故障診斷與容錯(cuò)控制——MCU故障診斷與容錯(cuò)2.4線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制鎖步（Lockstep）、奇偶校驗(yàn)、ECC校驗(yàn)、看門狗、內(nèi)存保護(hù)、時(shí)鐘監(jiān)控、安全管理鎖步技術(shù)相同、冗余硬件組件在同一時(shí)間內(nèi)執(zhí)行相同指令，發(fā)現(xiàn)任何CPU執(zhí)行錯(cuò)誤，在不間斷處理和不損失數(shù)據(jù)的情況下恢復(fù)正常運(yùn)行第三章線控制動(dòng)系統(tǒng)3.1線控制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理3.2線控制動(dòng)控制3.3線控制動(dòng)電控系統(tǒng)3.4線控制動(dòng)系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制本章內(nèi)容線控制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型和工作原理線控液壓制動(dòng)與線控機(jī)械制動(dòng)的基本控制問題線控制動(dòng)系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)線控制動(dòng)系統(tǒng)的故障診斷學(xué)習(xí)重點(diǎn)3.1線控制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理線控液壓制動(dòng)：電子液壓制動(dòng)基礎(chǔ)上，采用電動(dòng)助力或主動(dòng)增壓產(chǎn)生制動(dòng)壓力。應(yīng)用于乘用車、小型客貨車以及部分重載車輛線控機(jī)械制動(dòng)：取消了制動(dòng)系統(tǒng)的液壓或氣壓傳動(dòng)回路，電機(jī)經(jīng)減速增矩后直接推動(dòng)制動(dòng)摩擦片進(jìn)行制動(dòng)線控氣壓制動(dòng)：采用電控比例閥或高速開關(guān)閥產(chǎn)生制動(dòng)氣壓。應(yīng)用于中大型客貨車以及采用客貨車底盤的特種車輛等3.1線控制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理線控液壓制動(dòng)電機(jī)推動(dòng)制動(dòng)主缸活塞產(chǎn)生壓力電動(dòng)助力型并聯(lián)主缸/泵產(chǎn)生制動(dòng)壓力完全解耦型電動(dòng)助力型EHBiBooster一代iBooster二代3.1線控制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理電動(dòng)助力型EHB——iBooster

踏板推桿助力回位彈簧電機(jī)小齒輪滾珠絲杠踏板復(fù)位彈簧主缸頂桿助力板反應(yīng)盤助力閥體主缸活塞滾珠螺母推桿連接桿永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)

減速機(jī)構(gòu)

滾珠絲杠

助力閥體踏板推桿反應(yīng)盤助力板

主缸頂桿

活塞助力板反應(yīng)盤助力閥體踏板推桿主面副面

主面副面3.1線控制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理電動(dòng)助力型EHB——iBooster助力閥與踏板推桿的位移相同時(shí)，主面和副面的接觸壓力相同，助力增益等于副面與主面的面積比；助力閥位移超前踏板推桿時(shí)，副面接觸壓力大于主面，助力增益比自然狀態(tài)時(shí)大助力閥位移滯后踏板推桿時(shí)，副面接觸壓力小于主面，助力增益比自然狀態(tài)時(shí)小3.1線控制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理電動(dòng)助力型EHB——iBooster踏板力主缸壓力常規(guī)型運(yùn)動(dòng)型舒適型始動(dòng)力跳增值助力比=Fout/Fin最大助力點(diǎn)滯回特性特征影響因素調(diào)節(jié)措施始動(dòng)力復(fù)位彈簧剛度及預(yù)緊力無跳增值反應(yīng)盤與踏板推桿間間隙跳增階段主、副面位移差和輸入推桿位移的關(guān)系曲線助力比反應(yīng)盤主、副面的面積比反應(yīng)盤主、副面的位移差最大助力電機(jī)力矩限制電機(jī)最大電流滯回液壓系統(tǒng)及橡膠反應(yīng)盤的遲滯控制去、回程中位移差與輸入推桿位移關(guān)系曲線的偏差3.1線控制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理電動(dòng)助力型EHB——iBooster+ESPTwoBox后軸調(diào)節(jié)：后軸液壓大于分配的制動(dòng)壓力時(shí)，PCR閥打開，制動(dòng)液回儲(chǔ)液罐；后軸液壓小于分配的制動(dòng)壓力時(shí)，PCR閥關(guān)閉，電子泵將制動(dòng)液從儲(chǔ)液罐泵回到后軸高壓回路。前軸調(diào)節(jié)：前軸液壓大于分配的制動(dòng)壓力時(shí)，前輪輪缸的制動(dòng)液經(jīng)減壓閥流入蓄能器RVR；當(dāng)前軸壓力小于分配的制動(dòng)壓力時(shí)，電子泵將蓄能器的制動(dòng)液泵回前軸高壓回路3.1線控制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理電動(dòng)助力型EHB——再生制動(dòng)

F彈簧F液壓F助力F踏板液壓制動(dòng)F彈簧F液壓F助力F踏板再生+液壓制動(dòng)F踏板F助力F彈簧F液壓儲(chǔ)液罐TMC

電機(jī)

制動(dòng)時(shí)踏板力和電機(jī)助力耦合共同克服回位彈簧阻力和液壓反力。再生制動(dòng)模式時(shí)，由于制動(dòng)壓力下降，電機(jī)助力減小以保持不變的踏板力特性3.1線控制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理完全解耦EHB獨(dú)立主動(dòng)建壓單元早期產(chǎn)品——高壓蓄能型電機(jī)功率不夠——>蓄能問題：高壓高負(fù)荷

成本高，失效風(fēng)險(xiǎn)、可靠性不高

發(fā)生過大規(guī)模召回已棄用3.1線控制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理完全解耦EHB——直接建壓型駕駛員接口模塊、主動(dòng)建壓模塊、ESPALLinONE——One-BoxSU

踏板Prim.Sec.踏板模擬器壓力單元M

1PUUnUP

2

45

3ABS/ESP/TCS單元制動(dòng)器主動(dòng)建壓模塊駕駛員接口模塊3.1線控制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理完全解耦EHB——直接建壓型吉林大學(xué)四腔eBooster3.1線控制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理線控機(jī)械制動(dòng)EMBEMB的響應(yīng)時(shí)間約90毫秒，比iBooster的120毫秒更短，縮短制動(dòng)距離；無液壓系統(tǒng)，沒有液壓泄漏，降低維護(hù)成本優(yōu)勢挑戰(zhàn)無備份系統(tǒng)，可靠性要求極高，尤其是電源和通信系統(tǒng)的容錯(cuò)能力；制動(dòng)力不足，EMB系統(tǒng)安裝在輪轂中，輪轂的空間限制了電機(jī)的體積和功率；惡劣的工作環(huán)境，如高溫和振動(dòng)等，對電機(jī)、功率半導(dǎo)體器件性能和可靠性都是嚴(yán)峻挑戰(zhàn)技術(shù)路線線性增力型、非線性自增力型3.1線控制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理線控機(jī)械制動(dòng)EMB——線性增力型大陸兩級減速EMB西門子杠桿增力EMB3.1線控制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理線控機(jī)械制動(dòng)EMB——線性增力型電磁離合器2通電，1不通電，傳動(dòng)比小，迅速消除間隙兩個(gè)電磁離合器都通電，傳動(dòng)比大，減速增矩電磁離合器2不通電，1通電，無需電機(jī)反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)盤與制動(dòng)片的分離兩個(gè)電磁離合器不通電，鎖死，駐車博世雙行星減速3.1線控制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理線控機(jī)械制動(dòng)EMB——線性增力型西門子eBrake

3.1線控制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理線控機(jī)械制動(dòng)EMB——非線性自增力型清華大學(xué)磁流變楔形自增力無促動(dòng)電機(jī)自供電通過調(diào)節(jié)磁流變執(zhí)行器線圈電流控制制動(dòng)力3.1線控制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理線控氣壓制動(dòng)制動(dòng)踏板信號獲取駕駛員制動(dòng)意圖，利用電信號控制氣閥產(chǎn)生制動(dòng)壓力，達(dá)到改善制動(dòng)響應(yīng)速度、豐富控制功能的目的3.1線控制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理線控氣壓制動(dòng)——主要部件制動(dòng)腳閥3.1線控制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理線控氣壓制動(dòng)——主要部件比例繼動(dòng)閥3.1線控制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理線控氣壓制動(dòng)——主要部件軸調(diào)節(jié)器3.2線控制動(dòng)控制線控液壓制動(dòng)控制——制動(dòng)意圖識(shí)別、制動(dòng)踏板力反饋、助力特性、壓力控制制動(dòng)意圖：制動(dòng)狀態(tài)、制動(dòng)強(qiáng)度需求制動(dòng)狀態(tài)分類依據(jù)踏板行程持續(xù)增加，應(yīng)用狀態(tài)；踏板行程保持不變，保持狀態(tài)；踏板行程持續(xù)減小，釋放狀態(tài)制動(dòng)狀態(tài)——應(yīng)用、保持和釋放，確定基本助力特性制動(dòng)強(qiáng)度——駕駛員對制動(dòng)減速度的需求，識(shí)別制動(dòng)強(qiáng)度需求是制動(dòng)力分配前提3.2線控制動(dòng)控制踏板推桿位移準(zhǔn)確和實(shí)時(shí)反映制動(dòng)強(qiáng)度需求踏板速度反映駕駛員制動(dòng)需求的緊急程度模糊推理線控液壓制動(dòng)控制——制動(dòng)意圖識(shí)別制動(dòng)強(qiáng)度需求3.2線控制動(dòng)控制線控液壓制動(dòng)控制——制動(dòng)踏板力反饋助力型EHB的踏板力反饋電動(dòng)助力型EHB，控制助力閥與踏板推桿間的位移差完全解耦型EHB系統(tǒng)，踏板模擬器提供踏板反饋力

&

3.2線控制動(dòng)控制線控液壓制動(dòng)控制——制動(dòng)踏板力反饋踏板模擬器3.2線控制動(dòng)控制線控液壓制動(dòng)控制——制動(dòng)踏板力反饋踏板模擬器

3.2線控制動(dòng)控制線控液壓制動(dòng)控制——IBooster助力特性IBooster是助力控制型，通過控制助力，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)壓力控制3.2線控制動(dòng)控制線控液壓制動(dòng)控制——IBooster助力特性3.2線控制動(dòng)控制線控液壓制動(dòng)控制——IBooster助力特性3.2線控制動(dòng)控制線控液壓制動(dòng)控制——IBooster助力特性試驗(yàn)標(biāo)定得到各種助力風(fēng)格下的主面凸起量—推桿位移控制率舒適型具有更大的主面凸起量，從而提高制動(dòng)操縱舒適性運(yùn)動(dòng)型要求更大踏板力輸入，最小凸起量靜止時(shí)，小推桿行程時(shí)，主面凸起量為0，減小電機(jī)助力輸出，當(dāng)推桿行程進(jìn)一步增加時(shí)，意味真實(shí)的制動(dòng)意圖，主面凸起量隨推桿行程增加而迅速增加，電機(jī)助力增大，從而降低靜止時(shí)的制動(dòng)操作負(fù)荷3.2線控制動(dòng)控制線控液壓制動(dòng)控制——解耦型線控制動(dòng)的壓力控制

電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程制動(dòng)輪缸活塞運(yùn)動(dòng)方程3.2線控制動(dòng)控制線控液壓制動(dòng)控制——解耦型線控制動(dòng)的壓力控制

制動(dòng)輪缸內(nèi)的壓力變化率液壓系統(tǒng)微分方程

控制閥節(jié)流特性

3.2線控制動(dòng)控制線控液壓制動(dòng)控制——解耦型線控制動(dòng)的壓力控制電液制動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)方程取電機(jī)角速度、角位移，伺服缸壓力和輪缸壓力為狀態(tài)變量，輸出為伺服主缸壓力和輪缸壓力，輸入為電機(jī)力矩

3.2線控制動(dòng)控制線控液壓制動(dòng)控制——解耦型線控制動(dòng)的壓力控制電液制動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)方程

唯一非線性項(xiàng)3.2線控制動(dòng)控制線控液壓制動(dòng)控制——解耦型線控制動(dòng)的壓力控制壓力閉環(huán)控制器——壓力-速度-電流三閉環(huán)串級PID控制器

3.2線控制動(dòng)控制線控液壓制動(dòng)控制——解耦型線控制動(dòng)的壓力控制壓力閉環(huán)控制器——壓力死區(qū)控制策略

到達(dá)死區(qū)前采用線性位置PID控制器3.2線控制動(dòng)控制線控機(jī)械制動(dòng)控制——夾緊力估計(jì)與控制夾緊力估計(jì)——直接測量，間接估計(jì)夾緊力響應(yīng)特性3.2線控制動(dòng)控制線控機(jī)械制動(dòng)控制——夾緊力估計(jì)與控制卸載過程卸載響應(yīng)則近似平行

3.2線控制動(dòng)控制線控機(jī)械制動(dòng)控制——夾緊力估計(jì)與控制加載過程

3.2線控制動(dòng)控制線控機(jī)械制動(dòng)控制——夾緊力估計(jì)與控制夾緊力跟蹤控制——PID控制器3.2線控制動(dòng)控制線控氣壓制動(dòng)控制——制動(dòng)壓力跟蹤控制EBS比例繼動(dòng)閥控制比例繼動(dòng)閥的滯回特性3.2線控制動(dòng)控制線控氣壓制動(dòng)控制——制動(dòng)壓力跟蹤控制EBS比例繼動(dòng)閥遲滯特性補(bǔ)償初始間隙是控制死區(qū)，導(dǎo)致響應(yīng)延遲和抖動(dòng)，策略：當(dāng)駕駛員開始踩下制動(dòng)踏板，對比例閥施加消除初始間隙的電流，使繼動(dòng)活塞移動(dòng)到與閥座即將接觸的位置比例繼動(dòng)閥的滯環(huán)特性進(jìn)行前饋補(bǔ)償，即根據(jù)增、降壓狀態(tài)和目標(biāo)制動(dòng)壓力，確定驅(qū)動(dòng)電流的前饋補(bǔ)償量。3.2線控制動(dòng)控制線控氣壓制動(dòng)控制——制動(dòng)壓力跟蹤控制EBS比例繼動(dòng)閥制動(dòng)壓力閉環(huán)控制控制區(qū)間分為若干子區(qū)間，為每個(gè)子區(qū)間標(biāo)定一組PID參數(shù)，實(shí)現(xiàn)在全壓力區(qū)間的穩(wěn)定、準(zhǔn)確的壓力控制3.2線控制動(dòng)控制線控氣壓制動(dòng)控制——制動(dòng)壓力跟蹤控制EBS軸調(diào)節(jié)器控制軸調(diào)節(jié)器增壓響應(yīng)和增壓速率控制軸調(diào)節(jié)器降壓響應(yīng)和降壓速率控制3.2線控制動(dòng)控制線控氣壓制動(dòng)控制——制動(dòng)壓力跟蹤控制EBS軸調(diào)節(jié)器壓力閉環(huán)控制門限邏輯算法門限邏輯和PID聯(lián)合控制當(dāng)輸出壓力大于目標(biāo)壓力上限時(shí)，開啟減壓閥，關(guān)閉增壓閥；當(dāng)輸出壓力小于目標(biāo)壓力下限時(shí)，開啟增壓閥，關(guān)閉減壓閥實(shí)際壓力在目標(biāo)壓力的上下限區(qū)間之外時(shí)，采取門限邏輯控制，通過快速增壓/減壓；實(shí)際壓力在目標(biāo)壓力的上下限區(qū)間內(nèi)時(shí)，采用PID控制，通過調(diào)節(jié)PWM的周期和占空比，實(shí)現(xiàn)分段式慢增/減壓3.3線控制動(dòng)電控系統(tǒng)EHB電控系統(tǒng)3.3線控制動(dòng)電控系統(tǒng)EBS電控系統(tǒng)3.4線控制動(dòng)系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制危害分析與風(fēng)險(xiǎn)評估失去制動(dòng)能力——不能響應(yīng)駕駛員的制動(dòng)請求并產(chǎn)生制動(dòng)力；非預(yù)期制動(dòng)——制動(dòng)力與駕駛員的意圖不一致，如在無制動(dòng)請求下產(chǎn)生制動(dòng)力；制動(dòng)力過大、過小或滯后，雖然能夠按照駕駛員意圖制動(dòng)，但制動(dòng)力幅值與期望值不一致；運(yùn)行場景失效后果危害事件嚴(yán)重度暴露度可控性ASIL車輛行駛失去制動(dòng)與其他交通參與者、道路設(shè)施碰撞S3E4C3D高速行駛制動(dòng)力過小與其他交通參與者、道路設(shè)施碰撞S2E4C3C高速行駛制動(dòng)力過大引起后車追尾、車輛失穩(wěn)S1E4C2A車輛行駛非預(yù)期制動(dòng)引起后車追尾、車輛失穩(wěn)S2E4C2B踏板行程傳感器失效的ASIL等級3.4線控制動(dòng)系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制危害分析與風(fēng)險(xiǎn)評估線控制動(dòng)系統(tǒng)各失效模式引起危害事件的ASIL等級失效模式ASIL等級安全目標(biāo)主缸壓力傳感器失效D避免失去制動(dòng)、非預(yù)期制動(dòng)，制動(dòng)力過大/小幅度在容限內(nèi)電機(jī)位置傳感器失效D同上制動(dòng)壓力傳感器失效D避免失去制動(dòng)，制動(dòng)力過大/小幅度在容限內(nèi)控制器輸出錯(cuò)誤或無輸出D避免失去制動(dòng)、非預(yù)期制動(dòng)，制動(dòng)力過大/小幅度在容限內(nèi)電機(jī)失效D避免失去制動(dòng)，制動(dòng)力過小幅度在容限內(nèi)閥失效D避免失去制動(dòng)、非預(yù)期制動(dòng)，制動(dòng)力過大/小幅度在容限內(nèi)節(jié)點(diǎn)故障和鏈路故障D避免失去制動(dòng)、非預(yù)期制動(dòng)電源失效D避免失去制動(dòng)3.4線控制動(dòng)系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制冗余設(shè)計(jì)機(jī)械備份、制動(dòng)單元冗余、供電冗余、傳感器冗余電機(jī)（閥）冗余和控制器冗余不常見機(jī)械備份3.4線控制動(dòng)系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制冗余設(shè)計(jì)——制動(dòng)單元冗余3.4線控制動(dòng)系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制冗余設(shè)計(jì)——制動(dòng)單元冗余3.4線控制動(dòng)系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制冗余設(shè)計(jì)——應(yīng)急制動(dòng)冗余EPB和驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為線控制動(dòng)雙點(diǎn)失效（主制動(dòng)和冗余備份失效）的應(yīng)急制動(dòng)EPB的響應(yīng)速度相對較低，EPB（安裝在前輪）可實(shí)現(xiàn)5m/s2以上的制動(dòng)減速度驅(qū)動(dòng)電機(jī)具有扭矩響應(yīng)快和控制精度高的優(yōu)點(diǎn)，高速時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)再生制動(dòng)提供較低的減速度冗余設(shè)計(jì)——電源冗余3.4線控制動(dòng)系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制故障診斷——傳感器故障診斷踏板行程和主缸壓力傳感器故障診斷踏板行程與主缸壓力間存在非線性正相關(guān)性，踏板行程與主缸壓力間存在簡單、完備的冗余信息

序號殘差評價(jià)函數(shù)狀態(tài)傳感器故障狀態(tài)1無傳感器故障2主通道故障3副通道故障4主缸壓力傳感器故障5兩個(gè)及以上傳感器故障一個(gè)傳感器故障時(shí)，利用冗余信息仍可以正確獲取駕駛員意圖，線控制動(dòng)系統(tǒng)正常工作，發(fā)出錯(cuò)誤報(bào)警；兩個(gè)及以上傳感器故障時(shí)，線控制動(dòng)無法正常工作，轉(zhuǎn)為機(jī)械備份狀態(tài)，發(fā)出錯(cuò)誤報(bào)警。3.4線控制動(dòng)系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制故障診斷——傳感器故障診斷伺服主缸壓力傳感器故障診斷兩種冗余關(guān)系（即扭矩平衡、壓力位置關(guān)系）檢查信號一致性實(shí)現(xiàn)伺服缸壓力傳感器故障檢測

3.4線控制動(dòng)系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制故障診斷——傳感器故障診斷

最小二乘估計(jì)辨識(shí)

3.4線控制動(dòng)系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制故障診斷——傳感器故障診斷閥故障診斷線圈失效、鐵芯卡滯和復(fù)位彈簧斷裂

第四章線控驅(qū)動(dòng)4.1線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型4.2線控驅(qū)動(dòng)控制4.3電驅(qū)動(dòng)電控系統(tǒng)4.4線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制本章內(nèi)容線控驅(qū)動(dòng)的構(gòu)型及其特點(diǎn)驅(qū)動(dòng)力的軸間分配與轉(zhuǎn)矩矢量控制問題電機(jī)控制器功能全架構(gòu)學(xué)習(xí)重點(diǎn)4.1線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型底盤的結(jié)構(gòu)形式發(fā)生重要變化，電驅(qū)動(dòng)總成與行駛系集成，成為車橋或車輪的一部分；電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)靈活、快速、準(zhǔn)確的扭矩控制能力使得電驅(qū)動(dòng)成為影響車輛動(dòng)力學(xué)性能的重要執(zhí)行器之一集中式——左右車輪由一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過機(jī)械差速器輸出分布式——由兩個(gè)或多個(gè)電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)車輪，取消差速機(jī)構(gòu)，縮短傳動(dòng)鏈，降低對單個(gè)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩需求，有利于系統(tǒng)集成化、輕量化和模塊化設(shè)計(jì)，發(fā)展的方向4.1線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型集中式驅(qū)動(dòng)電池電機(jī)減速器差速器電池電機(jī)減速器差速器電機(jī)減速器差速器單電機(jī)單軸驅(qū)動(dòng)雙電機(jī)雙軸驅(qū)動(dòng)減速器/兩檔變速器差速器半軸4.1線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型分布式驅(qū)動(dòng)中央雙電機(jī)輪邊電驅(qū)橋4.1線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型分布式驅(qū)動(dòng)輪轂電機(jī)構(gòu)型——?jiǎng)恿?、傳?dòng)和制動(dòng)裝置集成在車輪內(nèi)部，取消半軸、萬向節(jié)、差速器和減速器等傳動(dòng)部件，提高了空間利用率、傳動(dòng)效率4.2線控驅(qū)動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)力矩控制能量回饋制動(dòng)軸間的驅(qū)動(dòng)力分配輪間的驅(qū)動(dòng)力分配問題電子差速控制轉(zhuǎn)矩矢量控制4.2線控驅(qū)動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)力矩控制——加速踏板控制4.2線控驅(qū)動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)力矩控制——蠕行工況駕駛員松開制動(dòng)踏板且加速踏板未踩下，車輛由靜止?fàn)顟B(tài)加速到低速蠕行的過程上坡蠕行時(shí)，電機(jī)輸出力矩應(yīng)保證車輛不出現(xiàn)嚴(yán)重溜車；下坡蠕行時(shí)，電機(jī)輸出較小或不輸出力矩；平路蠕行時(shí)，電機(jī)輸出力矩平緩，不產(chǎn)生明顯的沖擊4.2線控驅(qū)動(dòng)控制能量回饋制動(dòng)滑行和踩下制動(dòng)踏板期間可通過控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作在制動(dòng)模式實(shí)現(xiàn)能量回收車輛行駛狀態(tài)。車速較低時(shí)，電機(jī)提供的制動(dòng)力矩大；車速過低時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)不到能量回饋的最低轉(zhuǎn)速要求；轉(zhuǎn)速較高時(shí)，受功率限制，制動(dòng)力矩減??；外界環(huán)境。路面附著系數(shù)低時(shí)，制動(dòng)易發(fā)生失穩(wěn)。環(huán)境溫度較低時(shí)，電池充電效率過低，難以實(shí)現(xiàn)高效的制動(dòng)能量回收；驅(qū)動(dòng)電機(jī)特性。電機(jī)的外特性決定各轉(zhuǎn)速下最大的能量回饋制動(dòng)力動(dòng)力電池特性與狀態(tài)。電池溫度過低、過高時(shí)，均對充電電流產(chǎn)生限制；電池荷電狀態(tài)＞95%時(shí)，限制能量回收驅(qū)動(dòng)構(gòu)型4.2線控驅(qū)動(dòng)控制能量回饋制動(dòng)——滑行期間的能量回饋影響駕駛習(xí)慣、舒適性、低附著路面的方向穩(wěn)定性不同駕駛模式采取不同滑行能量回收策略過高的滑行能量回饋制動(dòng)可能改變駕駛員的肌肉記憶4.2線控驅(qū)動(dòng)控制能量回饋制動(dòng)——踩下制動(dòng)踏板期間的能量回饋制動(dòng)軸間制動(dòng)力力分配電機(jī)制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)間的制動(dòng)力分配并聯(lián)模式串聯(lián)模式4.2線控驅(qū)動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)力軸間分配——穩(wěn)定性為目標(biāo)的分配策略

前后軸同時(shí)達(dá)到附著力極限

4.2線控驅(qū)動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)力軸間分配——效率為目標(biāo)的分配策略

4.2線控驅(qū)動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)力軸間分配——軸間驅(qū)動(dòng)力分配策略切換效率為目標(biāo)的分配策略可延長車輛的續(xù)駛里程，穩(wěn)定性為目標(biāo)的分配策略可改善車輛在低附著或強(qiáng)牽引力需求工況下的穩(wěn)定性駕駛員需求的驅(qū)動(dòng)力大于0.6倍路面所能提供的縱向附著力；爬坡工況（坡度＞5%）；低附著（＜0.2）路面工況；驅(qū)動(dòng)防滑激活。切換到以穩(wěn)定性為目標(biāo)的分配策略的條件4.2線控驅(qū)動(dòng)控制電子差速控制分布式驅(qū)動(dòng)取消了左右半軸間的差速器，需要通過控制左右輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出的力矩/轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向時(shí)的電子差速4.2線控驅(qū)動(dòng)控制電子差速控制將車輪滑移率、質(zhì)心側(cè)偏角、橫擺角速度的誤差分別、部分或全部作為被控變量，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電樞電流以抑制外部擾動(dòng)

內(nèi)外側(cè)車輪路面附著相等為目標(biāo)來分配驅(qū)動(dòng)力：內(nèi)外側(cè)驅(qū)動(dòng)力之比等于垂向載荷之比4.2線控驅(qū)動(dòng)控制分布式驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩矢量控制不改變車輛總驅(qū)動(dòng)力前提下，通過分配左右輪的驅(qū)動(dòng)力，產(chǎn)生附加的橫擺力矩，從而改善車輛的操縱穩(wěn)定性和過彎機(jī)動(dòng)性基本控制量：橫擺角速度、質(zhì)心側(cè)偏角橫擺角速度通過陀螺儀直接測量質(zhì)心側(cè)偏角車輛動(dòng)力學(xué)響應(yīng)間接估計(jì)附加橫擺力矩使車輛側(cè)向響應(yīng)處于穩(wěn)定區(qū)間，并跟蹤參考控制量（線性二自由度模型）4.2線控驅(qū)動(dòng)控制分布式驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩矢量控制——質(zhì)心側(cè)偏角估計(jì)質(zhì)心側(cè)偏角估計(jì)——卡爾曼濾波基本方法：擴(kuò)展卡爾曼濾波三自由度車輛動(dòng)力學(xué)微分方程

觀測的變量采用可直接測量的信息：橫擺角速度、縱向/側(cè)向加速度、輪速和車輪驅(qū)動(dòng)力

4.2線控驅(qū)動(dòng)控制分布式驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩矢量控制——附加橫擺力矩質(zhì)心側(cè)偏角估計(jì)——卡爾曼濾波二自由度線性車輛動(dòng)力學(xué)模型MPC控制器的設(shè)計(jì)附加橫擺力矩控制的目的是使車輛的側(cè)偏角響應(yīng)和橫擺角速度響應(yīng)跟蹤目標(biāo)參考值

4.2線控驅(qū)動(dòng)控制分布式驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩矢量控制——附加橫擺力矩質(zhì)心側(cè)偏角估計(jì)——卡爾曼濾波

4.2線控驅(qū)動(dòng)控制分布式驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩矢量控制——附加橫擺力矩質(zhì)心側(cè)偏角估計(jì)——卡爾曼濾波

4.2線控驅(qū)動(dòng)控制分布式驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩矢量控制——附加橫擺力矩質(zhì)心側(cè)偏角估計(jì)——卡爾曼濾波目的：減小質(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度跟蹤誤差，并減小控制量——附加橫擺力矩以及控制增量

二次約束規(guī)劃問題（QP）

4.2線控驅(qū)動(dòng)控制分布式驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩矢量控制——車輪驅(qū)動(dòng)力分配質(zhì)心側(cè)偏角估計(jì)——卡爾曼濾波目標(biāo)：滿足軸間分配的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)附加的橫擺力矩簡單策略：按軸間比例分配前后軸應(yīng)輸出的附加橫擺力矩，然后計(jì)算左右輪驅(qū)動(dòng)力

問題：期望的附著力可能超出輪胎摩擦圓合理分配策略——滿足摩擦圓限制的前提下分配車輪驅(qū)動(dòng)力，并使車輪實(shí)際利用的附著系數(shù)最低（也即附著裕度最大）4.2線控驅(qū)動(dòng)控制分布式驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩矢量控制——車輪驅(qū)動(dòng)力分配質(zhì)心側(cè)偏角估計(jì)——卡爾曼濾波驅(qū)動(dòng)力分配優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)

驅(qū)動(dòng)力約束

附加橫擺力矩約束

附著力飽和約束

4.2線控驅(qū)動(dòng)控制分布式驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩矢量控制——車輪驅(qū)動(dòng)力分配質(zhì)心側(cè)偏角估計(jì)——卡爾曼濾波二次約束規(guī)劃問題

問題：約束條件內(nèi)可能無解

4.3電驅(qū)動(dòng)電控系統(tǒng)電機(jī)、電機(jī)控制器、整車控制器、高壓配電器主要電機(jī)類型：永磁同步電機(jī)、交流異步電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)PMSM功率密度高、高效區(qū)間寬、質(zhì)量輕異步電機(jī)具有成本低、堅(jiān)固可靠4.3電驅(qū)動(dòng)電控系統(tǒng)PMSM電機(jī)控制器質(zhì)心側(cè)偏角估計(jì)——卡爾曼濾波功率驅(qū)動(dòng)模塊IGBT或SiC等組成三相逆變橋控制模塊MCU及外圍電路、信號采樣調(diào)理、旋變編碼器調(diào)理、通信電路、橋預(yù)驅(qū)動(dòng)電路、驅(qū)動(dòng)橋保護(hù)電路、電源4.3電驅(qū)動(dòng)電控系統(tǒng)PMSM電機(jī)矢量控制質(zhì)心側(cè)偏角估計(jì)——卡爾曼濾波

三相繞組電壓方程三相繞組的磁鏈方程

4.3電驅(qū)動(dòng)電控系統(tǒng)PMSM電機(jī)矢量控制質(zhì)心側(cè)偏角估計(jì)——卡爾曼濾波

電磁轉(zhuǎn)矩方程

4.3電驅(qū)動(dòng)電控系統(tǒng)PMSM電機(jī)矢量控制質(zhì)心側(cè)偏角估計(jì)——卡爾曼濾波4.4線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制質(zhì)心側(cè)偏角估計(jì)——卡爾曼濾波危害分析與風(fēng)險(xiǎn)評估失去驅(qū)動(dòng)能力，駕駛員無法控制車輛加速；失去能量回饋制動(dòng)能力，制動(dòng)強(qiáng)度達(dá)不到駕駛員預(yù)期；非駕駛員意愿的驅(qū)動(dòng)輸出，即輸出力矩方向與期望方向相反，如制動(dòng)時(shí)突然驅(qū)動(dòng)加速；驅(qū)動(dòng)力過大、過小或滯后，雖然能夠按照駕駛員意圖輸出驅(qū)動(dòng)力，但驅(qū)動(dòng)力幅值不一致，響應(yīng)明顯滯后，使加減速達(dá)不到駕駛員預(yù)期。4.4線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制質(zhì)心側(cè)偏角估計(jì)——卡爾曼濾波控制器失效的ASIL等級運(yùn)行場景失效后果危害事件嚴(yán)重度暴露度可控性ASIL與后方或側(cè)方車輛相對速度較高失去驅(qū)動(dòng)力與后方或側(cè)方車輛發(fā)生碰撞S3E2C2A人員密集處低速行駛驅(qū)動(dòng)力過大與行人發(fā)生碰撞S3E4C2C十字路口轉(zhuǎn)向時(shí)，對向有來車驅(qū)動(dòng)力過小與對向車輛發(fā)生碰撞S3E3C0QM高速超車非預(yù)期輸出制動(dòng)力車輛失穩(wěn)或與其他車輛發(fā)生碰撞S3E4C2C車輛中高速滑行非預(yù)期輸出驅(qū)動(dòng)力車輛失穩(wěn)或與其他車輛發(fā)生碰撞S3E4C2C車輛再生制動(dòng)強(qiáng)度大于0.3g失去制動(dòng)能力與前方車輛發(fā)生碰撞S2E4C1A高速濕滑路面制動(dòng)制動(dòng)力過大車輛失穩(wěn)S3E3C3C車輛減速通過路口制動(dòng)力過小與其他車輛發(fā)生碰撞S3E4C0QM車輛靜止，后方有行人和車輛非預(yù)期輸出制動(dòng)力（倒車）與后方行人、車輛發(fā)生碰撞S3E4C2C4.4線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制質(zhì)心側(cè)偏角估計(jì)——卡爾曼濾波電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各失效模式引起危害事件的ASIL等級失效模式ASIL安全目標(biāo)轉(zhuǎn)子位置傳感器失效C避免失去驅(qū)動(dòng)和能量回饋制動(dòng)能力，驅(qū)/制動(dòng)力過大/小幅度在容限內(nèi)電機(jī)、逆變器溫度傳感器失效A避免失去驅(qū)動(dòng)和能量回饋制動(dòng)能力，驅(qū)/制動(dòng)力過小幅度在容限內(nèi)電流傳感器失效C避免失去驅(qū)動(dòng)和能量回饋制動(dòng)能力，驅(qū)/制動(dòng)力過大/小幅度在容限內(nèi)控制器失效C避免失去驅(qū)動(dòng)和能量回饋制動(dòng)能力、非預(yù)期驅(qū)/制動(dòng)，驅(qū)/制動(dòng)力過大/小幅度在容限內(nèi)電機(jī)失效A避免失去驅(qū)動(dòng)和能量回饋制動(dòng)能力，驅(qū)制動(dòng)力過小幅度在容限內(nèi)節(jié)點(diǎn)故障和鏈路故障C避免失去驅(qū)動(dòng)和能量回饋制動(dòng)能力、非預(yù)期驅(qū)動(dòng)，驅(qū)制動(dòng)力過大/小幅度在容限內(nèi)電源失效A避免失去驅(qū)動(dòng)和能量回饋制動(dòng)能力，驅(qū)動(dòng)力過小幅度在容限內(nèi)4.4線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制電機(jī)控制器功能安全架構(gòu)質(zhì)心側(cè)偏角估計(jì)——卡爾曼濾波EGAS（StandardizedE-GasMonitoringConceptforGasolineandDieselEngineControlUnits）內(nèi)燃機(jī)時(shí)代廣泛使用的安全架構(gòu)，在電驅(qū)動(dòng)三電系統(tǒng)、智能駕駛域控中廣泛使用控制系統(tǒng)分層功能層（Level1）功能監(jiān)控層（Level2）處理器監(jiān)控層（Level3）功能監(jiān)控層和處理器監(jiān)控層按ASILC設(shè)計(jì)，其他部分按QM設(shè)計(jì)ASILC=QM（C）+ASILC（C）4.4線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制電機(jī)控制器功能安全架構(gòu)——單核鎖步MCU的安全架構(gòu)質(zhì)心側(cè)偏角估計(jì)——卡爾曼濾波陰影部分需要按ASILC（C）設(shè)計(jì)電流、電壓和旋變信號采用雙路送入控制器，一路用于電機(jī)控制，另一路用于對輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行監(jiān)控和診斷系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片（SystemBasicChip，SBC）對電源、MCU進(jìn)行監(jiān)控Level1和Level2共享芯片內(nèi)部資源，確保兩個(gè)層次軟件在空間和程序流上獨(dú)立的難度大，存在相互干擾的問題，從而易導(dǎo)致失效4.4線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制電機(jī)控制器功能安全架構(gòu)——多核鎖步MCU的安全架構(gòu)質(zhì)心側(cè)偏角估計(jì)——卡爾曼濾波陰影部分需要按ASILC（C）設(shè)計(jì)一個(gè)為普通核（QM），一個(gè)為鎖步核（ASILC）系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片（SystemBasicChip，SBC）對電源、MCU進(jìn)行監(jiān)控解決了單核處理器方案中Level1和Level2共享芯片內(nèi)部資源、相互干擾的問題4.4線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制電機(jī)控制器功能安全架構(gòu)——雙MCU的安全架構(gòu)質(zhì)心側(cè)偏角估計(jì)——卡爾曼濾波陰影部分需要按ASILC（C）設(shè)計(jì)個(gè)為普通MCU（QM），另一個(gè)為安全MCU（ASILC）在安全MCU、系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片SBC對電源、MCU進(jìn)行監(jiān)控MCU硬件資源和軟件代碼完全獨(dú)立4.4線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩診斷與安全狀態(tài)質(zhì)心側(cè)偏角估計(jì)——卡爾曼濾波功能安全目標(biāo)：“避免非預(yù)期驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)”和“驅(qū)動(dòng)力過大/小幅度在容限內(nèi)”估計(jì)電機(jī)當(dāng)前輸出轉(zhuǎn)矩根據(jù)d-q軸坐標(biāo)系下電機(jī)輸出方程實(shí)時(shí)估計(jì)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩；根據(jù)電機(jī)功率平衡方程估計(jì)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩。

電機(jī)轉(zhuǎn)矩故障的安全狀態(tài)電機(jī)轉(zhuǎn)速小于基速時(shí)，關(guān)閉三相橋臂，進(jìn)入空轉(zhuǎn)模式（FreeWheeling，F(xiàn)W），電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為零；電機(jī)轉(zhuǎn)速大于基速時(shí)，使上橋臂或下橋臂導(dǎo)通，對電機(jī)三相繞組主動(dòng)短路（ActiveShortCircuit，ASC），使電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩接近零第五章線控懸架系統(tǒng)5.1線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理5.2線控懸架控制5.3線控懸架電控系統(tǒng)5.4線控懸架系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制本章內(nèi)容主動(dòng)懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理平順控制和車身高度控制主動(dòng)懸架電控系統(tǒng)的基本構(gòu)成懸架傳感器與執(zhí)行器的故障診斷方法學(xué)習(xí)重點(diǎn)5.1線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理根據(jù)行駛工況和操作者需求，從外部向作動(dòng)器輸入能量，在車身與車輪間主動(dòng)產(chǎn)生作用力，從而實(shí)時(shí)調(diào)整懸架剛度、阻尼特性和高度主動(dòng)作動(dòng)器類型：主動(dòng)油氣彈簧懸架、主動(dòng)空氣彈簧懸架、主動(dòng)電磁懸架響應(yīng)帶寬有限帶寬主動(dòng)懸架慢主動(dòng)懸架，主動(dòng)作動(dòng)器與被動(dòng)或半主動(dòng)彈性、阻尼元件結(jié)合使用，作動(dòng)器響應(yīng)帶寬＜6Hz。作動(dòng)器與彈簧串聯(lián)使用，當(dāng)激勵(lì)頻率高于帶寬時(shí)，由彈簧吸收沖擊寬帶寬懸架全主動(dòng)懸架，作動(dòng)器的帶寬達(dá)100Hz。作動(dòng)器取代被動(dòng)懸架中的彈性和阻尼元件實(shí)現(xiàn)傳力和減振為降低能耗，通常將彈簧與作動(dòng)器并聯(lián)安裝，由彈簧承載車身靜載荷5.1線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理5.1線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理主動(dòng)油氣彈簧懸架增加一個(gè)可控作用力的作動(dòng)器及控制系統(tǒng)，由液壓泵、液壓閥、懸架行程傳感器、車身加速度傳感器和控制器等構(gòu)成5.1線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理主動(dòng)油氣彈簧懸架A類由高速響應(yīng)閥控制雙作用液壓缸作動(dòng)力輸出，能耗高、輸出作動(dòng)力大、控制靈活度高B類由流量控制閥將液壓油輸入到單作用缸和蓄能器中，實(shí)現(xiàn)作動(dòng)力控制，能耗略低于A類C類采用壓力控制閥驅(qū)動(dòng)帶有節(jié)流孔的差動(dòng)液壓缸，布置小型蓄能器，吸收部分振動(dòng)，液壓系統(tǒng)的主動(dòng)阻尼和被動(dòng)阻尼實(shí)現(xiàn)振動(dòng)控制，具有最低能耗，主動(dòng)控制能力也較弱5.1線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理主動(dòng)油氣彈簧懸架A類作動(dòng)構(gòu)型的實(shí)例上下兩個(gè)腔，控制兩個(gè)腔室液壓油的進(jìn)出，推動(dòng)活塞上下運(yùn)動(dòng)，調(diào)整減振器高度兩個(gè)高壓氣囊，氣囊的體積隨壓力增減而變化，起減振作用電動(dòng)液壓泵輸入控制能量，雙向液壓泵連接液壓缸上下腔，通過控制油液流向推動(dòng)活塞上下運(yùn)動(dòng)5.1線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理主動(dòng)油氣彈簧懸架工作模式5.1線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理主動(dòng)油氣彈簧懸架工作模式5.1線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理主動(dòng)空氣彈簧懸架通過控制氣室體積實(shí)現(xiàn)懸架高度和剛度的調(diào)節(jié)，具有更低的自然頻率和更理想的非線性特性空氣彈簧、減振器、充放氣電磁閥、空壓機(jī)、儲(chǔ)氣罐、車身高度和加速度傳感器、控制系統(tǒng)等構(gòu)成5.1線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理主動(dòng)空氣彈簧懸架通過控制氣室體積實(shí)現(xiàn)懸架高度和剛度的調(diào)節(jié)，具有更低的自然頻率和更理想的非線性特性空氣彈簧、減振器、充放氣電磁閥、空壓機(jī)、儲(chǔ)氣罐、車身高度和加速度傳感器、控制系統(tǒng)等構(gòu)成高度控制

剛度阻尼控制5.1線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理主動(dòng)空氣彈簧懸架剛度控制要求：起伏路面需要降低懸架瞬時(shí)剛度以有效吸收路面沖擊，平整路面需要提高懸架瞬時(shí)剛度以改善車身穩(wěn)定改變氣室容積，連續(xù)對空氣彈簧進(jìn)行充氣和排氣主副氣室連通，容積增大，剛度減小主副氣室斷開，容積減小，剛度增加氣室壓縮過程，容積減小，內(nèi)部壓力增加，對空氣彈簧適當(dāng)放氣，瞬時(shí)剛度下降，內(nèi)部壓力相對保持不變，吸收壓縮的勢能；氣室膨脹過程，容積變大，內(nèi)部壓力減小，對空氣彈簧適當(dāng)充氣，反向瞬時(shí)剛度下降，吸收膨脹勢能5.1線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理主動(dòng)空氣彈簧懸架集成單腔空氣彈簧和減振器的空氣彈簧控制壓力小時(shí)，PDC閥開度增大，阻尼降低控制壓力增大時(shí)，PDC閥開度減小，阻尼增大氣動(dòng)阻尼控制PneumaticDampingControl，PDC5.1線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理電磁主動(dòng)懸架直線式主動(dòng)模式：向定子繞組輸入電流使定子、轉(zhuǎn)子間產(chǎn)生電磁力以抑制車身振動(dòng)饋能模式：定子繞組切割磁場產(chǎn)生感應(yīng)電勢，經(jīng)逆變橋整流濾波后向蓄電池充電，實(shí)現(xiàn)能量回收旋轉(zhuǎn)式5.2線控懸架控制平順控制、高度控制、姿態(tài)控制、預(yù)瞄主動(dòng)車身控制平順控制——在一般速度范圍內(nèi)，使乘員不會(huì)因車身振動(dòng)而引起不舒服和疲勞的感覺車身加速度、車輪動(dòng)載荷、懸架動(dòng)撓度雙層控制結(jié)構(gòu)外層：車身、懸架狀態(tài)及優(yōu)化目標(biāo)，確定作動(dòng)器的主動(dòng)控制力內(nèi)層：作動(dòng)力伺服閉環(huán)控制5.2線控懸架控制平順控制液壓缸的輸出力

1/4主動(dòng)油氣懸架線性振動(dòng)方程

5.2線控懸架控制平順控制

平順性三個(gè)主要性能指標(biāo)構(gòu)建評價(jià)函數(shù)

5.2線控懸架控制車身高度控制車身高度控制原理5.2線控懸架控制車身高度控制平穩(wěn)行駛車高H3、越野車高H4、高速車高H、啟停車高H15.2線控懸架控制車身高度控制根據(jù)高度差和垂向速度將工作區(qū)間分為A\B\CA區(qū)間停止充放氣；B區(qū)間放氣；C區(qū)間充氣區(qū)間A：高差小，變化速率低；高差偏高，但正快速下降；高差偏低，但正快速上升。區(qū)間B：高差過高，仍在上升；高差過高，正在下降；高差偏低，正快速上升。區(qū)間C：高差過低，仍在下降；高差過低，正在上升；高差偏高，正在快速下降。5.2線控懸架控制姿態(tài)控制側(cè)傾：不平路面激勵(lì)和高速轉(zhuǎn)向時(shí)的離心力產(chǎn)生俯仰：不平路面激勵(lì)和加減速操作時(shí)的縱向慣性力產(chǎn)生車身姿態(tài)是全部懸架共同響應(yīng)的結(jié)果，控制對象是整車懸架，控制系統(tǒng)復(fù)雜性高于平順控制側(cè)傾與俯仰獨(dú)立控制忽略了各自由度間的耦合，采用低階模型描述對象和設(shè)計(jì)控制器，以降低系統(tǒng)的維度，從而簡化控制器設(shè)計(jì)，復(fù)雜工況下各控制目標(biāo)的協(xié)調(diào)困難側(cè)傾和俯仰集成控制采用整車模型描述對象和設(shè)計(jì)控制器，以統(tǒng)一的優(yōu)化目標(biāo)協(xié)調(diào)全部作動(dòng)器的輸出，綜合性能較前者更優(yōu)，系統(tǒng)維度遠(yuǎn)高于前者5.2線控懸架控制側(cè)傾控制側(cè)傾動(dòng)力學(xué)方程

定義滑模面

滑模面的收斂速率為指數(shù)趨近率

5.2線控懸架控制預(yù)瞄主動(dòng)車身控制提前獲得路面的輪廓信息，主動(dòng)、獨(dú)立地控制車輛各懸架的作動(dòng)力和位移，補(bǔ)償路面的起伏，使車身保持平穩(wěn)路面高程估計(jì)、車速修正、主動(dòng)懸架閉環(huán)控制5.2線控懸架控制預(yù)瞄主動(dòng)車身控制——高程估計(jì)

每個(gè)光斑在車輛局部坐標(biāo)系的位置

5.2線控懸架控制預(yù)瞄主動(dòng)車身控制——速度修正ABS輪速傳感器獲得的速度信號含有未知的車輪滑移率、車輪半徑變化等引入的誤差解決辦法：對兩個(gè)連續(xù)的路面高程序列相關(guān)分析，利用獲得的車身速度修正輪速傳感器的誤差預(yù)瞄主動(dòng)車身控制——主動(dòng)懸架閉環(huán)控制七自由度模型

5.2線控懸架控制預(yù)瞄主動(dòng)車身控制——主動(dòng)懸架閉環(huán)控制

擾動(dòng)量的狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程

5.2線控懸架控制預(yù)瞄主動(dòng)車身控制——主動(dòng)懸架閉環(huán)控制觀測的路面擾動(dòng)增廣到狀態(tài)變量中

5.3線控懸架電控系統(tǒng)主動(dòng)油氣懸架電控系統(tǒng)三個(gè)車身加速度傳感器布置在左前、右前及右后部位，測量垂向加速度；四個(gè)車身高度傳感器布置在四個(gè)懸架支柱位置，測量車身高度；四個(gè)柱塞行程傳感器安裝在懸架支柱上，提供液壓缸活塞的位置反饋；壓力傳感器檢測液壓泵輸出壓力；油溫傳感器用于液壓系統(tǒng)的狀態(tài)反饋5.3線控懸架電控系統(tǒng)主動(dòng)油氣懸架電控系統(tǒng)5.3線控懸架電控系統(tǒng)主動(dòng)空氣懸架電控系統(tǒng)四個(gè)車身水平高度傳感器布置在懸架支柱位置；三個(gè)車身加速度傳感器安裝在前左、前右和后右支柱位置；車門、后艙門開關(guān)信號用于停車高度控制；壓縮機(jī)溫度傳感器用于反饋空壓機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)；壓力傳感器用于反饋調(diào)節(jié)閥內(nèi)管道壓力。5.3線控懸架電控系統(tǒng)主動(dòng)空氣懸架電控系統(tǒng)5.4線控懸架系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制危害分析與風(fēng)險(xiǎn)評估失去阻尼控制，過度/不足阻尼控制，意外的阻尼控制；失去水平高度控制，過高/過低的水平高度控制，意外的水平高度控制；失去剛度控制，過度/不足的剛度控制，意外的剛度控制；失去側(cè)傾/俯仰控制，過度/不足的側(cè)傾/俯仰控制，意外的側(cè)傾/俯仰控制。運(yùn)行場景失效后果危害事件嚴(yán)重度暴露度可控性ASIL高速轉(zhuǎn)彎意外阻尼控制穩(wěn)定性問題、增加制動(dòng)距離，碰撞或車輛失穩(wěn)S3E2C2A高速轉(zhuǎn)彎高度控制不正確或意外控制車輛發(fā)生偏航、側(cè)傾，引發(fā)碰撞或側(cè)翻S4E3C2C高速轉(zhuǎn)彎車輪剛度控制不正確或意外產(chǎn)生穩(wěn)定性問題、增加制動(dòng)距離、偏航、側(cè)傾，S4E3C2C高速轉(zhuǎn)彎側(cè)傾控制不正確或意外產(chǎn)生穩(wěn)定性問題、增加制動(dòng)距離、偏航、側(cè)傾，S4E3C2C高度傳感器失效的ASIL等級5.4線控懸架系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制危害分析與風(fēng)險(xiǎn)評估失效模式ASIL等級安全目標(biāo)車身水平高度傳感器失效C避免意外的阻尼/剛度/高度/姿態(tài)控制，過大/小幅度在容限內(nèi)車身加速度傳感器失效C避免意外的阻尼/剛度控制，過大/小幅度在容限內(nèi)縱側(cè)向加速度傳感器失效C避免意外的側(cè)傾/俯仰控制，過大/小幅度在容限內(nèi)壓力傳感器失效C剛度/側(cè)傾/俯仰控制的過大/小幅度在容限內(nèi)控制器輸出錯(cuò)誤信號或無輸出C避免意外阻尼/剛度/高度/姿態(tài)控制，過大/小幅度在容限內(nèi)電機(jī)失效QM

閥失效C避免意外的阻尼/高度/剛度/姿態(tài)控制節(jié)點(diǎn)/鏈路故障QM

主動(dòng)懸架系統(tǒng)各失效模式引起危害事件的ASIL等級5.4線控懸架系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制故障診斷與容錯(cuò)控制——傳感器故障診斷與容錯(cuò)控制車身水平高度傳感器、車身加速度傳感器、作動(dòng)器行程傳感器、氣/液壓力傳感器

互為冗余

5.4線控懸架系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制故障診斷與容錯(cuò)控制——傳感器故障診斷與容錯(cuò)控制

簧上質(zhì)量的垂向加速度的兩種表達(dá)形式

彈簧力=作動(dòng)力

柱塞運(yùn)動(dòng)加速度

5.4線控懸架系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制故障診斷與容錯(cuò)控制——傳感器故障診斷與容錯(cuò)控制

失效傳感器殘差車身加速度傳感器+/-+/-00作動(dòng)器行程傳感器0+/-+/-+/-車身高度傳感器+/-+/-0+/-流量Q+/-0+/-+/-壓力傳感器+/-00+/-5.4線控懸架系統(tǒng)的失效與容錯(cuò)控制故障診斷與容錯(cuò)控制——執(zhí)行器故障診斷與容錯(cuò)控制

整個(gè)