汽车主动安全系统.ppt

第5章汽车主动安全系统 主要内容 概述ABSASREBS可控悬架系统电控动力转向系统先进安全汽车其他的主动控制系统 第5章汽车主动安全系统 确保车辆具有和驾驶人员的操作特性相匹配的动特性 主动预防汽车交通事故的发生 防患于未然 通过提高汽车主动安全技术和安全性能 可以最有效地减少道路交通事故的发生 从而从根本上降低道路交通事故对人类生命及财产安全造成的危害 因此当今汽车研发 设计者将主动安全技术作为当今汽车安全技术的重点研究领域和主要发展方向 汽车电子技术的发展促进了汽车安全新理念 新技术和新设备的产生 第5章汽车主动安全系统 一 ABS的基本原理 1 轮胎与地面的附着特性 附着系数 驱动轮的附着率不能大于地面的附着系数 否则会发生驱动轮滑转的现象 纵向附着系数 制动附着系数 制动效能 侧向附着系数 侧滑附着系数 方向稳定性 第5章汽车主动安全系统 1 轮胎与地面的附着特性 左侧 地面附着力随汽车制动力矩的增加 能提供足够的地面制动力 此时的侧向附着系数也较大 具有足够的抗侧滑能力 稳定区 右侧 随制动力矩的增大 地面制动力减小 抱死侧滑 为0时 车轮纯滚动 为100 时 最小 抱死 侧滑 当滑移率为10 20 时 达到峰值 一 ABS的基本原理 第5章汽车主动安全系统 2 ABS的理论依据 分析 汽车在制动时 将汽车车轮的滑移率控制在10 35 之间 这时既可使纵向附着系数接近峰值 同时又可以获得较大的侧向附着系数 也就是说 能兼顾相对最大的纵向制动力和横向抓地力 从而使汽车获得最佳的制动效能和方向稳定性 出发点 用滑移率作为参数 通过调节制动压力来控制车轮的转速 达到防抱死的目的 一 ABS的基本原理 第5章汽车主动安全系统 2 ABS的理论依据 理想的制动控制 车轮滑移率从稳定区进入不稳定区的瞬间 迅速而适度地减少制动器制动力 使车轮的转动回复到稳定区域内 逐渐地增加制动器制动力直至车轮状态再次越过稳定界限位置 尽量长时间地保持车轮运动于稳定界限附近的最佳滚动状态 一 ABS的基本原理 第5章汽车主动安全系统 2 ABS的理论依据 理想的制动控制 制动车轮始终在纵向峰值附着系数最大处附近的狭小滑移率范围内滚动 既保证了转向操纵和制动方向的稳定性 又获得最小制动距离 ABS的工作过程实际上是 抱死 松开 抱死 松开 的循环工作过程 使车辆始终处于临界抱死的间隙滚动状态 有效克服紧急制动时由车轮抱死产生的车辆跑偏现象 防止车身失控等情况的发生 一 ABS的基本原理 第5章汽车主动安全系统 ABS的作用 防止后轮抱死 提高制动时的行驶稳定性 防止前轮抱死 提高制动时的操纵性 减少轮胎磨损 减轻驾驶员的紧张程度 最大可能利用车轮与地面的附着 减少制动距离 一 ABS的基本原理 制动初速度80km h 第5章汽车主动安全系统 2 ABS的理论依据 ABS与普通制动系统的关系优于普通制动系统 建立在普通制动系统正常工作的基础上 只有超过一定的速度值ABS才开始工作 只有抱死时才调节 一 ABS的基本原理 第5章汽车主动安全系统 二 ABS的结构组成和工作原理 组成 轮速传感器 电子控制器和压力调节器 第5章汽车主动安全系统 轮速传感器作用 采集车速旋转速度信号 齿圈安装于车轮或驱动轮差速器输入端 随车轮或驱动轮一起转动 当齿圈转动时 产生正比于其转速的交流感应信号 电子控制器 ECU 作用 把从轮速传感器接收到的电信号转换成关于汽车与车轮速度和减速度的有用信息 并根据这些信息向电磁阀发出指令 压力调节器 液压式和气压式 二 ABS的结构组成和工作原理 传感器的安装位置 支架固定在制动底板上 固定在转向节支架上 第5章汽车主动安全系统 ECU的电路组成整形电路 作用 将转速传感器输入的信号进行调制 使之成为电子控制器能识别的信号 运算电路作用 计算车体速度 滑移率和车轮加速度 并与对应的设定值进行比较判断后对电磁阀发出相应的减压 保压或升压指令 电磁阀驱动 检测控制电路 二 ABS的结构组成和工作原理 第5章汽车主动安全系统 ECU的电路组成稳压供电电路 除ECU芯片5V外 还需具备掉电保护故障代码的功能 应提供一个独立的5V电源 通信电路作用 提供多CPU之间的信息传递和运算结果的复合核对 冗余技术 提供已存储的故障代码和故障出项的先后次序 故障自诊断电路作用 功能检查 故障诊断 二 ABS的结构组成和工作原理 第5章汽车主动安全系统 二 ABS的结构组成和工作原理 第5章汽车主动安全系统 二 ABS的结构组成和工作原理 ABS的基本工作原理 汽车在制动过程中 轮速传感器不断把轮速信号传送给ECU 这些信号被ECU进行逻辑判断和分析 并加以计算 一且识别到某一或几个车轮有抱死倾向时 ECU就发出指令 并送至液压或气压调节器中 通过调节器中电磁阀 升压 保压 降压 3种不同工作状态 及时调节车轮制动缸 气室 中的压力 以防止车轮制动抱死 第5章汽车主动安全系统 三 ABS在汽车上的配置 定义 汽车车轮或车轴的制动力矩是否直接受控于防抱制动系统和其他控制方式 以及ABS转速传感器 电磁阀的安装数量和安装部位的设计形式 第5章汽车主动安全系统 三 ABS在汽车上的配置 第5章汽车主动安全系统 三 ABS在汽车上的配置 轴控制的两种选择 高选调节 以两侧车轮中附着系数较高一侧的传感器信号来确定制动压力的调节 充分利用高附着系数侧车轮的制动力 缩短制动距离低选调节 以两侧车轮中附着系数较低一侧的传感器信号来确定制动压力的调节 提高稳定性 避免侧滑 第5章汽车主动安全系统 四 ABS的正确使用 第5章汽车主动安全系统 四 ABS的正确使用 1 不要采用 点刹 制动 要始终踩住制动踏板不放松 保证足够和持续的制动力 使ABS有效地发挥作用 未装有ABS的车辆在湿滑路面及车速较高情况下实施制动时 需要采用 点刹 的办法达到安全制动的目的 而装上ABS后 由于ABS能自动调整制动力 因此在实施紧急制动时 可一脚将踏板踩到底而不松开 不要担心车轮抱死打滑 否则将大大延长制动距离 第5章汽车主动安全系统 四 ABS的正确使用 2 不可忽视ABS指示灯的检查 正常情况下 按通点火开关后 此灯应亮 大约3秒后自动熄灭 这一过程 实质上是电子控制装置在按自检程序对车轮传感器 液压调节器的控制阀进行通电检查 若此灯一直不亮 说明ABS有故障 5 2车轮防抱死制动系统 ABS ABS的性能主要是以装车后进行实车道路试验的方法进行评价 主要的试验方法和评价项目如下表所示 五 ABS的试验评价 1 直线行驶制动试验 目的 测定不同路面附着系数下的制动距离 直线制动稳定性 试验条件 各种附着系数路面和各种制动初速度 5 2车轮防抱死制动系统 ABS 五 ABS的试验评价 1 直线行驶制动试验 5 2车轮防抱死制动系统 ABS 五 ABS的试验评价 评价指标 制动距离比 要求 110 直线行驶制动的稳定性评价 汽车横摆角速度 装ABS 偏转角速度不大于5deg s 1 直线行驶制动试验 5 2车轮防抱死制动系统 ABS 五 ABS的试验评价 评价指标 制动距离比 要求 110 直线行驶制动的稳定性评价 汽车横摆角速度 装ABS 偏转角速度不大于5deg s 在越低附着系数路面上 装用ABS后制动距离的缩短量也越大 制动性能改善效果越好 5 2车轮防抱死制动系统 ABS ABS的性能主要是以装车后进行实车道路试验的方法进行评价 主要的试验方法和评价项目如下表所示 五 ABS的试验评价 5 3驱动防滑控制系统 ASR 汽车在行驶时 其驱动力决定于传递到驱动轮上的发动机转矩和轮胎和路面的附着系数 发动机的转矩与发动机的性能和传动系特性有关 汽车在起动或急加速时 随着发动机的转矩不断增大 汽车的驱动力随之增大 驱动能力增强 但当驱动力超过地面的附着力时 驱动轮开始滑转 因此 汽车获得的驱动能力只有在轮胎和路面之间附着极限内驱动轮不发生滑转时才有效 一 理论依据 5 3驱动防滑控制系统 ASR 驱动轮的滑转程度用驱动轮滑移率来表示 一 理论依据 轮胎滑移率和路面的附着条件有密切关系 5 3驱动防滑控制系统 ASR 汽车的驱动轮在滑转时 将其滑转率控制在最佳滑转率 10 30 范围内 从而获得较大的附着系数 使路面能够提供较大的附着力 车轮的驱动力能够得到充分利用 一 理论依据 汽车防滑控制利用驱动滑转率和附着系数之间的关系进行控制 ASR系统主要元部件的车上布置1 ECU 2 制动压力调节器 3 轮速传感器脉冲盘 4 轮速传感器 5 差速制动阀 6 发动机控制缸 7 发动机控制阀 5 3驱动防滑控制系统 ASR 二 ASR的组成 工作原理和作用 基本原理 车轮速度传感器车轮转速转变为电信号 输送给控制器 控制器计算出驱动车轮的滑转率 如果滑转率超出了目标范围 控制器确定控制方式 输出控制信号使执行器动作 将驱动车轮的滑转率控制在目标范围内 降低发动机输出转矩 同时控制制动系统 降低传递给驱动车轮的力矩 既可控制制动又可控制发动机输出 ABS所有车轮 ASR驱动车轮 5 3驱动防滑控制系统 ASR 二 ASR的组成 工作原理和作用 5 3驱动防滑控制系统 ASR 汽车起步 行驶中驱动轮可提供最佳驱动力 与无ASR相比 提高了汽车的动力性 特别是在附着系数较小的路面上 起步 加速性能和爬坡能力较佳 能保持汽车方向的稳定性和前轮驱动汽车的转向控制能力 FF型车 猛加油门将使车辆驱动轮发生空转而失去方向控制 FR型车 猛加油门又快速放松时将使车辆发生不规则旋转 减少了轮胎的磨损与发动机油耗 二 ASR的组成 工作原理和作用 作用 5 3驱动防滑控制系统 ASR 三 驱动轮防滑控制方式 驱动轮制动控制方式发动机控制方式 发动机输出转矩综合控制方式 5 3驱动防滑控制系统 ASR 三 驱动轮防滑控制方式 驱动轮制动控制方式 原理 对发生空转的某个驱动轮直接施加制动 增加车轮制动分泵的压力 通过差速器的作用使驱动轮上驱动力增加 优点 反应速度快 能有效防止汽车起步时或从高附着系数路面突然进入低附着系数路面的车轮空转缺点 只限于低速行驶且单边驱动轮发生空转的场合 以避免制动器过热 早期磨损 把发动机多输出的功率以热的形式在制动器上消耗掉 或发动机熄火注意 出于舒适性考虑 控制过程应缓慢升高制动压力 使制动过程平稳 5 3驱动防滑控制系统 ASR 三 驱动轮防滑控制方式 发动机控制方式 原理 调整发动机加到车轮上的驱动转矩 以使车轮滑移率保持在最佳范围 思路 根据路面状况 调节燃油喷油量 减小或中断供油 调节点火时间 调节进气量等调整发动机的输出转矩 供给驱动车轮和路面附着力相适应的最佳驱动转矩 5 3驱动防滑控制系统 ASR 三 驱动轮防滑控制方式 发动机控制方式 缺点 响应速度较慢 在非对称附着系数路面不能实现最佳控制 效能和ABS的低选调节情形相似 低选调节 以两侧车轮中附着系数较低一侧的传感器信号来确定制动压力的调节 牺牲了高附着系数侧车轮的部分制动力来保持车辆的行驶稳定性 5 3驱动防滑控制系统 ASR 三 驱动轮防滑控制方式 综合控制方式 将驱动轮制动控制和发动机输出转矩控制方式结合起来 融合的思想 采用合理的控制算法 可以解决各种路面条件的驱动控制问题 使车辆的加速性 经济性 方向稳定性和操纵性达到最佳 5 3驱动防滑控制系统 ASR 三 驱动轮防滑控制方式 防滑控制过程 ASR大多是在ABS系统中增设一些部件来实现 是对ABS的完善和补充 5 3驱动防滑控制系统 ASR 三 驱动轮防滑控制方式 防滑控制过程 特点 ABS和ASR共用4个轮速传感器 ECU结合为一体 增设了一些ASR的有关装置工作过程 轮速传感器 ECU 不断计算每个车轮的速度 并根据两个前轮速度估算出汽车的行驶速度 然后设定目标控制速度值 驱动轮后轮若发生滑转 后轮的转动速度就会超过目标控制速度 副节气门执行器 关闭副节气门 同时向ASR制动执行器传送信号 使其给后轮制动分泵提供高压制动液 ABS执行器的3位电磁阀通过开关转换控制制动分泵压力 防止车轮滑转 5 3驱动防滑控制系统 ASR 三 ASR使用效果 冰 雪路面驱动力对比 左 右轮不同附着系数路面加速性对比 冰雪路面上 低附着系数 超车或急加速 车轮因空转而失去方向稳定性 驱动力不足 超车距离过长 加速特性差 5 3驱动防滑控制系统 ASR 四 ASR和ABS的比较 5 3驱动防滑控制系统 ASR 四 ASR和ABS的发展现状 目前 ABS ASR已经成为欧美和日本等发达国家汽车的标准设备 但在发展中国家 如中国 装备ABS ASR系统还是近几年的事情 并且没有相应的法规规定汽车必须装备ABS ASR 尽管ABS ASR在一些发达国家已被法规规定为汽车的必装设备 但是 其要想在发展中国家成为汽车的标准设备 仍然有好多工作要做 5 4车辆动态控制系统 VDC 由来 ABS ASR在车辆紧急制动或急加速行驶状态时 通过控制车辆滑移率来提高车辆安全性 对于紧急转向 避让 或高速换线行驶的车辆则无法提供安全保障 行驶车速高的车辆在急转弯时 极易造成车辆进入动力学不稳定状态 车辆可能会不按驾驶员希望的路线行驶 出现过多转向或严重不足转向 甚至急剧旋转 车轮和地面摩擦系数越小 把汽车的制动 驱动 悬架 转向 发动机等各主要总成的控制系统在功能上 结构上有机的综合在一起 可使汽车在各种恶劣工况下 如冰雪路面上 弯道路面上以及采取规避动作移线 制动 加速和下坡等工况行驶时 对不同承载 不同轮胎气压和不同程度的轮胎磨损都有良好的方向稳定性 表现出最佳的行驶性能 VDC的开发旨在淡化驾驶人员的操作技能对车辆运动安全性的影响 在车辆的所有行驶状态下 都对各车轮的受力进行调节 从而主动地对车辆进行动力学控制 提高高速车辆的主动安全性 VDC 转向行驶时的方向稳定性 是ABS ASR 制动和驱动时的方向稳定性 这两种系统功能上的延伸 ABS及ASR只能被动地作出反应 而VDC则能够探测和分析车况并纠正驾驶的错误 5 4车辆动态控制系统 VDC 车辆动态控制系统VDC VehicleDynamicsControl 电子稳定系统ESP ElectronicStabilityProgram 德国博世的专利 车辆稳定控制系统VSC VehicleStabilityControl 丰田 动态稳定控制系统DSC DynamicStabilityControl 宝马 1 VDC系统组成 图中 1 VDC执行器 2 制动总泵压力传感器 3 方向盘转角传感器 4 加速度传感器 5 横摆角速度传感器 6 节气门动作器 7 节气门位置传感器 8 车轮速度传感器 9 ABS ASR与VDC共用ECU 用于检测汽车状态和司机操作的传感器部分 用于估算汽车侧滑状态和计算恢复到安全状态所留的旋转动量的ECU部分 用于根据计算结果来控制每个车轮制动力和发动机输出功率的执行器部分 横摆角传感器 转向角传感器 轮速传感器 5 4车辆动态控制系统 VDC 5 4车辆动态控制系统 VDC 当轮胎运动超过侧向附着力时 就会形成不稳定因素 这时有两种情况 后轮相对于前轮更多地失去轮胎附着力 其结果是产生强烈的过多转向倾向 第二种情况是 前轮相对于后轮更多失去轮胎附着力 这时会产生强烈的不足转向倾向 VDC则可对上述两种倾向起到限制作用 为了消除上述两种倾向的不稳定因素 首先应该判断是何种情况产生了不稳定因素 检测车辆状态的传感器有转向角传感器 车速传感器 横向摆动率传感器 横向加速度传感器 来自传感器的信号输入到VDC的ECU中 以这种信号为基础进行计算和判定 2 VDC的工作原理 5 4车辆动态控制系统 VDC 2 VDC的工作原理 车辆非稳定状态判定 过多倾向的判定 判定过多转向的标准是车身的滑移角和车身滑移角速度 一般情况下 车身滑移角增加 而且滑移角速度也增大时 就会出现过多转向的倾向 不足转向倾向的判定 按照目标横向摆动率 由操舵角与车速决定 与实际的横向摆动率之差来判断 当实际的比目标的横向摆动率要小时 判断不足转向的趋势 克服过多转向倾向措施 转弯出现较大的过多转向时 根据这种倾向的程度对外侧的前轮进行制动 以抵抗横向摆动力矩 恢复车辆的稳定性克服不足转向倾向措施 转弯出现较大的不足转向时 根据其倾向的程度来控制发动机功率或对左右后轮进行制动 以产生使车辆回头的 不足转向控制力矩 限制不足转向 5 4车辆动态控制系统 VDC 3 VDC的动力学原理 高附着系数路面转向行驶 横向力小于车轮和地面间的侧向摩擦力 车辆运动表现出明显的横摆成分 且横摆速度和转角及车速呈非线性关系 转向角和车速作为控制参数实现对车辆横摆运动的控制 低附着系数路面转向行驶 横摆力大于侧向摩擦力 若仅控制横摆速度 滑移角会很大 失去稳定性 横摆速度和滑移角 VDC对车辆行驶中横摆角速度 滑移角进行控制 猛打一定转向盘转角三种情况比较 图2 37VDC的动力学原理图 5 5汽车电子控制制动系统 EBS 由来 如果4只轮胎附着地面的条件不同 4个车轮与地面的摩擦力不同 在制动时 如果施加在4个车轮上的制动器制动力相同 则容易产生打滑 倾斜和侧翻等现象 EBS作用 在汽车制动的瞬间 高速计算出4个轮胎由于附着不同而导致的摩擦力数值 然后调整制动装置 使其按照设定的程序在运动中高速调整 达到制动力和摩擦力 牵引力 的匹配 保证车辆的平稳和安全 ABS的辅助装置 提高ABS的功效 应用 大型客车 重型载货汽车 汽车列车 5 5汽车电子控制制动系统 EBS 工作过程 中央处理器接收轮速信号 摩擦片磨损信号 载荷信号 踏板行程信号以及发动机 缓速器和变速器等有关的信号 处理 向电磁阀和轴荷调节器发出控制制动气室压力指令 使各车轮的制动力得到合理分配 5 5汽车电子控制制动系统 EBS 优点 具有ABS ASR的功能反应时间短 提高制动灵敏度和制动协调性 更安全 紧急制动时 当车轮抱死 EBS在ABS动作之前平衡每一个车轮的有效抓地力 防止出现甩尾和侧滑 缩短制动距离 改善制动舒适性 制动力还考虑不同的载荷状态和摩擦片的磨损 使磨损均匀 只需踩下踏板即起作用 改善了ABS在紧急状态下 只当车轮滑移率超过一定值才起作用 5 6可控悬架系统 悬架 含义 车架 车身和车桥之间一切传力装置的总称 路面作用于车轮上的垂直反力 支撑力 纵向反力 牵引力和制动力 和侧向反力以及这些力所产生的力矩都要通过悬架传递到车架 承载式车身 作用 在传递这些力和力矩的同时 缓和不平路面传给车架或车身的冲击载荷 抑制车轮的不规则振动 悬架装置实现了车身和车轮的弹性支承 有效抑制和降低了车体和车轮的动载和振动 决定汽车行驶平顺性和操纵稳定性的主要部件 组成 主要包括弹性元件 减振器和导向机构三部分 5 6可控悬架系统 传统悬架的刚度和阻尼只能是根据一定的载荷 某种路面情况和车速 兼顾各方面的要求 优化选定一种刚度和阻尼 这种刚度和阻尼一定的悬架称之为被动悬架 由于汽车在行驶过程中 载质量 路面情况及车速是变化不定的 因此刚度和阻尼一定的被动悬架不可能在改善汽车行驶平顺性和操纵稳定性方面再有大的作为 已不能适应现代汽车对乘座舒适性和操纵稳定的更高要求 主动控制悬架系统得到较大发展 5 6可控悬架系统 可控悬架的发展 车身高度可调的空气或油气弹簧悬架以及阻尼可随路面条件 车辆工况分级可变的适应悬架 具有可快速切换或连续可控阻尼的半主动悬架有自身能源 连续可控的主动悬架 5 6可控悬架系统 1 自适应悬架 1 原理 悬架的刚度和阻尼特性都能根据车辆的行驶条件进行自适应调节 2 过程 正常路面行驶 悬架的刚度和阻尼较低 保证舒适性急转弯 快速起动及紧急制动 阻尼较高 减少车身姿态变化凹凸路面及坏路面 阻尼高 快速吸收车身的振动 降低轮胎接地点力的变化 减少轮胎动负荷 5 6可控悬架系统 1 自适应悬架 3 发展 手动调节阻尼悬架 仪表板上设置 舒适 和 运动 两档 通过驾驶员调整 自动控制 根据车辆行驶速度 低速时 软 高速时 硬 自适应悬架 电控的智能悬架 悬架的阻尼或弹簧刚度可根据行驶条件的变化在几档间由电信号控制 并实现车高调整和抗侧倾等控制 5 6可控悬架系统 1 自适应悬架 4 两级阻尼可调式自适应悬架低阻尼 车辆正常行驶工况高阻尼 车辆转弯 加速或制动工况 5 6可控悬架系统 1 自适应悬架 4 两级阻尼可调式自适应悬架主要控制 侧倾控制 转向角或转向速度一定 提高阻尼力 降低侧倾速度 车速高 转向角大时 将低阻尼切换为高阻尼 抗点头控制 通过制动油压或制动信号灯监控信号控制 当制动灯开关处于ON状态 系统切换至高阻尼状态 振动控制 路面状况由加速度信号及车身相对高度信号识别 也可采用超声波传感器直接测量 5 6可控悬架系统 2 主动与半主动悬架 主动悬架 悬架中的弹簧和减振器全部或至少部分被执行元件所取代 因此不再有传统意义上的 弹簧刚度 和 阻尼特性 靠自身的能源通过执行元件对振动进行 主动 干预 与单纯地吸收能量 缓和冲击的传统悬架系统不同 主动悬架是一种具有作功能力的悬架 当汽车载荷 行驶速度 路面状况等行驶条件发生变化时 主动悬架系统能自动调整悬架的刚度 从而同时满足汽车的行驶平顺性 操纵稳定性等各方面的要求 半主动悬架 用可控阻尼的减振器取代了执行元件 5 6可控悬架系统 2 主动与半主动悬架 1 主动悬架的分类 按执行元件的响应带宽分为 宽带主动悬架 全主动悬架 执行元件具有较宽的响应频带 0 15Hz 少数达100Hz 可对车轮的高频共振也加以控制 有限带主动悬架 慢主动悬架 带宽3 4Hz 不考虑车轮刚度所对应的频率 只考虑车身垂直 俯仰和侧倾振动以及汽车转向反应 5 6可控悬架系统 2 主动与半主动悬架 1 半主动悬架系统 特点 在自适应悬架的基础上 通过ECU进行控制 使减振器阻尼按照行驶状态的动力学要求作无极调节 使其在几毫秒内由最小变到最大 对阻尼变化响应快 分类 阻尼连续可调式 阻尼系数在一定范围内连续变化可切换阻尼式 阻尼系数只能在几个离散的阻尼值之间进行切换与主动悬架的比较 不需要油泵 过滤器 储油器 冷却器及输油管等附件 几乎不消耗发动机功率 制造可控阻尼减振器比执行元件简单 制造成本和运行成本降低 5 7汽车电控动力转向系统 理想的转向要求 低速行驶 车辆摆放 操纵力较小 轻便灵活高速行驶 操纵力可大一些 转向灵敏 克服转向 发飘 有显著的路感 保证稳定性 安全 可靠分类 电子控制液压动力转向系统EHPS ElectricHydraulicPowerSteering 电子控制电动动力转向系统EPS ElectricPowerSteering 5 7汽车电控动力转向系统 EHPS 原理 车速相应型 根据车速的变化通过传感器向电子控制器传递信号 处理 控制电液转换装置改变动力转向器转向手力 使驾驶员转向手力根据车速和行驶条件变化而变化 获得理想的汽车操纵稳定性 在液压动力转向系统基础上增加电子控制和执行元件 5 7汽车电控动力转向系统 EPS 原理 在机械转向系统的基础上 根据作用在转向盘上的转矩信号和车速信号 通过电子控制装置控制电机产生相应大小和方向的辅助力 协助驾驶员进行转向操纵 并获得最佳转向特性的伺服系统 EPS 以电动机作为动力源 根据转向参数 车速等信号 由ECU完成助力控制 由转向传感器 转向器 电磁离合器及ECU组成 5 7汽车电控动力转向系统 EPS 电磁离合器 在规定车速和出现异常情况时自动切断离合器 使转向器变为手动转向 电子控制单元 除了对信号处理 确定如何控制电动机工作外 还有诊断功能 收集电动机的电流 发电机电压 发动机工况等 判断其系统工作状况是否正常 确保系统安全运作 减速机构 降低电动机转速 使之适合转向速度要求 并且增大转向力矩 驱动电机 直流电机或永磁无刷电机 5 7汽车电控动力转向系统 EPS的结构形式 根据电动机布置的位置 5 7汽车电控动力转向系统 EPS的特点 节能环保 其燃料消耗率仅为液压助力转向的16 20 且无液压油泄漏造成直接污染环境等问题 高性能化 在各种不同的使用条件 路面和车速 下能获得最佳路感 高速行驶稳定性 低速转向轻便性 抗干扰性强 防摆阵等优点 可控性高 对于不同车型和使用要求 在基本上不变动硬件的条件下 只要改变软件 就能满足性能要求 重量轻 比液压助力转向轻20 左右 成本低 批量生产后总成本比液压助力转向低 占用空间小 易于布置 电动机和减速器在转向机总成故障率低 电动机为动力装置 不需要加装液压泵及相应的管路 当发动机出故障时 仍能通过蓄电池继续提供转向助力 5 6可控悬架系统 2 主动与半主动悬架 主动悬架 悬架中的弹簧和减振器全部或至少部分被执行元件所取代 因此不再有传统意义上的 弹簧刚度 和 阻尼特性 靠自身的能源通过执行元件对振动进行 主动 干预 与单纯地吸收能量 缓和冲击的传统悬架系统不同 主动悬架是一种具有作功能力的悬架 当汽车载荷 行驶速度 路面状况等行驶条件发生变化时 主动悬架系统能自动调整悬架的刚度 从而同时满足汽车的行驶平顺性 操纵稳定性等各方面的要求 半主动悬架 用可控阻尼的减振器取代了执行元件 执行元件要作功 而减振器通过调节阻尼力控制耗散掉的能量的多少 几乎不消耗发动机的能量 5 6可控悬架系统 2 主动与半主动悬架 1 主动悬架的分类 按执行元件的响应带宽分为 宽带主动悬架 全主动悬架 执行元件具有较宽的响应频带 0 15Hz 少数达100Hz 可对车轮的高频共振也加以控制 有限带宽主动悬架 慢主动悬架 带宽3 4Hz 不考虑车轮刚度所对应的频率 只考虑车身垂直 俯仰和侧倾振动以及汽车转向反应 5 6可控悬架系统 2 主动与半主动悬架 2 半主动悬架系统 特点 在自适应悬架基础上 通过ECU进行控制 使减振器阻尼按照行驶状态的动力学要求作无极调节 使其在几毫秒内由最小变到最大 对阻尼变化响应快 分类 可切换阻尼式 阻尼系数只能在几个离散的阻尼值之间进行切换阻尼连续可调式 阻尼系数在一定范围内连续变化与主动悬架的比较 不需要油泵 过滤器 储油器 冷却器及输油管等附件 几乎不消耗发动机功率 制造可控阻尼减振器比执行元件简单 制造成本和运行成本降低 5 6可控悬架系统 3 新悬架 空气悬架 含义和组成 位于车架 或车身 和车轴 或车轮 之间 全部或部分利用空气弹簧作为弹性元件 缓和并衰减由地面引起的冲击和振动 同时传递作用在车轮和车架之间的各种力和力矩的装置 组成元 件仍为弹性元件 减振器和导向机构 不同的是其弹性元件为空气弹簧 空气弹簧利用橡胶气囊内部压缩空气的反力作为弹性恢复力 橡胶气囊为密闭容器 以密闭容器内的压缩空气做弹性介质 即在密闭容器内装入压缩空气 利用气体的可压缩性实现弹簧的作用 所以其组成元件还包括供气装置和高度控制装置 5 6可控悬架系统 3 新悬架 空气悬架 空气弹簧随着所承受载荷的增加 容器内压缩空气压力升高 其刚度也随之增加 载荷减少 刚度也随空气压力减低而下降 故这种弹簧具有理想的可变刚度弹性 工作原理 用空气压缩机形成压缩空气 并将压缩空气送到弹簧和减振器的空气室中 以此来改变车辆的高度 在前轮和后轮的附近设有车高传感器 按车高传感器的输出信号 微机判断出车身高度的变化 再控制压缩机和排气阀 使弹簧压缩或伸长 从而起到减振的效果 5 6可控悬架系统 3 新悬架 空气悬架 发展 十九世纪中期诞生 经历了一个世纪的发展 钢板弹簧 气囊复合式悬架 被动全空气悬架 主动全空气悬架 等多种变化型式 到二十世纪五十年代才被应用在载重车 大客车 小轿车及铁道汽车上 目前国外高级大客车几乎全部使用空气悬架 重型载货车使用空气悬架的比例已达80 以上 空气悬架在轻型汽车上的应用量也在迅速上升 部分轿车也逐渐安装使用空气悬架 在一些特种车辆 如对防震要求较高的仪表车 救护车 特种军用车及要求高度调节的集装箱运输车等 上 空气悬架的使用几乎为唯一选择 而我国仍处于起步阶段 空气悬架系统只应用在一些豪华客车和少部分重型货车和挂车上 5 6可控悬架系统 3 新悬架 空气悬架 奔驰双重控制空气悬架 奔驰早在1998年就已经开始采用主动式空气悬架系统 2002年 奔驰公司研发出了双重控制空气悬架系统 AirmaticDCSystem Airmatic悬架系统不仅在电子控制方面有了更为明显的进步 更是把主动控制空气悬架系统和自适应阻尼悬架系统 ADS 整合到一起 实现了双重控制 DualControl 5 6可控悬架系统 3 新悬架 空气悬架 奔驰双重控制空气悬架 5 6可控悬架系统 3 新悬架 空气悬架 奔驰双重控制空气悬架 Airmatic悬架系统的工作模式 模式一 柔软舒适的设定 用于普通路面的行驶 这个时候 悬架系统是行车电脑自动控制的 通过测量系统 反馈控制系统的帮助 电脑自动调节悬架的阻尼 以保证车辆在不同路面情况下 始终具备最佳的舒适性和操控性 模式二 减振器采取硬压缩 软回弹方式 适合高速路况 在高速下保证了车辆的稳定性 模式三 减振器采取软压缩 硬回弹方式 偏重于路面复杂的慢速行驶状况 在颠簸路面能够过缓和颠簸 系统可以根据不同的道路情形在一 二 三模式间自动调整弹簧的软硬度 驾驶员也可以根据自己的驾驶习惯手动固定某一种模式 模式四 极端运动模式 该模式需要驾驶员通过控制菜单进行选择 这时驾驶奔驰新S系轿车与驾驶一辆跑车相差无几 5 6可控悬架系统 3 新悬架 空气悬架 奔驰双重控制空气悬架 总结 通过汽车电脑和驾驶员模式的选择来控制空气弹簧气囊的充气量 进而能控制车身的高度和阻尼的大小 雷克萨斯LX570 途锐 路虎等将空气悬架作为标准配置 动力转向系统是在驾驶员的控制下 借助于汽车发动机产生的液体压力或电动机驱动力来实现车轮转向 所以动力转向系统也称为转向动力放大装置 动力转向系统由于使转向操纵灵活 轻便 在设计汽车时对转向器结构形式的选择灵活性增大 能吸收路面对前轮产生的冲击等优点 因此在中型载货汽车 尤其在重型载货汽车上得到广泛使用 但是 传统的动力转向系统所设定的固定放大倍率不可能同时满足汽车在不同行驶工况下都有最佳助力作用的要求 因此 使汽车的转向盘操纵总不能达到令人满意的程度 德国奔驰等许多汽车公司都在转向系统上开发并安装了电子控制系统 5 7汽车电控动力转向系统 1 电子控制动力转向系统的作用 5 7汽车电控动力转向系统 1 电子控制动力转向系统的作用 电控动力转向系统是根据车速 转向情况等对转向助力实施控制 使动力转向系统在不同的行驶条件下都有最佳的放大倍率 在低速时有较大的放大倍率 可以减轻转向操纵力 使转向轻便 灵活 在高速时则适当减小放大倍率 以稳定转向手感 提高高速行驶的操纵稳定性和安全性 2 分类 根据转向动力源不同 可分为电子控制液压动力转向系统EHPS ElectricHydraulicPowerSteering 和电子控制电动动力转向系统EPS ElectricPowerSteering 5 7汽车电控动力转向系统 EHPS 原理 车速响应型 根据车速的变化通过传感器向电子控制器传递信号 处理 控制电液转换装置改变动力转向器转向手力 使驾驶员转向手力根据车速和行驶条件变化而变化 从而获得理想的汽车操纵稳定性 在液压动力转向系统基础上增加电子控制和执行元件 5 7汽车电控动力转向系统 EHPS 分类 控制方式的不同流量控制式 随着车速变化通过改变向动力转向器的供油流量来控制转向手力 液压缸分流控制式 在连接液压缸两腔油路中增设了电磁分流阀和分流油路 车速提高时 电磁分流阀开启间隙增大 减小液压缸工作压力 增大转向手力 在停车或低速行驶转弯时 电磁分流阀完全关闭 不起分流作用 转向手力明显减小 达到改变转向手力的作用 5 7汽车电控动力转向系统 EHPS 分类 控制方式的不同压力反馈控制式 采用改变控制阀反作用腔反馈压力的方法改变转向手力 该结构增加一个电液转换阀和一个反作用阀 在车速信号控制下 车速越高 通往控制阀反作用腔的反馈压力越高 增大了开启控制阀的阻力 转向手力也随之增加 反之转向手力减小 阀特性控制式 以可变的阀特性来控制转向手力 在回油路中增加一个电磁阀 利用电磁阀开启的大小控制回油路阻力的方式改变阀特性 而电磁阀开启量的大小 由车速传感器传来的车速变化信号通过电子控制器来控制 5 7汽车电控动力转向系统 EPS 原理 在机械转向系统的基础上 根据作用在转向盘上的转矩信号和车速信号 通过电子控制装置控制电机产生相应大小和方向的辅助力 协助驾驶员进行转向操纵 并获得最佳转向特性的伺服系统 EPS 以电动机作为动力源 根据转向参数 车速等信号 由ECU完成助力控制 由转向传感器 转向器 电磁离合器及ECU组成 5 7汽车电控动力转向系统 EPS 电磁离合器 在规定车速和出现异常情况时自动切断离合器 使转向器变为手动转向 电子控制单元 除了对信号处理 确定如何控制电动机工作外 还有诊断功能 收集电动机的电流 发电机电压 发动机工况等 判断其系统工作状况是否正常 确保系统安全运作 减速机构 降低电动机转速 使之适合转向速度要求 并且增大转向力矩 驱动电机 直流电机或永磁无刷电机 5 7汽车电控动力转向系统 EPS结构形式 根据电动机布置的位置 5 7汽车电控动力转向系统 EPS的特点 节能环保 其燃料消耗率仅为液压助力转向的16 20 且无液压油泄漏造成直接污染环境等问题 高性能化 在各种不同的使用条件 路面和车速 下能获得最佳路感 高速行驶稳定性 低速转向轻便性 抗干扰性强 防摆阵等优点 可控性高 对于不同车型和使用要求 在基本上不变动硬件的条件下 只要改变软件 就能满足性能要求 重量轻 比液压助力转向轻20 左右 成本低 批量生产后总成本比液压助力转向低 占用空间小 易于布置 电动机和减速器在转向机总成故障率低 电动机为动力装置 不需要加装液压泵及相应的管路 当发动机出故障时 仍能通过蓄电池继续提供转向助力 原理 根据轮胎气压与轮胎弹性之间存在的相关性原理 当轮胎气压下降时 轮胎弹性下降 计算来自ABS使用的车轮传感器获得轮胎的转速信号变化情况 并由此测算轮胎弹性 从而可随时监测轮胎的气压 轮胎气压测定方法 作用 检测轮胎气压 并在仪表盘上装有报警灯 当轮胎气压出现异常时会立即向驾驶员报警 使驾驶员可及早发现轮胎破裂情况 及时防止操纵稳定性和燃油经济性下降 5 8轮胎气压报警装置 利用轮胎气压报警装置获得的效果 5 8轮胎气压报警装置 5 9汽车碰撞预警系统 据中国公安部2005年1月14日发布的新闻 中国在2004年总共发生交通事故567 753起 导致99 217人死亡 451 810人受伤 直接财产损失27 7亿元 交通事故的主要原因包括超速行使 占道行使 酒后驾驶 疲劳驾驶等 而碰撞是交通事故的主要表现形式 其中大部分是车 车碰撞和人 车碰撞 碰撞预警系统 AWS 是一款能预测到行车危险并在碰撞危险发生前2 7秒向驾驶员发出警报 预防交通事故发生的产品 被称为 永不疲倦的第三只眼 AWS的主要作用是把各种不同的危险情况提示给驾驶员 降低驾驶员的疏忽 车祸发生的主要原因 5 9汽车碰撞预警系统 原理 利用了先进的图象技术1 观察车道和识别弯道情况 AWS能观察和计算车辆到车道两侧标记线的距离 来往车辆的距离 其中包括了更换车道的车辆 计算通过车道的时间 2 观察车辆 AWS能观察到前面的车辆 并计算与它们的距离 方位 相关的速度和接触所需要的时间 AWS利用这些计算结果提供连续的车距和潜在的碰撞信息 弯道情况的分析能确定哪辆前方的车辆和主车处于同一车道内 5 9汽车碰撞预警系统 AWS集三种不同的预警类型于一体 前防碰撞预警系统 FCWS 车道偏离预警系统 LDWS 车距的监控和预警系统 跟车距离警报系统 HMWS 5 9汽车碰撞预警系统 技术运用 从2007年3月起 AWS依据其以图象为基础的安全技术 已经被汽车制造商德国宝马公司在08款宝马新5系中全球第一个采用AWS其中的LDW 车道偏离预警 技术 美国通用公司在08款别克Lucerne及08款凯迪拉克STS DTS上采用AWS其中的LDW技术 沃尔沃公司在08款S80 V70及XC70中采用AWS系统全部FCW LDW HMW三大技术 其他的美国和欧洲的汽车制造商也对其产生了极大的兴趣 其世界闻名的图象技术 以及其优越的安全性措施使AWS成为缓解和预防交通事故的有效产品 并能降低伤亡 减少事故造成的经济损失 5 9 1前防碰撞预警系统 前防碰撞预警系统的功能 实时监测到前面的一切行车信息 实时能监测到本车与前车的车距 本车车速与前车车速 实时监控 能在车将要发生碰撞前0 5 2秒之间提出预警 5 9 2车道偏离预警系统 含义 车道偏离预警系统 Lanedeparturewarningsystem LDWS 是一种通过报警的方式辅助驾驶员减少汽车因车道偏离而发生交通事故的系统 研究背景 5 9 2车道偏离预警系统 作用 汽车安全专家指出 约有50 的汽车交通事故是因为汽车偏离正常的行驶车道引起的 究其主要原因主要是驾驶员心神烦乱 注意力不集中或驾驶疲劳 该系统提供智能的车道偏离预警 在无意识 驾驶员未打转向灯 偏离原车道时 能在偏离车道0 5秒之前发出警报 为驾驶员提供更多的反应时间 大大减少了因车道偏离引发的碰撞事故 此外 使用LDWS还能纠正驾驶员不打转向灯的习惯 该系统其主要功能是辅助过度疲劳或长时间单调驾驶引发的注意力不集中等情况 5 9 2车道偏离预警系统 工作原理 视频 5 9 2车道偏离预警系统 国内外车道偏离预警系统比较 国外车道偏离预警系统 DSS系统 DriverSupportSystem 由日本三菱汽车公司于1998年提出 并于1999年秋季应用于模型车上 由一个安装在汽车后视镜内的小型CCD摄像机 一些检测车辆状态和驾驶员操作行为的传感器以及视觉和听觉警告装置组成 利用由CCD摄像机获得的车辆前方的车道标识线 其他传感器获得的车辆状态数据和驾驶员的操作行为等信息 判断车辆是否已经开始偏离其车道 如有必要 系统将利用视觉警告信息 听觉警告信息以及振动转向盘来提醒驾驶员小心驾驶车辆 JLUVA 1系统由吉林大学智能车辆课题组开发 该系统是基于单目视觉的前视系统 主要由车载电源 嵌入式微机 显示设备 黑白CCD摄像机 数据线 音箱以及图像采集卡等组成 系统利用安装在汽车后视镜位置处的CCD摄像机采集汽车前方的道路图像 通过图像处理获得汽车在当前车道中位置参数 当一旦检测到汽车距离自身车道白线过近有可能偏入邻近车道而且司机并没有打转向灯时 该系统就会发出警告信息提醒司机注意纠正这种无意识的车道偏离 从而尽可能地减少车道偏离事故的发生 5 9 2车道偏离预警系统 国内外车道偏离预警系统比较 基于DSP技术的嵌入式车道偏离报警系统该系统由东南大学开发 是基于单目视觉的前视系统 由模 数转化及解码电路模块 缓冲电路模块 媒体处理器DSP电路模块 编码及数 模转换电路模块等模块组成 该系统通过车载摄像头采集被跟踪车道线的模拟视频信号 经解码生成数字信号码流缓冲后送到高速媒体处理器DSP的视频接口 然后再由视频处理模块对数字视频信号进行车道特征值的提取 最后将处理后的视频信号送编码及数 模转换电路输出显示 5 9 2车道偏离预警系统 国内外车道偏离预警系统比较 5 9 2车道偏离预警系统 部分汽车车道偏离预警技术比较 全新S级的升级内容主要集中安全性能 搭载的车道保持警示系统会在时速大于60公里的情况下自动激活 并通过安装于前风挡后面的多功能摄像头 判断驾驶员是否主动驾车并线 当系统发 新一代奔驰S级轿车 发现驾驶员无意中驶离车道时 方向盘就会震动 提示驾驶员警惕危险 而当驾驶员在并线之前启动转向信号灯 并且主动驾车驶离车道时 车道保持警示系统则不会发出报警信号 5 9 2车道偏离预警系统 部分汽车车道偏离预警技术比较 一汽 大众CC在车速超过65km h时 通过FAS按键激活转向柱的开关启动系统 带有在线控制器的摄像模块评估是否偏移行驶车道 通过组合仪表内的控制灯进行 一汽 大众CC 状态显示 如果驾驶员遇到驶出车道情况未及时反应 系统通过修正力矩进行转向干预 如果最大的转向力矩都不足以使车辆在正常的行车道行驶 在干预转向过程中车辆已经驶离行车道并且车速降到60km h以下车道偏移警示系统便通过方向盘的震动提醒司机 这时司机必须人为干预 5 9 2车道偏离预警系统 部分汽车车道偏离预警技术比较 福特新款蒙迪欧 福特新款蒙迪欧车型将装配诸如车道偏离预警系统 自动远光 盲点信息系统 以及后视摄像头等安全配置 5 9 2车道偏离预警系统 部分汽车车道偏离预警技术比较 2011款雅科仕 在安全配置方面 2011款雅科仕配备了车辆稳定管理系统VSM 集成车身稳定系统 ESC 电子驻车系统 EPB 智能巡航系统 SCC 以及预警安全带系统 PSB 等多种配置于一身 此外还配备了车道偏离预警系统以及9安全气囊 安全车距不足引发的追尾 碰撞 翻倾等交通事故 5 9 3跟车距离警报系统 研究意义 汽车行驶时因安全车距不足极易引发各种恶性交通事故 驾驶员疲劳驾驶或注意力分散是行车时发生安全车距不足的主要原因 实时获取前方车辆及车距信息 若车距不符合安全行车规定 立即向驾驶员报