汽车电子控制技术课件：第十一章 行驶与安全控制系统

第11章驾驶和安全控制系统。本章主要介绍：电控悬架系统、巡航控制系统、导航系统、安全气囊、驾驶防撞控制系统、电控中央门锁系统、防盗系统、电控转向系统、电控四轮转向(4WS)系统、电子稳定程序系统等的基本组成、控制原理、控制方法及相关特性分析。本发明的目的是通过控制和调节悬架的刚度和减震器的阻尼，突破传统被动悬架的有限区域，使汽车的悬架特性能够适应行驶路况，满足平顺性和操纵性的互斥性能要求。汽车电子控制悬架系统的基本功能包括高度调节、阻尼力控制、弹簧刚度控制、侧倾角刚度控制等。第1节电子控制悬架系统1，功能和类型1)车辆高度调节功能无论车辆的负载或速度如何变化，车辆高度调节功能都能保持合适的车辆高度。当汽车行驶在非常糟糕的道路上时，它会增加高度。当汽车高速行驶时，可以降低汽车高度，以减少空气阻力并提高操纵稳定性。2)衰减力控制功能该功能的功能是提高汽车的操纵稳定性。在急转弯、快速加速和紧急制动的情况下，可以抑制汽车姿态的变化，防止汽车后仰、倾斜、点头等。第1节电子控制悬架系统1，功能和类型3)弹簧刚度控制功能该功能使用控制弹簧刚度(弹性系数)的方法来控制自动起动和其他不同路况的姿态。4)倾斜刚度控制功能侧倾刚度控制功能是在传统的防侧倾杆(侧倾扭杆)上安装一个防侧倾驱动装置。电子控制单元根据转弯的强度提供作用在车身上的防侧倾所需的适当力矩，以防止车辆转弯时车身侧倾，从而提高车辆的行驶稳定性。第1节电子控制悬架系统1。功能和类型2。电控悬架的类型根据无动力发电机的不同，电控悬架可分为半主动悬架和全主动悬架。1)半主动悬架半主动悬架仅根据路面冲击、加速度、速度以及车轮和车身的位移信号实时调整悬架的阻尼系数，在不提供能量的情况下消耗不平坦路面的冲击能量，从而提高悬架的缓冲性能。半主动悬挂式无动力发电机，即被动控制，具有结构简单、成本低、能耗低的优点，是目前汽车上广泛使用的一种调节方法。在第一节中，电子控制悬架系统I，功能和类型，ms是车身质量的1/4；Mt是簧下质量；Cs是从动悬架的阻尼系数；Ks是从动悬架的刚度系数；Kt是轮胎刚度系数；Xr是地面的扰动输入。Xs是身体位移；Xt是簧下质量位移。图11-1显示了典型的半主动悬架。它通过改变液压缸上下腔的流通面积来调节悬架的阻尼系数，在结构上更接近传统的机械悬架。图11-1半主动悬架，第1节电子控制悬架系统，功能和类型，2)全主动悬架全主动悬架被称为主动悬架，即主动控制。主动悬架可以根据车辆行驶工况的变化主动改变悬架的刚度和阻尼系数。当车辆在路面上行驶时，当速度变化时，当车辆处于自动起动、转向、制动等工作状态时，主动悬架能够得到有效控制。此外，主动悬架还可以根据车速的变化来控制车身的高度(车辆高度控制系统)，从而提高车辆在恶劣路况下的行驶性能和高速操纵稳定性。第1节电子控制悬架系统1，功能和类型，图11-2类型A主动悬架实际上是一种主动力发生器，它能根据汽车的质量和地面的冲击载荷自动产生相应的力并进行平衡，保证汽车在各种路况下都有较好的乘坐舒适性，相当于一种调节装置，能在不同工况下自动调节悬架的刚度和阻尼系数至最佳值。根据悬架的传动运动和能量介质的不同，主动悬架可分为油气主动悬架和气动主动悬架。第1节电子控制悬架系统1，功能和类型。悬架电子控制系统的基本组成与其他电子控制系统相似。它由各种传感器、电子控制单元(ECU)和执行器组成(图11-3)。电子控制悬架系统的各种传感器将道路状况(车辆振动)和车辆的车速、起动、加速、转向、制动和其他工作状况转换成电信号，并传输到电子控制单元。电子控制悬架系统中使用的传感器列于表11-1。第一节电子控制悬架系统2，电子控制悬架系统的基本组成，图11-3油气电子控制悬架的组成，第一节电子控制悬架系统2，电子控制悬架系统的基本组成，表11-1用于电子控制悬架系统的传感器，第一节电子控制悬架系统2，电子控制悬架系统的基本组成， 悬架电子控制单元对传感器发出的电信号进行综合处理，并输出控制信号来调节悬架刚度、阻尼和车身高度。 悬架电子控制单元一般由微处理器和信号输出放大电路组成。电控悬架系统的执行器根据悬架电子控制单元的控制信号准确动作，及时调整悬架刚度、阻尼系数和车身高度。通常使用的致动器是电磁阀、步进电机和气泵电机。第一节，电控悬架系统2，电控悬架系统的基本组成，半主动悬架系统的一般工作过程，如图11-4所示。半主动悬架系统可以根据车身的激励和响应来控制悬架参数，使车身的振动响应始终控制在一定范围内。图11-4半自动悬挂系统的工作过程，电控悬挂系统第一节第三、半主悬挂系统的控制原理。半主动悬架系统通常以车身振动加速度的均方根值作为控制目标参数，以悬架阻尼器的阻尼作为控制目标。半主动悬架的控制模型如图11-5所示。图11-5半主动悬架控制模型图，电控悬架系统第一节第三、半主动悬架系统的控制原理。在悬架电子控制单元中，预先设定目标控制参数，该目标控制参数被设计用于车辆乘坐舒适性的最优控制。汽车行驶时，安装在车身上的加速度传感器产生的车身振动加速度信号经整形放大后输入到电子控制单元，电子控制单元立即计算出当前车身振动加速度的平方根值i(上一次i-1)，并与设定的目标参数进行比较，根据比较结果输出控制信号。如果= i，电子控制单元不输出调节悬架阻尼的控制信号。如果 i，电子控制单元输出控制信号以降低悬架阻尼。悬架阻尼的改变通常是通过控制步进电机驱动可调阻尼减振器中的相关部件和改变阻尼孔的大小来实现的。当步进电机驱动驱动杆转动时，驱动杆与空心活塞之间的相对角度发生变化，从而改变减振器阻尼孔的横截面积，改变减振器的阻尼。在第一节中，电子控制器的三个半主悬架系统的控制原理如果驾驶员选择“软”模式，悬架的刚度和阻尼将自动从“低”状态变为“中”状态。如果驾驶员选择“硬”模式，悬架保持在“中等”状态。当车速降低时，悬架的刚度和阻尼将自动恢复到所选模式的频繁保持状态。为了减少车身的振动和冲击，当汽车的前轮遇到单个突出的障碍物，如路面接缝等时，悬架的电子控制单元输出控制信号。电子控制悬架系统4的第一部分，主动悬架的控制原理，前轮和后轮感应控制也与车速有关。当车辆以30 80 km/h的速度行驶并遇到障碍物时，安装在车辆前方的车身位移传感器的脉冲信号被输入到悬架电子控制单元，悬架电子控制单元经过计算和分析后输出控制信号。如果驾驶员选择“软”模式，后轮悬架保持“低”；如果是“硬”模式，它将自动从“中”状态变为“低”状态，当后轮越过障碍物时，悬架将自动返回到所选模式的常规保持状态。第1节电子控制悬架系统4。主动悬架的控制原理。如果汽车行驶速度超过80公里/小时，如果前轮遇到障碍物，如果后轮悬架变为“低”状态，汽车的转向稳定性将受到影响。因此，无论何种模式，悬架的刚度和阻尼都将处于“中等”状态。3)不良路面感应控制当汽车行驶在不良路面上时，悬架电子控制单元输出控制信号，以抑制车身产生大的振动，并相应地增加悬架的刚度和阻尼。电子控制悬架系统的第一部分4。主动悬架的控制原理。当汽车以40 100 km/h的速度驶入不良路面时，车身位移传感器输出一个小于0.5s的车身高度变化信号.电子控制单元经过计算和分析后输出控制信号。如果处于“软”模式，悬架将自动从“低”状态变为“中”状态。如果处于“硬”模式，“中”状态将保持不变。当汽车以高于100公里/小时的速度驶入不良路面时，如果处于“软”模式，悬架将在“低”或“中”状态下变为“高”状态；如果处于“硬”模式，它将从“中”变为“高”。第1节电子控制悬架系统4。主动悬架的控制原理2。车身姿态控制车身姿态控制是指在车速突然转向等情况下，悬架电子控制单元控制悬架的刚度和阻尼。以便抑制车身的过度摆动，从而确保车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性。车身姿态控制包括转向车身侧倾控制、制动车身点头控制和起动车身俯仰控制。为了抑制车身的侧倾，汽车转弯时应增加悬架的刚度和阻尼。当驾驶员匆忙撞击方向盘时，转向传感器向悬架电子控制单元输入方向盘角度和转速电信号，经计算分析后，电子控制单元向悬架输出控制信号。如果驾驶员选择“软”模式，悬架将自动从“中”或“低”状态变为“高”状态。如果处于“硬”模式，它将从“中”变为“高”。第1节电子控制悬架系统4。主动悬架的控制原理2)制动车身点头控制在紧急制动期间，应增加悬架的刚度和阻尼以抑制车身点头。当汽车以高于60公里/小时的速度紧急制动时，速度传感器的速度信号的制动开关的阶跃信号输入到悬架电子控制单元，电子控制单元经计算分析后输出控制信号，以调节悬架的刚度和阻尼。如果处于“软”模式，悬架将自动从“中”或“低”状态变为“高”状态。如果处于“硬”模式，它将从“中”变为“高”。为了抑制车身俯仰，当车身俯仰控制突然启动或突然加速时，悬架的刚度和阻尼也应增加。当车速低于20公里/小时且驾驶员踩下油门时，车速传感器的车速信号和节气门开度传感器的阶跃信号被输入到悬架电子控制单元，悬架电子控制单元经计算分析后输出控制信号，以调节悬架的刚度和阻尼。如果处于“软”模式，悬架将自动从“中”或“低”状态变为“高”状态。如果处于“硬”模式，它将从“中”变为“高”。第1节电子控制悬挂系统4。主动悬架的控制原理。车身高度控制车身高度控制是指当控制器改变车速和路面时，悬架电子控制单元向悬架输出控制信号，并调节车身高度，以确保车辆的稳定性和通过性。身高控制也分为“标准”模式和“高”模式。在每种模式下，有三种状态“低”、“中”和“高”。控制方法包括高速感应控制、连续不良道路行驶控制、水平控制和停车控制。为了提高汽车行驶的稳定性，降低车速超过90公里/小时时的空气阻力，悬架电子控制单元输出控制信号，使排气阀和高度控制阀通电，悬架气室向外排气，降低车身高度。如果悬架处于“标准”模式，车身将从“中等”状态下降到“低”状态；如果处于“高”模式，它将从“高”状态变为“中”状态。当车速低于60公里/小时时，将恢复原来的高度。通过电子控制单元输出的控制信号给空气压缩机和高度控制阀通电，并将压缩空气送入悬架气室，实现车身高度的提升。为了减少路面的突然抬升，提高汽车的通过性能，汽车在不良路面上行驶时，需要对车身进行改进。当车身位移传感器连续输出大振幅振动信号超过2.5秒且车速为40-90公里/小时时，如果悬架处于“标准”模式，则车辆高度从“中等”状态变为“高”状态；如果它处于“高”模式，它将保持在“高”状态。当汽车在连续不平坦路面上行驶的速度超过90公里/小时时，汽车的行驶稳定性将优先考虑。在标准模式中，“中”状态将保持不变，而在“高”模式中，“中”状态将从“高”状态改变。第1节电子控制悬挂系统4。主动悬架的控制原理3)自动水平控制自动水平调节是自动将车身高度保持在恒定值，并尽可能保持车身水平，而不管乘客数量的增加或减少或车辆的装载质量如何。保持一定的车身高度不仅可以保持汽车平稳行驶，还可以保持前照灯的光束方向不变。4)驻车控制当汽车处于驻车控制模式时，为了平衡车身外观并保持良好的驻车姿态，点火开关关闭后，电子控制单元将发出指令，使车身高度处于正常值模式的低控制模式。第1节电子控制悬挂系统4。主动悬架的控制原理。第一节结束。第1节电子控制悬挂系统。1.功能车辆巡航控制系统(缩写为CCS)，也称为恒速驱动系统或恒速控制系统，可以自动调节节气门开度，以设定的速度驱动车辆。在高速公路上以巡航速度行驶时，中央控制系统会根据行驶阻力的变化自动增大或减小节气门开度，驾驶员无需频繁踩下油门踏板来保证车辆以设定的速度行驶。第2节巡航控制系统1。功能和类型。配备巡航控制系统的车辆有以下优点：(1)保持稳定的车速。无论是上坡、下坡还是平坦的路面，只要发动机功率允许，汽车都可以匀速行驶。(2)可以提高驾驶时的舒适性和安全性。这一优势在城市间的高速公路或高等级公路上尤为明显。此外，该系统减轻了驾驶员的负担，非常有利于保证行车安全。第2节巡航控制系统1，功能和类型，(3)它能最大限度地节省燃油和减少废气污染。当汽车匀速行驶时，可以使油耗和发动机输出功率处于最佳匹配状态，不仅可以降低油耗，还可以减少排气污染。第2节巡航控制系统1。功能和类型2。根据致动器的不同，类型也不同，包括真空CCS和电动CCS。真空CCS通过ECU控制真空驱动执行器中控制阀的占空比，以控制驱动节气门开度的真空力，从而保持车速恒定(图11-6a)。获得真空源有两种方法，一种是仅从发动机进气歧管获得。另一个来自发动机进气歧管和真空泵。电动CCS