第十四章 汽车新型电子控制系统

1、第第14章章 汽车新型电子控制系统介绍汽车新型电子控制系统介绍 1.车载导航系统车载导航系统 2.整车综合控制系统整车综合控制系统 3.汽车稳定性控制系统（汽车稳定性控制系统（VSC） 4.汽车线控技术汽车线控技术 5.数字化革命数字化革命 车载导航系统车载导航系统简单地说就是车载导航的受信系统受信系统。该 系统通过全球定位系统（GPSGPS）天线）天线，接受从人造卫星人造卫星传来 的电波电波，经计测速度回转仪对车速车速的计算，解析出目前自 己所处的位置的数据所处的位置的数据，由收录了地图的只读式紧凑光盘 （CD-ROM）进行检索回原，最终在显示屏中显示车辆所处 的位置、周围的道路交通路况、到

2、达目的地的最佳线路以 及通常情况下所需要的时间。该系统可通过语言应答装置 来模仿人的声音，及时地给驾驶者提供左右转弯及路名等 语音指示。 第一节第一节 车载导航系统车载导航系统 车载导航系统必须满足以下要求：车载导航系统必须满足以下要求： 系统能够在90%的行程时间内确定车辆当前位置，与实际位置 偏差小于小于20m； 系统能够将车辆当前位置转换为地图坐标地图坐标，且转换到最吻合的 路段位置； 系统能将车辆当前位置显示在地图上，并能让驾驶者看到驾驶者看到； 系统能够接受旅行目的地请求，并给出到达目的地的最佳路线最佳路线； 系统能根据整个规划路线的相关方向的行驶指令输出语音和视语音和视 觉指示觉指

3、示； 系统能确定车辆是否“偏离路线”即偏离规划路段； 1.系统能从当前错误位置开始重新规划路线重新规划路线来纠正“偏离路线” 状态。 车载导航系统的组成和布置车载导航系统的组成和布置 图14-1车载导航系统的组成和布置 1LCD显示板2导航ECU3车轮转速传感器4GPS天线接收5车速传感器 6转向角传感器7地磁传感器8GPS接收天线9GPS接收器10CD-ROM 图14-2 道路地图数据示意图 a） 根据地形数据的作图 b） 属性数据 一、道路地图数据一、道路地图数据 按一定比例划分成按一定比例划分成 若干区域若干区域 以航空测量出的地形以航空测量出的地形 道路图为基础道路图为基础 图14-3

4、 CD-ROM数据库 a）描绘数据组成 b）地图描绘之例（1/20 000） c）CD-ROM数据库 二、汽车导航传感器二、汽车导航传感器 1、地磁传感器、地磁传感器 图14-4 地磁传感器 a） 外形 b） 励磁状态 c） 附加与线圈相平行的外磁场时 d） 附加与线圈成45的外磁场时 高导磁性铍钼合金 图14-5地磁传感器的方位输出 2、陀螺罗盘、陀螺罗盘 高速旋转体的旋转轴，在不加外力的情况下总是要 保持一定方向。但若是施以外力，则将引起与其正交轴的 旋转运动。利用这个性质利用这个性质，可对空间物体的姿势（侧倾、姿势（侧倾、 纵向倾斜、偏转等）或速度进行检测纵向倾斜、偏转等）或速度进行检测

5、。它常用于船舶和飞 机等的自动操纵自动操纵和摇动稳定性控制装置摇动稳定性控制装置上上。 为了知道汽车的前进方向和方位，作为汽车用陀螺罗 盘，常见的有以下两种两种 : 振动陀螺振动陀螺 是对振动板附加角速度振动板附加角速度时，测定作用在与振动相垂直 方向上的哥氏力哥氏力，来求角速度角速度的方式。 图14-6 振动陀螺 a） 外形 b） 原理 c） 信号处理 d）输出特性 光纤维陀螺光纤维陀螺 图14-7 光纤维陀螺 a） 原理 b） 相位调制方式电路 图14-7所示为光纤维陀螺的原理及相位调 制方式电路。 3、气体速率陀螺仪、气体速率陀螺仪 基本原理：基本原理：对喷嘴喷射的氦气流施以角速度时，气

6、流由于 惯性而弯曲。 图14-8 气体速率陀螺仪 a） 结构 b） 原理 图14-9 GPS a） 卫星轨道 b） 测定原理 GPS系统是在地球的上空20183km处的6个轨道面个轨道面上，按等间隔分别布置3个个， 计18个轨道卫星个轨道卫星。无论在地球的何处，总是能够接收到来自4个卫星的电波个卫星的电波。轨道 面与赤道成55，各卫星在1天内围绕地球回转2圈。到1992年，计划布置包括备 用在内共2121个个GPSGPS卫星卫星。 GPS是通过测量从人造卫星发射的无线电电波到达地面的时 间，来计算卫星与地面的距离，从而确定位置的一种系统。 4、GPS 5、信标、信标 电波式电波式和光式光式两种

7、。建设正在开发的电波信标，用2.5GHz频带的微微 电波电波，现正在开发的光信标，用波长波长850mm的红外线进行通信。安装 在交叉点附近的道路标识柱或信号器等处，备有接收装置的汽车通过 其附近时，接收电波或光信号接收电波或光信号。来自信标的信息是属于点式信息点式信息，但 也可以用于推测导航法的误差补偿误差补偿上。 三、地图微调导航法三、地图微调导航法 在汽车位置推测导航法中，对由于方位没定的误差方位没定的误差、各种传各种传 感器的误差感器的误差、道路地图与实际道路之间的不重合道路地图与实际道路之间的不重合等而引起的累积误 差需要及时补偿。所谓地图微调地图微调，是指将通过推测导航法得到行驶 轨

8、迹与画面上显示的道路地图上的道路形状相比较。认为在形状上 以最高的概率相一致的地图上的道路上，自动修正自车位置的功能。 图14-10 地图微调 a） 车辆位置修正 b） 多经路追迹 c）距离偏差补偿 车辆位置修正车辆位置修正 多经路追迹多经路追迹 距离偏差补偿距离偏差补偿 第二节第二节 整车综合控制系统整车综合控制系统 底盘底盘和车身车身的 综合控制系统综合控制系统 电子稳定程序控制系统 主动式车身状态控制系统 自适应巡航控制系统 驾驶员智能支持系统 在汽车行驶过程中，不断受到横向和纵向的作用力。当横向力横向力 （侧向力）超过车轮的侧向抓地力侧向抓地力时，汽车的方向操纵能力将大大降低， 甚至失

9、控，从而严重影响行车安全。 在直线行驶时，制动力分配不均制动力分配不均的制动工况 在冰雪路面冰雪路面上的加速工况 高速转弯高速转弯工况 急转弯急转弯工况 方向失控的工况方向失控的工况 ESP 解决 能保证车辆稳定运行，大大提高了行车安全性 1.电子稳定程序控制系统（电子稳定程序控制系统（ESP） 图14-11 ESP组成构造 1与ECU相连的ESP液压调节器 2轮速传感器 3点火模块 4发动机管理系统ECU 5节气门执行器6与横向加速度传感器集成一体的侧滑传感器 7踏板行程传感器 8转向角传感器 9燃油喷射器 ESP组成构造 图14-12 ESP纠正过度转向和不足转向 a） 过度转向 b） 不

10、足转向 图14-13 主动式车身状态控制系统 1蓄能器 2空气弹簧 3空气压缩机 4车身垂直加速度传感器 5车身水平加速度传感器 6车身高度传感器 7车身横向加速度传感器 8管路 9控制单元 2.主动式车身状态控制系统主动式车身状态控制系统 用以消除由车辆转弯、加速和制动所引起的各种不稳定运动状态。 （1 1）电子元件）电子元件 当车辆转弯时，传感器立刻检测出车身的倾 斜和横向加速度。每10ms刷新一次计算数据。驾驶员可根据 需要选择“普通”或“运动”两种模式来改变输出值。 （2 2）液压元件）液压元件 在汽车的4个悬架滑柱中，弹簧的上方装有 液压柱塞，由计算机控制的电磁线圈可打开位于汽车前后

11、部 位的阀门，使液压油以19.6MPa的压力流向柱塞；当柱塞向下 移动时，弹簧加载，从而使车身回正。 （3 3）机械元件）机械元件 可快速补偿车身的低频运动，比如由转弯和 下沉引起的车身运动，过铁轨或走搓板路面引起的车身颠簸 等。悬架滑柱还装备有传统的充气式减振器。 3.自适应巡航控制系统自适应巡航控制系统 以前只有警察在公路上用雷达监测汽车是否超速，现在德尔 福公司把雷达用在了自适应巡航控制ACC（Adaptive Cruise Control）系统中。当汽车在行驶中启用巡航控制时，这个系 统用一个袖珍雷达传感器来监测前面的车辆，并进行调整， 以与前车保持一个设定的间隔。如果前面的车辆突然减

12、速， 自适应巡航控制系统也会让自己的车减速以维持一个安全距 离。 图14-14转弯时ACC系统仍能保持正常工作 4.驾驶员智能支持系统驾驶员智能支持系统 日本本田公司的一项正在开发中的技术，它可以大大减轻在高速公路行驶 中的驾驶员的疲劳，因为它不但会与前车保持一定车距，而且会认路。 图14-15 驾驶员智能支持系统 本田公司围绕汽车安全性的研究集中于如何使车辆在实际 行驶中避免因驾驶员的错误而造成伤害；它有一个研究项目叫 做先进安全车辆（先进安全车辆（ASVASV），），而HIDS则是从ASV中演变出来的一个 项目。这个系统，可以侦查到前方有无车辆并相应地控制HIDS 车的速度，可以识别道路上

13、的车道标志并在车辆偏离车道时作 出调整。这将有助于驾驶员轻松地照顾到前方及两边的路况， 减少由于驾驶疲劳而出现的误操作。 4 4个功能：个功能： 控制车速及与前车的距离控制车速及与前车的距离 控制控制HIDS车在车道中心位置车在车道中心位置 偏移警告偏移警告 人机界面人机界面 (1)控制车速及与前车的距离控制车速及与前车的距离当HIDS车单独在高速公路上行 驶时，可以预先设定车速作等速巡航，这个技术在当今很多现 代轿车上都有。 (2)控制控制HIDS车在车道中心位置车在车道中心位置HIDS车上装有本田公司专门 开发的成像处理系统。 (3)偏移警告偏移警告假如由于某种突发性情况而使本车突然驶离车

14、 道，这时由于情况紧急而来不及由电脑作出补偿，则必须由报 警系统提醒驾驶员采取紧急措施。 (4)人机界面人机界面驾驶员可随时通过装在车速表内的显示，了解 系统的工作情况及车辆周围的情况(前方及车道情况)。 第三节第三节 汽车稳定性控制系统（汽车稳定性控制系统（VSCVSC） 为了在汽车转弯时提供良好的循迹稳定性，VSC应运而生。 在无法预料的情况或外部因素下，如路面状况路面状况、车速车速、 和紧急避让紧急避让，车辆会呈现不足转向或过多转向趋势。在这 种情况下，汽车稳定性控制系统会抑制过量不足转向或过 多转向，修正到原有正常路径的循迹行驶，以使车辆稳定。 1. 转弯界限上车辆的不稳定性转弯界限上

15、车辆的不稳定性 图14-16 方向盘操作过渡时的车辆不稳定现象 a） 过渡操作时车身侧滑用和侧滑角速度d之间的关系 b） 前轮侧滑角与旋转半径R之间的关系 2.汽车稳定性控制系统的控制方法汽车稳定性控制系统的控制方法 转向操纵不稳定现象是伴随前后轮的侧滑侧滑及横摆运动横摆运动而产生的，所 以为了获得良好的操纵稳定性，需要控制适当的侧偏角侧偏角。 随车身的侧偏角及其变化率的增加在前外轮上施加制动力，以控制 自转稳定性的方法； 随前轮侧偏角的增加，以后轮的内轮为中心，附加制动力的控制方 法。 1）抑制过量不足转向）抑制过量不足转向 工程实际中，较简化的控制方式有以下两种。工程实际中，较简化的控制方

16、式有以下两种。 汽车是否处于不足转向状态可由目标侧向摆动率和汽车实际侧向 摆动率之差确定。 2）抑制过量过多转向）抑制过量过多转向 汽车是否处于过多转向状态可由汽车滑移角度和汽车滑移角速度 （汽车滑移角速度随时间的变化而改变）来确定。 图14-17 VSC的控制 3.汽车稳定性控制系统的组成汽车稳定性控制系统的组成 传感器部分传感器部分（方向盘转角传感器、减速度传感器、车身偏摆角速度 传感器、制动油路油压传感器、轮速传感器等） 控制单元控制单元 控制制动力和牵引力的执行器部分控制制动力和牵引力的执行器部分 4.主要部件的结构和原理主要部件的结构和原理 减速度传感器减速度传感器 图14-18 减

17、速度传感器 图14-19 转向角度传感器 转向角度传感器转向角度传感器 侧向摆动率传感器侧向摆动率传感器 采用音叉形状振动式速率陀螺仪。每个振子由振动部分和检测部分组 成，振动部分与检测部分的夹角为90。压电陶瓷元件的特性是当给 其施加电压时会产生变形，而当陶瓷元件受外力变形时会产生电压。 制动执行器制动执行器 在原来的ABS和TRC执行器的基础之上，增加了控制前轮制动器压力 的油路，以便适应稳定性控制。制动执行器由15个两位电磁阀，3个压 力调节阀，油泵和储油缸组成。 ECU ECU除正常控制ABS、TRC和VSC之外，还有下列作用： 1）初始检查）初始检查 当点火开关转到ON位置，并且车速

18、达到或接近6km/h 时，ECU进行初始检查。依次检查执行器的每个电磁阀和泵的电机。 2）自诊断）自诊断 如果ECU检测到ABS、TRC或VSC系统有故障，将在多信 息显示器上显示字母“CHECK VSC”或使ABS警告灯和VSC OFF指示灯 闪亮，提醒驾驶员发生了故障。ECU也存储故障码。诊断码可通过ABS警 告灯和多信息显示器提取，也可用手持式检测仪提取。 3）失效保护）失效保护 如果ECU系统发生故障，ECU会停止对ABS、TRC或 VSC的控制。这时，制动器和节气门会像无ABS、TRC或VSC的汽车那样 工作。 工作原理：工作原理：根据ECU判定的汽车运动状态，通过控制节气门开启角度

19、 以及控制制动压力。制动压力的控制是由制动执行器的电磁阀完成的。 电磁阀控制油泵产生的压力并根据不同情况将压力施加给每个轮缸。 共有三种控制方式：压力减小、压力保持和压力增加。不足转向时， 后轮施加制动。过多转向时，前外侧车轮制动，后车轮按需要制动。 5.汽车稳定性控制系统的工作过程汽车稳定性控制系统的工作过程 图14-20紧急转向时的VSC控制效果 第四节汽车线控技术第四节汽车线控技术 一、汽车线控转向系统一、汽车线控转向系统 图14-21线控转向系统简图 1故障处理电动机2转向执行电动机3车轮转角传感器 4转向盘转角传感器、转向盘转矩传感器 5回正力矩电动机6车速传感器、横摆角速度传感器、车身加速度传感器 第四节汽车线控技术 图14-22线控制动系统结构框图 二、汽车线控