智能网联汽车 5-2认知智能网联汽车控制执行技术 教案

课题任务二认知智能网联汽车决策规划技术课时1课型新课学科智能网联汽车教师学习目标知识目标：1.能描述环境感知系统概念和内容2.能描述环境感知系统组成3.能解释环境感知的应用范围素质目标：1.通过环境感知系统的学习，让学生知道技术不断进步，激发学生不断学习的兴趣。教学重点1.能描述环境感知系统概念和内容2.能描述环境感知系统组成3.能解释环境感知的应用范围教学难点1.能描述环境感知系统组成2.能解释环境感知的应用范围教学方法讲授法教学资源教学视频、PPT教学过程教学环节教学内容一、导入智能网联汽车的行为决策是基于环境感知和导航子系统的信息输出，所以研究清楚上述两项十分关键。今天，我们一起来学习智能网联汽车控制执行技术。二、教学过程同学们，我们先明确控制执行的概念，了解什么是控制执行。提问1：控制执行的概念？明确1：控制执行是整个自动驾驶系统的最后一环，是将环境感知，行为决策，路径规划的结论付诸实践的执行者。提问2：控制执行的类型有哪些？明确2：主要包括车辆的纵向运动控制和侧向运动控制纵向运动控制，即车辆的制动和驱动控制。侧向运动控制，即通过轮胎力的控制以及方向盘角度的调整，实现自动驾驶汽车的规划路径跟踪。控制执行需要借助复杂的汽车动力学完成主控系统，主控系统由软件部分的智能车载操作系统与硬件部分的高性能车载集成计算平台联合组成。智能车载操作系统融合了内容服务商和运营服务商的数据，以及车内人机交互服务，能够为乘客提供周到的个性化服务，目前的主流操作系统包括Windows、Linux、Android、QNX、YunOS(阿里云系统)等。提问3：控制执行的方法有哪些?明确3：目前控制执行主流的控制算法主要有PID控制、模型预测控制、滑模控制三类。1.PID控制PID控制简称比例、积分和微分控制。2.模型预测控制MPC主要由模型预测、滚动优化和反馈调整3部分组成。3.滑模控制滑模控制（SMC）是一类特殊的非线性变结构控制，其非线性表现为控制的不连续性，滑模控制（SMC）是一类特殊的非线性变结构控制，其非线性表现为控制的不连续性。提问4：什么是线控技术？明确4：线控技术是将驾驶员的操作动作经过传感器转变成电信号来实现传递控制，替代传统机械系统或者液压系统，并由电信号直接控制执行机构以实现控制目的。提问5：转向系统技术明确5：1.概念：线控转向系统（SBW）是智能网联汽车实现路径跟踪与避障避险必要的关键技术，为智能网联汽车实现自主转向提供了良好的硬件基础，其性能直接影响主动安全与驾乘体验。2.优势：可以减轻车体重量，消除路面冲击，具有减小噪声和隔震等3.结构：主要由方向盘模块、转向执行模块和ECU三个主要部分以及自动防故障系统、电源系统等辅助模块组成。转向盘模块包括转向盘、转向盘转角传感器、扭矩电机。转向执行模块包括转角传感器、转向执行电机、转向电机控制器和前轮转向组件等。电源系统承担控制器、执行电机以及其他车用电机的供电任务，用以保证电网在大负荷下稳定工作。自动防故障系统是保证在线控转向系统故障时，提供冗余式安全保障。4.工作原理驾驶员转动方向盘时，转向盘转矩传感器和转向角传感器将测量到的驾驶员意图转换成数字信号，连同整车其他的信号，如车速信号等，通过总线传输给ECU，ECU再根据设定好的算法计算出前轮转角并将该信号传递给转向电机完成转向，另外通过转向阻力传感器获得转向阻力信息后，根据回正力矩算法，将回正力矩大小传递给驾驶员完成路感反馈。并根据转向力模拟生成反馈转矩，同时控制转向电动机的旋转方向、转矩大小和旋转角度，通过机械转向装置控制转向轮的转向位置，使汽车沿着驾驶员期望的轨迹行驶。5.线控转向系统的容错技术电机中的开关管断路、旋变信号异常和温度传感器异常等故障发生概率较高，对系统影响也较大；传感器中的短路、开路和机械故障等对系统影响较大，但是发生频率不高；通信总线中的接头接触不良对系统影响较大且发生概率较高。提问6：线控驱动技术明确6：线控驱动系统（DBW），是智能网联汽车实现的必要关键技术，为智能网联汽车实现自主行驶提供了良好的硬件基础。1.线控驱动系统结构由于电动汽车整车控制单元（VCU）的主要功能是通过接收车速信号、加速度信号以及加速踏板位移信号，实现扭矩需求的计算，然后发送转矩指令给电机控制单元，进行电机转矩的控制，所以通过整车控制单元VCU的速度控制接囗来实现线控驱动控制。2.线控驱动系统在先进辅助驾驶的应用在L3/L4级别自动驾驶情况下，新能源汽车线控驱动架构将以中央传统驱动为主。中央传动驱动有四种布置方式：发动机+后桥电机、发动机+双电机（带发电机）、发动机+双电机（不带发电机）、发动机+三电机。提问7：制动控制概念、分类、组成及原理明确7：是将原有的制动踏板机械信号通过改装转变为电控信号，通过加速踏板位置传感器接收驾驶人的制动意图，产生制动电控信号并传递给控制系统和执行机构，并根据一定的算法模拟踩踏感觉反馈给驾驶人。1.线控制动系统分类、组成及原理线控制动控制技术分为：电子液压制动系统（EHB）、电子机械制动系统（EMB）。2..线控制动系统组成⑴EHB线控制动系统组成EHB主要由电子踏板、电子控制单元（ECU）、液压执行机构等部分组成。（2）电子机械制动系统EMB组成EMB系统主要由电子机械制动器、ECU和传感器等组成。3.线控制动系统工作原理⑴EHB线控制动系统工作原理当正常工作时，制动踏板与制动器之间的液压连接断开，备用阀处于关闭状态。ECU通过传感器信号判断驾驶人的制动意图，并通过电机驱动液压泵进行制动。当电子系统发生故障时，备用阀打开，EHB变成传统的液压系统。制动踏板输入信号后驱动制动主缸中的制动液通过备用阀流入连接各个车轮制动器的制动轮缸，进入常规的液压系统制动模式，保证车辆制动的必要安全保障。⑵⑴EMB系统工作原理EMB工作时，制动控制单元ECU接收制动踏板传来的踏板行程信号，ECU计算出踩制动踏板的速度信号并结合车辆速度、加速度等其他电信号，明确汽车行驶状态，分析各个车轮上的制动需求，计算出各个车轮的最佳制动力矩大小后输出对应的控制信号，分别控制各车轮上的电子机械制动器中工作电机的电流大小和转角，通过电子机械制动器中的减速增矩以及运动方向转换，将电机的转动转换为制动钳块的夹紧，产生足够的制动摩擦力矩。提问8：车身纵向、侧向控制分类、组成及原理明确8：1.车身纵向运动控制纵向运动控制是指通过对油门和制动的协调，实现对期望车速的精准跟随。采用油门和制动综合控制方法实现对预定速度的跟踪。⑴车身纵向运动控制分类①直接式运动控制②分层式运动控制⑵纵向运动控制基本原理纵向运动控制基本原理是根据预定速度和无人驾驶汽车实测速度的偏差，通过节气门控制器和制动控制器根据各自的算法分别得到节气门控制量和制动控制量。切换规则根据节气门控制量、速度控制量和速度偏差选择节气门控制还是制动控制。未选择的控制系统回到初始位置，如果按照切换规则选择了节气门控制，则制动控制执行机构将回到零初始位置。2.车身侧向控制（1）侧向运动控制的分