无人驾驶技术原理及应用 课件 第3章 无人驾驶汽车底盘改造原理与方法

线控系统改造概述线控的基本概念线控技术（XbyWire）源于飞机控制系统，是将飞行员的操纵命令转换成电信号，通过电缆直接传输到自主式舵机的一种控制系统。F111

“土豚”战斗机线控的基本概念线控技术（XbyWire）源于飞机控制系统，是将飞行员的操纵命令转换成电信号，通过电缆直接传输到自主式舵机的一种控制系统。哥伦比亚号航天飞机线控的基本概念线控：（Drive_By_Bus）即用总线（电信号）形式来控制执行机构，从而实现控制汽车的目的。●

非机械控制，非“硬”连接●

数字化控制●

总线传输指令和数据特点

{为什么要进行线控改造？

♦无人驾驶的关键技术包括环境感知技术、智能决策和车辆控制技术。♦车辆控制方式主要包括机械控制和电气控制两种。♦车辆的智能线控化（包括挡位、速度、转向、制动、灯光等）是无人驾驶的前提。感知决策控制为什么要进行线控改造？

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第I类：机械控制为什么要进行线控改造？

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第I类：机械控制●

第II类：模拟电信号控制为什么要进行线控改造？

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第I类：机械控制●

第II类：模拟电信号控制●

第III类：总线控制常见汽车总线类型

♦CAN（ControllerAreaNetwork控制器局域网络）♦LIN（LocalInterconnectNetwork本地互联网）♦FlexRay♦Most常见汽车总线类型

车辆底盘线控改造的内容

人因为梦想而伟大，祝你早日达到自己的目标。策划：韩玺部门：小旋风智能车团队您的公司名称YOURCONPANYNAMELOGO谢谢韩玺线控转向系统原理与实现转向系统的构成汽车转向系统：（SteeringSystem），用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置。转向系统的构成汽车转向系统：（SteeringSystem），用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置。转向助力汽车转向系统的发展，经历了机械转向、液压助力转向、电液助力转向、电动助力转向和线控转向几个阶段。液压助力转向液压助力方式是将一部分发动机动力输出转化成液压泵压力，对转向系统施加辅助作用力，从而使轮胎转向。电子液压助力系统的转向油泵由电动机来驱动，并且在之前的基础上加装了电控系统。机械结构上增加了液压反应装置和液流分配阀，新增的电控系统包括车速传感器、电磁阀、转向ECU等。电子液压助力电动助力转向系统（ElectricPowerSteering，缩写EPS）是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统，主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元（ECU）等组成。电动助力（EPS）线控转向系统线控转向系统也是用电机提供助力，将驾驶员的操纵动作经过传感器变成电信号，通过电缆直接传输到执行机构的一种系统，比EPS具有更好的操纵稳定性。线控转向系统线控转向改造方法●

无助力——加装电机●

有助力——基于扭矩检测进行改造线控转向改造方法●

有助力——基于扭矩检测进行改造线控转向改造方法人因为梦想而伟大，祝你早日达到自己的目标。策划：韩玺部门：小旋风智能车团队您的公司名称YOURCONPANYNAMELOGO谢谢韩玺线控制动系统原理与实现制动系统：使汽车的行驶速度可以强制降低的一系列专门装置。制动系统制动系统主要由供能装置、控制装置、传动装置和制动器4部分组成。电子液压式：电子液压制动系统（ElectronicHydraulicBrakeSystem,简称EHB）EHB以电子元件替代了原有的部分机械元件，是一个先进的机电一体化系统。制动系统的分类电子机械式：电子机械式制动系统（简称EMB）采用一个电子踏板取代了原有的机械制动踏板，用以接受驾驶员的制动意图。制动系统的分类电动真空助力式：真空制动助力系统也称作真空伺服制动系统，伺服制动系统是在人力制动的基础上加设一套由其他能源提供制动力的助力装置，使人力与动力可兼用，即兼用人力和发动机动力作为制动能源的制动系。制动系统的分类混合线控制动：混合线控制动（HBBW）的主流配置方式为前轴采用电子液压制动EHB系统，后轴采用电子机械制动EMB系统。制动系统的分类EHB：电子液压制动系统（EHB）主要由液压控制模块、制动踏板模块、控制单元HCU、制动器、各类传感器等组成。制动系统的结构与工作原理EHB：系统的工作过程主要是对压力供给单元的控制和高速开关阀的控制，产生并储存制动压力，并可分别对四个轮胎的制动力矩进行单独调节。制动系统的结构与工作原理EMB：电子机械制动系统（EMB）主要由车轮制动模块、电子控制单元（ECU）和制动踏板模块、通信网络、电源等部分组成。。制动系统的结构与工作原理EMB：通过电子控制单元对制动电机实施电流大小控制，通过制动器的夹钳从两侧夹紧摩擦盘，实现车轮制动。制动系统的结构与工作原理线控制动改造方法基于ESC的改造方案1.原车制动总泵与ABS泵之间加装经过改装的ESC泵和保压电磁阀；2.控制器控制ESC泵输出压力油，根据压力传感器反馈的压力来控制保压电磁阀打开或者关闭，当制动系统管路中压力达到所需值时，控制器控制保压电磁阀关闭，从而实现电控刹车的功能。ESC泵与保压阀安装图

压力传感器安装图线控制动改造方法基于ESC的改造方案人因为梦想而伟大，祝你早日达到自己的目标。策划：韩玺部门：小旋风智能车团队您的公司名称YOURCONPANYNAMELOGO谢谢韩玺线控油门、档位与辅助系统实现汽车的电子油门在机动车内部构件中，内燃机上控制燃料供量的装置被称为油门。其作用在于操纵节气门开度控制可燃混合气的流量，改变发动机的转速和功率，以适应汽车行驶的需要。传统发动机节气门操纵机构是通过拉索（软钢丝）或者拉杆，一端联接油门踏板（加速踏板），另一端联接节气门连动板而工作。但这种传统油门应用范畴受到限制并缺乏精确性，在日新月异的汽车电子技术发展形势下，一种电子油门（EGAS）应运而生。电动汽车上也都采用电子油门，电子油门将人踩踏踏板的进程转化为电信号输出。汽车的电子油门电子油门控制系统主要由油门踏板、踏板位移传感器、ECU（电控单元）、数据总线、伺服电动机和节气门执行机构组成。位移传感器安装在油门踏板内部，随时监测油门踏板的位置。当监测到油门踏板高度位置有变化，会瞬间将此信息送往ECU，ECU对该信息和其它系统传来的数据信息进行运算处理，计算出一个控制信号，通过线路送到伺服电动机继电器，伺服电动机驱动节气门执行机构，数据总线则是负责系统ECU与其它ECU之间的通讯。线控油门改造方法无人驾驶汽车目前的线控油门改装，一般有两种方式：1）通过与车辆生产商配合，智能车上位机ECU直接通过CAN总线发送命令，模拟电子油门数据；优点：不需要进行额外的硬件改装，稳定、可靠。缺点：需要该车辆已经具备通过CAN总线采集电子油门信息的能力，需要车辆生产商开放CAN总线协议，并修改本车ECU的程序进行配合。线控油门改造方法2）拆解原车的线束，找出电子油门的数据输出线，用智能车上位机控制器进行数据模拟。优点：不需要车辆已经具备通过CAN总线采集电子油门信息的能力，不需要车辆生产商进行配合。缺点：需要额外制作微控制器，并需要破坏原车结构和线束。汽车的档位汽车变速器是汽车传动系统当中仅次于发动机的重要部件，主要用来改变发动机传到驱动轮上面的转矩和转速，目的是在各种行驶工况下，使得汽车获得不同的牵引力和速度。汽车的档位目前变速器分为：手动变速器（MT）、自动变速器（AT、CVT）、半自动变速器（AMT）、双离合变速器（DCT）。手动变速器：又称机械式变速器，必须用手拨动变速杆，才能改变变速器内的齿轮的咬合位置，改变传动比，从而达到变速的目的。手动变速器多为5个档位。手动变速在操作时必须踩下离合器，方可拨得动变速杆。

线控档位改造方法对于手动挡车辆，由于需要离合器的配合，一般只能采用驾驶机器人的方案进行解决，这种方案在矿山专用车辆等的改造中比较常用，在自动驾驶乘用车和园区车中比较少见。对于自动挡车辆：

1）可采用机械推杆的方式进行档位变化；2）可配合车辆生产商直接利用CAN总线发送命令进行档位变化；3）可在车辆的挡位输出数据线上进行跳线处理。车辆辅助系统线控改造车辆辅助系统线控改造灯光、喇叭和雨刷的控制器系统，其核心部件是灯光控制器(IOM)，工作原理为通过控制器继电器的通断，进而控制相应的电器设备。(IOM)人因为梦想而伟大，祝你早日达到自己的目标。策划：韩玺部门：小旋风智能车团队您的公司名称YOURCONPANYNAMELOGO谢谢韩玺车载计算平台汽车电子电气架构演进趋势汽车智能化与网联化发展趋势共同推动了汽车电子电气架构的变革，一方面是车内网络拓扑的优化和实时、高速网络的启用，另一方面是电子控制单元（ECU）的功能进一步集成到域控制器甚至车载计算机。汽车电子电气架构的演进趋势为从分布式架构到域集中式架构最后到中央集中式架构转变。车载计算平台

车载计算平台是无人驾驶的核心和大脑，但现在还没有一套比较成熟的针对无人驾驶汽车的智能控制器的解决方案，本节介绍了针对无人驾驶汽车的智能控制器的一些解决方案，并根据本团队及合作伙伴的实践经验，介绍了一个智能控制器和智能车底层控制器的设计实例。主流车载计算平台对比主流车载计算平台对比-英特尔EyeQ5主流车载计算平台对比-英特尔EyeQ5-IntelGo主流车载计算平台对比-英伟达Xavier主流车载计算平台对比-特斯拉FSD主流车载计算平台对比-特斯拉FSD2021.08.20特斯拉AIDay活动前的FSD展示主流车载计算平台对比-高通SA8155P主流车载计算平台对比-赛灵思VersalAICoreAdaptiveComputeAccelerationPlatform(ACAP)主流车载计算平台对比-华为华为麒麟990A华为MDC车载计算平台核心-ARM低速智能车专用控制器2016年起，北京天隼图像技术有限公司和北京联合大学“小旋风”智能车研究团队针对低速无人驾驶电动车研制了智能嵌入式控制器HALECU。具备以下特点。●采用美国TI公司的主流汽车级主控芯片，建立了实现控制算法的良好平台。●采用成熟的嵌入式实时控制算法，实现对车辆状态的精确控制。●可灵活调节的参数，调节车辆操作性能，满足不同路况和各种环境下的要求。●完善的控制器故障，欠压，过压，过流，过热保护功能，提高了系统的可靠性。●灵活的档位器驱动，支持前进，后退，空，高速四个可选档位驱动。●可靠的油门踏板和刹车踏板驱动，支持双通道并行油门踏板和刹车踏板驱动。●CAN总线通讯，支持以CAN总线方式驱动转向柱控制器，刹车控制器，灯光控制器以及对车辆状态进行控制。●可靠的动力电机控制器通信方式，支持隔离的方式同动力电机驱动器通信，包括档位信号，油门信号，开关信号和制动信号。●可靠的紧急制动方式，支持按钮和遥控两种紧急制动方式。●电池电量侦测功能，支持最高100V的电池电压测量。●RS232调试接口，供调试使用。●采用μCOS-III嵌入式实时操作系统。●安全功能冗余设计。●实时的软、硬件检测机制。人因为梦想而伟大，祝你早日达到自己的目标。策划：韩玺部门：小旋风智能车团队您的公司名称YOURCONPANYNAMELOGO谢谢韩玺线控转向系统原理与实现旋风系列无人驾驶车旋风无人车的线控转向改造改造思路：

在没有实现SBW（全线控转向）的车辆上，通过加装定制设备实现线控转向，在自动驾驶状态通过CAN总线进行车辆精准转向控制，在人工驾驶状态下，按原车转向方式实现，两者可以快速转换。改造方法：利用原车结构，将转向管柱切断，加装电机和角度传感器，实现线控。适用车辆：

广泛适用于各种乘用车和园区车辆，无论原车辆是否具备EPS和HPS功能均可实现。2015年委托加工步进电机转向器2016年委托加工直流电机转向器步进电机开环无反馈直流电机，角度反馈，匀速转动2017年~自主研发专用转向器旋风无人车的线控转向改造

双模转向系统（SteeringonDual-Mode，SDM），具备“线控转向”与“电动助力”两个工作模式；以模块化为核心设计理念，由管柱、涡轮

蜗杆、直流电机、扭矩传感器、转角传感器和ECU等部件构成，具有线控化、一体化、高集成度、高可靠性等特点

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“线控转向”和“电动助力”双模工作●

管柱式转向●

转向动作柔顺●

转向指令可重入●

模块化结构●

可溃缩

管柱●

高可靠性ECU●

通信协议定制化●

电动助力模式国标化旋风无人车的线控转向改造部件名称参数类别参数线控转向系统通信接口总线类型CAN2.0B高层协议SAEJ1939/定制指令响应时间＜10ms转向特性＞480°/S转向精度≤1°EPS系统助力电流特性曲线对称度≥90%迟滞≤1.2Nm冲击试验(性能)电流响应时间≤10ms方向盘转角≤3°正向驱动磨损（55000次）空载力矩变化量≤50%输入输出特性变化量≤15%助力电流特性变化量≤15%输入、输出扭矩特性曲线对称度≥90%双模转向系统功能参数

旋风无人车的线控转向改造旋风无人车的线控转向改造序号项目指标1最大输出力矩70Nm2响应时间（从收到指令到开始动作）50ms3工作电压10V~16V4最大电流60A5控制精度±1度6最大超调角度小于5度7最大转向速度500度/秒80~360°完成转向时间1s~1.5s9系统振动10g10温度范围-40~85度旋风无人车的线控制动改造旋风无人车的线控制动改造电动推杆制动由于该车型没有液压制动的装置，而原车采用了踏板机械制动的方式，所以整体改造方案采用了电动推杆的方式来实现制动。为了配合整车的人工驾驶和自动驾驶两种模式，其制动也分为人工制动和电推杆制动