《智能汽车概论》-智能汽车技术概论 项目二

任务一

汽车线控底盘技术概述

线控底盘的发展离不开线控技术的推广及应用。

线控技术又称“X-by-Wire”,指将操纵者的命令转化成电信号,并通过控制器去控制所操作的对象。

其中的“X”可以视为数学方程式中的未知数,在汽车领域“X”则指代传统车辆上机械或液压控制的各个部分及相关操作。

线控技术源于美国国家航空航天局在1972年推出的线控飞行技术的飞机,此后在船舶、

车辆等领域逐步推广开来。

线控技术基本原理如图2-1所示。任务一

汽车线控底盘技术概述

作为线控技术的载体,线控底盘包含了线控转向技术、

线控制动技术、

线控驱动技术、线控换挡技术和线控悬架技术等。

以转向系统为例,由图2-2和图2-3可知传统转向系统和线控转向系统的区别。任务一

汽车线控底盘技术概述

奔驰在1996年发布的F200概念车是第一款实现线控底盘技术的车辆,如图2-4所示。

这款概念车取消了方向盘、转向柱、踏板、制动油管等零部件,选用的控制策略是“驾驶员通过操纵安装在车门内侧和中央控制台处的侧面操纵杆来控制车辆的所有动”。

任务二

线控转向技术二、

系统结构1)被动容错

被动容错的设计保留了传统的转向机构,如方向盘、

转向柱等,以便线控部分失效时备用。

例如日产研制的线控转向系统(DirectAdaptiveSteering,DAS),已经应用在InfiniteQ50量产车上,其结构如图2-5所示,在传统转向系统基础上,增加了三组ECU(电子控制单元)、

转向动作回馈器,以及断开与接通转向柱的离合器。

其机械部分由方向盘模块和转向模块组成。

如图2-5所示,方向盘模块主要实现驾驶员驾驶意图的传递和方向盘力感的模拟;转向模块主要实现车辆的转向行驶,当ECU、

电机、

线束等发生故障时转向柱中的离合器会立刻连接,这时就能像开普通汽车一样,利用机械式连接继续操作方向盘;控制器则负责路感模拟电机控制、

转向执行电机控制以及整个系统主要部件的容错控制。任务二

线控转向技术二、

系统结构2)主动容错根据转向电机的数量、

布置位置与控制方式分类,目前线控转向系统的典型布置方式可分为5类。

每种布置方式的代表样机与优缺点如表2-1所示。任务二

线控转向技术三、

工作原理线控转向系统的工作原理是根据驾驶员的操纵输入控制车轮的转向,同时根据车辆转向状态、

车速等信息,向驾驶员提供路感信息,如图2-6所示。任务二

线控转向技术三、

工作原理1.路感模拟控制策略

基于动力学模型的方法则是依据车辆动态响应、

驾驶员向盘输入等状态,利用车辆动力学模型估算轮胎回正力矩和需要补偿的反馈力矩,进而计算期望的反馈力矩令，其控制思路如图2-7所示。任务三

线控制动技术一、EHB系统2.干式方案

干式EHB系统出现较晚,代表性的产品包括博世的iBooster、

日立的e-ACT系统等。干式EHB系统使用电机驱动推杆推动制动主缸活塞运动,从而向制动回路施加压力,其工作原理与真空助力器一致,不同的是使用电机提升制动性能,与电机配合使用的一般有减速机构,通过减速机构将电机的转矩转化成推杆的直线推力同时实现减速增矩。2006年,日本丰田公司推出的电液制动系统EHB,由踏板感觉模拟器、

高压源、

液压控制单元等组成,是一种典型的线控制动系统,

如图2-8所示。任务三

线控制动技术一、EHB系统2011年,日本日立公司推出了e-ACT系统,并在部分旗下品牌车辆上进行应用,该系统如图2-9所示。

其控制原理如下:以电机作为动力源,滚珠丝杠作为传动机构。2013年,德国博世公司推出了不依赖真空源的机电伺服助力器iBooster,如图2-10所示。任务三

线控制动技术一、EHB系统

如图2-10所示,iBooster的结构主要有输入推杆(连接制动踏板)、助力器阀体、踏板行程传感器、回位弹簧(恢复制动踏板位置)、制动主缸(建立制动液压)、直流无刷电机、二级齿轮传动装置、电子控制单元(控制电机供电电流和驱动信号等)。任务三

线控制动技术二、

三种典型的EMB执行机构方案1.滚珠丝杠+自增力装置方案

该方案如图2-11所示,EMB执行机构由电机、

滚珠丝杠和自增力杠杆机构组成。

电机通电后,驱动滚珠丝杠,将旋转运动转化为直线运动,心轴轴向移动并推动自增力杠杆和压力盘,根据杠杆原理,压力盘的压力大于心轴的轴向推力,起到增力的作用。

压力盘推动活塞和摩擦片压紧制动盘。任务三

线控制动技术二、

三种典型的EMB执行机构方案该方案如图2-12所示,EMB执行机构主要由电机、行星齿轮组、滚珠丝杠、棘轮锁止机构组成,电机通电后,转子15旋转带动齿轮10转动,经行星齿轮组减速后传递至滚珠丝杠总成,通过运动转换机构,丝杠推动制动片压紧制动盘。

另外电磁铁5通电后,棘轮7和转子14啮合,保持驻车力和制动力。该设计方案的特点主要在于电机内置,行星轮系布置简单,结构紧凑,具有间隙自调的功能。任务三

线控制动技术二、

三种典型的EMB执行机构方案3.电磁离合器+行星齿轮减速机构+滚珠丝杠方案

该方案如图2-13所示。EMB执行机构主要由电机、电磁离合器、行星齿轮组、滚珠丝杠组成,此方案采用了两个电磁离合器,通过电磁离合方式控制EMB夹紧、释放、制动力保持。任务四

线控底盘技术在智能驾驶领域的研究与应用一、

舍弗勒新一代线控技术在乘用车上的应用

在2019年的法兰克福国际汽车展上,舍弗勒展示了其最新的e-Corner智能转向驱动模块(见图2-14)和SpaceDriveⅡ线控技术及升级版概念SchaefflerMover。e-Corner模块与SpaceDriveⅡ可帮助实现L4/L5级自动驾驶。SpaceDriveⅡ线控系统如图2-15所示,为未来智能汽车提供了有效的技术解决方案,智能感知规划单元由车载网络将指令传输给转向或制动系统,即可实现对车辆转向、

加速及制动系统的控制。

任务四

线控底盘技术在智能驾驶领域的研究与应用一、

舍弗勒新一代线控技术在乘用车上的应用XTRONIC控制单元如图2-16所示,将安全、

监控、

操作及舒适等功能集成到一个单独的系统中,可实现对智能驾驶车辆的远程监控及控制功能。XTRONIC控制单元还集成了大量互联的零部件,包括从娱乐系统到车辆零部件的状态监控系统。

因而可以使车辆的驾驶辅助系统与毫米波雷达、激光雷达、超声波雷达及人工智能等系统之间建立连接,为智能汽车提供了可靠的技术基础。任务四

线控底盘技术在智能驾驶领域的研究与应用一、

舍弗勒新一代线控技术在乘用车上的应用目前,e-Corner智能转向驱动模块、SpaceDriveⅡ线控系统和XTRONIC控制单元都已融合进舍弗勒未来城市交通概念车SchaefflerMover中,如图2-17所示。e-Corner智能转向模块为四个车轮提供驱动力,转向系统采用了机电式“线控转向”方式,通过SpaceDriveⅡ技术实现控制,使得SchaefflerMover成为一款可支持多种车型的开放式车辆平台,具有高度灵活性及环保性。

任务四

线控底盘技术在智能驾驶领域的研究与应用二、

线控底盘应用在特定场景智能汽车上的挑战2016年,俄罗斯军方发布了一款未来无人军用作战车辆的概念视频,如图2-18所示。

该无人军