《自动驾驶》课件 第6章自动驾驶线控系统与动力电池系统

·学院：XX自动驾驶线控系统与动力电池系统第六章主讲人：XX01线控系统概述02线控转向系统03线控制动系统CONTENTS目录04电子驻车制动系统05线控油门系统06线控换挡系统07电驱动系统08动力电池系统09整车控制器系统CONTENTS目录01线控系统概述无人车线控系统包括智能线控系统、电驱动系统和整车控制系统等部分。动力系统动力系统主要是由动力电池及相关控制系统构成，为整车的正常运行提供电能源。线控系统概述线控系统概述智能线控系统是一种将操纵意图或操纵指令通过电信号转换并传输到执行机构实现精准控制的系统线控系统概述线控制动系统整车控制器线控转向系统CAN总线模块嵌入式控制器工控平台交换机传感器02线控转向系统转向系统的发展历程•汽车转向系统经历了机械转向系统、液压助力转向（HPS）系统、电液助力转向（EHPS）系统、电动助力转向（EPS）系统、线控转向（SBW）系统等几个阶段；•线控转向系统较EPS取消了方向盘与转向轮之间的机械连接装置。转向盘总成：包括转向盘、转矩传感器、转向角传感器、转矩反馈电动机和机械传动装置。电子控制系统：包括电子控制单元、车速传感器，可增加横摆角速度传感器、加速度传感器以提高操纵稳定性。转向系统：包括角位移传感器、转向电动机、齿轮齿条转向机构和其他机械转向装置。线控转向系统结构线控转向系统结构线控转向系统结构示意图345线控转向系统工作原理12转向盘信号转换车速和位移信号检测转向电动机控制转向轮位置调整CAN总线通信提高汽车安全性能改善驾驶特性，增强操纵性线控转向系统优点增加汽车舒适性线控转向系统的控制逻辑正常状态外部请求转向？转向系统高等级故障？转向角在[-380°,+380°]范围内执行转向是否是VCU请求执行最大转向否上报故障是故障排除否是否电子部件可靠性不及机械部件，如何确保电子故障时仍实现基本转向功能是关键；缺乏直接机械连接导致驾驶员路感不足；线控转向系统的可靠性与成本与其他控制子系统融合协同的复杂度与可靠性也是问题。线控转向系统的发展方向寻求可靠且成本合理的传感器至关重要，高昂的传感器价格是推广线控转向系统的主要障碍之一。传感器精度和成本线控转向系统在辅助驾驶和无人驾驶方面有广泛应用前景，为自动驾驶车辆的发展提供了重要科研平台，也有良好的自身应用前景辅助驾驶和无人驾驶03线控制动系统Texthere制动系统分类两种工作模式：正常工作模式：通过电子传感器判断制动意图，电机驱动液压泵进行制动。故障工作模式：发生电子系统故障时，系统转为传统液压系统，依赖备用阀进行制动。液压式线控制动系统液压式线控制动系统优点技术难点及研究现状无连接设计无需助力器无需制动液无回弹振动便于集成附加功能高可靠性要求：需要采用更可靠的总线协议以确保系统稳定性和安全性。42V高电压系统：正在研发更高电压的系统以满足制动需求并提高效率。制动器性能提升：当前重点在于提高耐高温性能、降低成本。抗干扰能力：优化系统设计和信号处理算法以提高抗干扰性能。制动系统分类机械式线控制动系统线控制动系统结构采用EHB线控技术的制动系统称为前后联动刹车系统(CombinationBrakingSystem,CBS)Texthere线控制动系统各部分结构线控制动系统各部分结构序号总成名称备注说明1CBS总成包括CBS控制器、CBS驱动电机2前转向节带制动器总成无3后转向节带制动器总成EPB卡钳总成，可同时用于EPB驻车4EPB控制器EPB卡钳+EPB控制器+EPB开关组成驻车制动系统5轮速传感器总成无6管路总成包括制动硬管、制动软管线控制动系统基本工作原理线控制动踏板行程传感器检测制动力矩计算电机推动助力器阀体液压制动刹车踏板操作活塞施加压力TexthereCBS系统控制策略CBS系统可实现：线控制动、紧急硬线制动(急停开关制动、碰撞开关制动、小遥控器制动)及小脑硬线制动功能等采用液压式线控制动系统系统+ESP系统的方案，此种方案也称为two-box液压式线控制动系统发展现状two-box优点制动力提升冗余制动备份能量回收液压式线控制动系统系统+ESP系统集成在一个小型轻量级制动模块里。液压式线控制动系统发展现状one-box优点可实现制动能量回收功能，回收率为100%。实现系统减重30%。采用紧凑型装置，提升制动动态效能。04电子驻车制动系统电子驻车制动是指将车辆行驶过程中临时性的制动和停车之后保持较长时间的制动功能整合在一起，并且由电子控制方式实现停车制动的技术。电子驻车制动系统电子驻车制动系统主要特点：减少内部空间的消耗.自由度与传统相比简单省力舒适性不会产生偏差准确性电子驻车制动系统多功能性能够提供各种所需要的功能价格低廉设计与安装成本低电子驻车制动系统结构序号总成名称备注1EPB控制器集成加速度传感器2EPB卡钳与行车制动共用EPB卡钳3EPB开关无GPS接收天线侧视图EPB卡钳EPB卡钳总成包括：直流电机、动力传动机构以及制动钳。电子驻车制动系统GPS接收天线侧视图EPB控制器EPB开关操作方式为拨拉式，EPB开关大多数安装在副仪表台上，它有三个挡位：Neutral、Release和Apply。电子驻车制动系统EPB开关控制器主要包括硬件电路和软件程序两部分，是基于单片机的控制模块。其功能主要是根据来自传感器的信号以及驾驶员的驻车指令，综合判断车辆的状态和驻车意图，来完成驻车动作。电子驻车系统具有手动驻车、手动释放、外部请求驻车、外部请求释放、熄火自动驻车、故障驻车等功能电子驻车制动系统功能及控制逻辑05线控油门系统线控油门系统主要由加速踏板、加速踏板位置传感器以及电子油门控制单元等组成，加速踏板有地板式和悬挂式两种形式，结合加速踏板位置传感器反映操作意图，并将信号传递给控制单元。线控油门系统工作原理及优势线控油门系统线控油门系统拥有控制精度高，结构简单的特点，同时可以根据汽车的工况以及驱动电机的工作状态，结合油门踏板深度（或由CAN总线发送的目标加速度指令），实时调节驱动电机扭矩的大小，合理控制输入电能的大小，减少不必要的大油门，提高驱动电机的工作效率。06线控换挡系统换挡系统的作用是操纵驻车机构和选择前进挡、倒挡和空挡。从传统上来讲，多数换挡系统由换挡杆和变速器内的换挡机构组成。换挡系统限制了换挡杆的结构形式、操作力和模式。换挡位置排列顺序为P、R、N、D。复杂的硬件结构，不利于简化换挡操作。容易导致误换挡操作。传统换挡系统消除了换挡杆与变速器之间的机械连接。通过电控方式选择前进挡、倒挡和空挡。简化了换挡操作。提高了操作的灵活性和精准度。线控换挡系统概述

线控换挡系统既有控制模块，又有执行机构。通常由挡位选择模块、电控单元、执行模块、停车控制ECU、停车执行机构以及挡位指示灯等组成。挡位传感器电控单元换挡电机停车控制ECU停车执行机构线控换挡系统基本原理线控换挡工作原理反应灵敏线控换挡，结构简单，换挡响应快，操控灵敏，能够满足消费者对驾驶体验的需求。节省成本取消了相应的机械部件，结构紧凑，质量轻，减少维护费用。模式优化采用线控换挡系统可大幅度地改进换挡操作性，减少操作量，优化换挡模式，优化布置。消除约束它消除了传统机械部件与变速器联动的约束，从而提升了设计自由度。齿轮切换换挡齿轮的切换由电机驱动，减少了操纵力，提高安全性和舒适性。操作省时当驻车时，只需启动驻车开关就可实现驻车换挡，操作简捷省时，提高了驾驶的便捷性。010203040506线控换挡系统优势07电驱动系统电驱动系统是电动汽车的核心部件，负责将电池中的电能转化为车轮的动能，以推进汽车行驶。定义该系统由电机、电机控制器、减速器和差速器等关键部件组成。组成电驱动系统的定义电驱动系统结构示意图电机的核心是转子和定子，定子是电机的重要组成部分，主要由定子铁芯、定子绕组和机座三部分组成。核心部件磁场对电流受力的作用，磁电动力旋转扭矩，驱动车轮运转。早期的驱动电机采用他励直流电机，但效率低、体积大、质量大，维护量大，散热困难等缺陷。工作原理电力电子技术、大规模集成电路和计算机技术的发展以及新材料的出现和现代控制理论的应用，使得机电一体化的交流驱动系统显示了优越性。交流驱动系统电机常见电机电机类型特点永磁同步电机永磁同步电机采用永磁体产生磁场，与旋转磁场同步运行。永磁同步电机体积小、转换效率高、功率密度大，峰值功率高，控制精度高，但成本较高。开关磁阻电机开关磁阻电机利用磁阻效应产生转矩，不需要永磁体或电刷，结构简单、可靠性高。它们适用于高转矩、低速度应用场景，如混合动力汽车的发动机发电机单元。感应电机感应电机是一种无刷交流电机，通过感应电流产生磁场，从而驱动转子旋转。感应电机结构简单、成本低廉，常用于电动汽车中的低功率应用，如辅助系统和动力辅助单元。异步交流电机异步交流电机体积较大，功率密度较低，峰值功率较低，成本较低。电机控制器在电驱动系统中的作用是协调电机和整车控制器的中间环节，接收整车控制器指令，同时控制电机执行。电机控制器由逆变器和控制器两部分组成。电机控制器功能逆变器接收电池输送过来的直流电能，逆变成三相交流电给汽车电机提供电源。逆变器控制器接受电机转速等信号反馈到仪表，当发生制动或加速行为时，控制器控制变频器频率的升降，从而达到加速或者减速的目的。控制器电机控制器电机控制器控制逻辑示意图一个主从动锥齿轮和一个从动伞齿轮，主动椎齿轮连接传动轴，顺时针旋转，从动伞齿轮贴在其右侧，啮合点向下转动，与车轮前进方向一致。单级减速器双级减速器多了一个中间过渡齿轮，主动椎齿轮左侧与中间齿轮的伞齿部分啮合，伞齿轮同轴有一个小直径的直齿轮，直齿轮与从动齿轮啮合。双级减速器减速器是一种装在原动机与工作机之间用以降低转速，增加扭矩的装置。有的减速器还利用锥齿轮传动以改变动力方向，是汽车传动系统中的主要部件。通过减速器将传动速度降下来以后，能获得比较高的输出扭矩，从而得到较大的驱动力。减速器工作原理改变动力传输的方向。作为变速器的延伸为各个挡位提供一个共同的传动比。主要作用减速器差速器组成差速器工作原理差速器是由左右半轴齿轮、两个行星齿轮及齿轮架组成的一种装置，是为了调整左右轮的转速差而装置的。迫使行星齿轮产生自转，使内侧半轴转速减慢，外侧半轴转速加快，从而实现两边车轮转速的差异，使左右车轮以不同转速滚动。差速器环保性电驱系统不产生尾气排放，没有污染物排放到环境中，符合环保要求。静谧性电驱系统的运行噪音相对较小，可以带来更加舒适的驾驶体验。高效性电驱系统的能量转换效率较高，可以将电池中的电能高效地转化为车轮的动能，从而提高电动汽车的效率和性能。电驱系统的特点与优势组成部件及原理内燃机、离合器、变速箱、传动轴和车轮。内燃机转化燃料为热能，并通过离合器、变速箱和传动轴将动力传递至车轮，从而驱动车辆。环境影响内燃机车的驱动系统消耗大量燃料，产生大量废气和噪音，对环境产生负面影响。结构与维护内燃机车的驱动系统结构复杂，维护成本较高，而电驱系统则相对简单，且维护成本较低。内燃机车的驱动系统电机作为电驱动系统的核心，其性能直接影响电动汽车的性能和效率。随着材料科学、电磁设计、控制算法等技术的不断进步，电机的工作效率、转速范围、转矩输出能力将得到进一步提升。减速器在电驱动系统中起着关键作用，负责将电机的转速和转矩转换为适合车轮转动的值。随着技术的持续优化，减速器的传动效率、噪音和振动将得到改善。线控换挡技术是一种新型的换挡技术，通过传感器和控制器实现换挡机构的精确控制。随着技术的逐渐成熟和应用范围的扩大，线控换挡系统将成为电动汽车中不可或缺的一部分。电机技术的持续进步减速器技术的不断优化线控换挡技术的逐渐成熟电驱动技术发展与趋势分析高效化未来电动汽车驱动系统将采用更先进的电机、减速器和控制算法，提高能量利用效率。同时，重视热能回收和废物利用，增强环保和节能性。通过引入传感器、控制算法和人工智能，驱动系统能实时监测和反馈车辆状态，实现精准控制。此外，与其他系统融合，提供更智能的驾驶体验。随着市场需求和技术发展，驱动系统将适用于多种场景和需求。例如，适应不同路况、支持不同驾驶模式。智能化多样化对未来电动汽车驱动系统的展望08动力电池系统动力电池系统概要动力电池系统结构序号总成名称备注1高压电池无

2四合一集成了配电盒，BMS，OBC，DC-DC3高压线束无

动力电池系统各结构名称345电池基本结构12电池模组电池管理系统电气件热管理PACK结构Texthere动力电池系统技术发展方向高能量密度高安全性系统集成化向固态电池方向发展轻量化09整车控制器系统整车控制器VCU(Vehiclecontrolunit)作为整车的“大脑”，是车辆控制系统的中枢，同时又是车辆和智能控制部分的网关，需要对整车的所有动作进行检测和指挥。整车控制器系统特点三电系统（电池、电机、电控）中体积最小的部件；处理速度比较快,芯片运行频率可达100MHz以上；具有多路电源输出口,硬件资源丰富足够整车使用。车辆控制系统通常采用一体化集成控制与分布式处理相结合的体系结构。各部件具有独立的控制器,整车控制器负责系统中各部件之间的协调工作。为满足系统数据交换量大、实时性强、可靠性高的特点,整个分布式控制系统之间采用CAN总线进行通信。整车控制器基本功能制动控制驻车控制挡位控制驱动控制灯光控制故障安全控制上下电控制接管控制转向控制整车控制器负责控制整车的高低压上下电,包括正常情况以及紧急情况下的逻辑判断和处理。上下电控制低压上电及唤醒高压上电高压下电低压下电接管控制车辆接管模式优先级描述紧急制动第一当接收到紧急制动信号触发时,无论当前车辆处于何种接管状态,都需要立刻转入紧急故障状态,从而确保车辆进入安全模式。遥控器控制第二当满足人工控制条件时,车辆转入遥控器控制状态,此时整车控制系统只响应遥控器控制指令,并向相应执行器件发送指令。平行驾驶控制第三当接收到平行驾驶接管使能信号,且无更高优先级使能触发时,车辆转入平行驾驶控制状态,此时整车控制系统只响应平行驾驶控制指令,并向相应执行器件发送指令。自动驾驶控制第四当接收到自动驾驶接管使能信号,且无更高优先级使能触发时,车辆转入自动驾驶控制状态,此时整车控制系统只响应自动驾驶控制指令,并向相应执行器件发送指令。Standby模式第五当车辆从遥控器接管状态/平行驾驶接管状态/自动驾驶接管状态进入Standby状态时,如果当前挡位状态不是在P挡,整车需转入P挡,其他信号不做变动。整车控制器负责控制整车的高低压上下电,包括正常情况以及紧急情况下的逻辑判断和处理。转向控制制动控制系统主要有以下功能：信息处理及信息反馈、控制决策。制动控制信息处理及信息反馈整车控制器接收到自动驾驶系统的制动开度信号时,需要将开度信号转换为制动压力后,转发给制动控制系统。制动压力=制动开度×50整车控制器需要将制动控制系统反馈的实际制动力转换为制动开度,反馈给自动驾驶控制系统制动开度=实际反馈制动力/50控制决策整车控制器接收到制动请求时,主动释放驱动扭矩,向电机控制器发送驱动扭矩为0的指令,不响应任何驱动指令;待制动请求解除后,再响应驱动指令。制动系统执行流程驻车控制（车速大于5km/h）整车控制器自动驾驶系统制动系统电机控制器下发驻车指令发送扭矩控制指令为0N·m发送最大允许制动请求发送驻车请求信号电子驻车系统发送驻车指令驻车控制（车速小于5km/h）整车控制器自动驾驶系统电机控制器下发驻车指令发送扭矩控制指令为0N·m电子驻车系统发送驻车指令当整车控制器接收到自动驾驶系统发送的挡位请求时,需要根据当前的车辆状态,判定是否执行改变当前挡位。如果满足判定条件,则转入对应挡位;如果不满足判定条件,则对挡位请求信号不响应。挡位控制挡位介绍P挡：停车挡；R挡：倒车挡；N挡：空挡；D挡：前进挡；M挡：手动挡。驱动控制驱动控制架构整车控制器指示驱动电机转向指令分为三种模式:Standby模式、正向模式、反向模式。驱动控制Standby模式当接管状态处于Standby模式时,整车控制器指示驱动电机进入Standby模式,此模式下,电机不响应“驱动电机需求扭矩指令”“驱动电机需求转速指令”。反向模式当整车控制器处于R挡,或R挡转入其他非D挡时,整车控制器接收到自动驾驶系统的扭矩请求,指示驱动电机转向为“反向模式”,此模式下,电机控制器控制电机反转。正向模式当整车控制器处于D挡,或D挡转入其他非R挡时,整车控制器接收到自动驾驶系统的扭矩请求,指示驱动电机转向为“正向模式”,此模式下,电机