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1、第第13章汽车新型电子控制系统章汽车新型电子控制系统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）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（GPS）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
2、地给驾驶者提供左右转弯及路名等语音指示。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觉指示语音和视觉指示；系统能确定车辆是否“偏离路线”即偏离规划路段；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。第一节车载导航系统第一节车载导航系统图14-1 车载导航系统的
3、组成和布置1.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14-2 道路地图数据示意图a）根据地形数据的作图 b）属性数据2.道路地图数据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 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3.汽车导航传感器汽车导航传感器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
4、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。利用这个性利用这个性质质，可对空间物体的姿势姿势（侧倾、纵向侧倾、纵向倾斜、偏转等倾斜、偏转等）或或速速度进行检度进行检测测。它常用于船舶和飞机等的自动操纵自动操纵和摇动摇动稳定性控稳定性控制制装装置置上上。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:振动陀螺是对振动板附加角振动板附加角速速度度时，测定作用在与振动相垂直方向上的哥氏力哥氏力，来求角角速速度度的方式。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图14-7 光纤维陀螺a）
5、原理 b）相位调制方式电路3)气体气体速速率率陀螺陀螺仪仪基基本原理：本原理：对喷嘴喷射的氦气流施以角速度时，气流由于惯性而弯曲。图14-8 气体速率陀螺仪a）结构 b）原理4)GPSGPS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。图14-9 GPSa）卫星轨道 b）测定原理GPS系统是在地球的上空20183km处的6个个轨轨道道面面上，按等间隔分别布置3个个，计18个个轨轨道卫星道卫星。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
6、共21个个GPS卫星卫星。5)信标信标电波电波式式和光式光式两种。建设正在开发的电波信标，用2.5GHz频带的微电波微电波，现正在开发的光信标，用波波长长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，接收接收电波电波或光或光信信号号。来自信标的信息是属于点式点式信信息息，但也可以用于推测导航法的误差补偿误差补偿上。4.地图微调导航法地图微调导航法在汽车位置推测导航法中，对由于方方位位没没定的定的误差误差、各种各种传感器的传感器的误差误差、道路地图道路地图与实际与实际道路道路之间之间的的不不重合重合等而引起的累积误差需要及时补偿。所谓地图微
7、调地图微调，是指将通过推测导航法得到行驶轨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。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图14-10 地图微调a）车辆位置修正 b）多经路追迹第二节 整车综合控制系统第二节 整车综合控制系统底底盘盘和车车身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1.电子稳定程序控制系统（电子稳定程序控制系统（ESP）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）超过车轮的侧侧向抓向抓地
8、地力力时，汽车的方向操纵能力将大大降低，甚至失控，从而严重影响行车安全。在直线行驶时，制制动力动力分分配不均配不均的制动工况在冰雪冰雪路路面面上的加速工况高高速速转弯转弯工况急转弯急转弯工况方向失方向失控的控的工况工况ESP解决能保证车辆稳定运行，大大提高了行车安全性图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）不足转向2.主动式车身状态控制系统主动式车
9、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。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（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
10、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。4.驾驶员智能支持系统驾
11、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（ASV），），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。控制车速控制车速及与前及与前车的车的距离距
12、离控制控制HIDS车车在在车道车道中心中心位置位置偏移偏移警告警告人人机界机界面面第三节 汽车稳定性控制系统（第三节 汽车稳定性控制系统（VSC）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、和紧紧急急避让避让，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.转弯转弯界限界限上上车车辆辆的的不不稳定性稳定性图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
13、关系2.汽车稳定性控制系统的控制汽车稳定性控制系统的控制方方法法转向操纵不稳定现象是伴随前后轮的侧侧滑滑及横横摆运摆运动动而产生的，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。1）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；2）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）抑抑制制过过量量不不足足转向转向工程实际中，较简化的控制方式有以下两种。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）抑抑制制过过量量过过多转向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
14、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汽车稳定性控制系统的组组成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.主要部件主要部件的的结构结构和和原理原理减速度传感器减速度传感器图14-18 减速度传感器图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
15、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。ECUECU除正常控制ABS、TRC和VSC之外，还有下列作用：1）初始初始检检查查当点火开关转到ON位置，并且车速达到或接近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）自自诊断诊断如果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。
16、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）失失效保护效保护如果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。5.汽车稳定性控制系统的汽车稳定性控制系统的工工作过程作过程工工作作原理：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
17、轮按需要制动。图14-20 VSC工作过程第四节汽车电子伺服操纵第四节汽车电子伺服操纵目前，汽车在行驶中的一切运动方式，如加速、制动和转向等都是由驾驶员来操纵；但是未来的汽车电子技术将使情况彻底改观，各种操纵都不再通过一些机械传动来实现，而是用电路将汽车的各个操纵系统连接起来。遍布全车的传感器将信息传送到电子控制组件（模块）处，控制组件向各系统的执行机构发出指令，使各系统动作起来，实现不同的操纵。它们都是一些智能系统，能不间断地监视路面和车辆性能。例例如如，电子伺服节气门控制（电子伺服节气门控制（Throttle-by-wire），是一个由踏板加传感器构成的组件，传感器把驾驶员加速的意图传达给
18、发动机电子控制系统，同时以踏力给驾驶员以反馈。发动机管理系统命令电动机将节气门调到适当开度，并同步调节空气、燃油和排气量，从而使汽车加速。电子伺服油门控制，将使传统的油门拉线“寿终正寝”。除了电子伺服节气门控制，德尔福研究中心正在开发的电子伺服油门控制和电子伺服制动、戴姆勒克莱斯勒公司推出的测控一体化制动系统、电子伺服转向、电子伺服悬架控制、电子伺服侧倾控制等不但能提高车辆的性能，改善对环境的保护，还可取消车上某些传统的机械装置，腾出车上的空间，减轻重量，而且还简化了装配作业，可谓好处良多。第五节 数字化革命第五节 数字化革命国外称汽车为“轮轮子子上上的的计算机计算机”，预计将来评价一辆汽车的
19、先进程度，不是看其发动机的功率有多大，而主要看其芯片的计算能力有多强。计算机是用来进行数字运算与传送的，用计算机专业人士的话来说，计算机可以处理的一切问题都是被数字化了的问题，或者说“问题的数字化”。历史上机械工程师一直主宰着汽车的命运，可现在电气工程师成了主宰。随着电子技术中融进更多微机的功能，计算机软件的创造者和供应者将起新的更大的作用。专家预言，我们将看到国际商用机器公司和惠普（HP）公司等计算机行业的大户跻身于主要汽车零部件供应商的队伍中；而且我们还将看到在汽车制造厂家和软件供应商之间爆发一场权利之争，汽车软件设计的知识产权归谁所有？也许你能通过安装一个新的软件程序而改变了发动机的性能，那发动机算谁的？因此，在知识经济时代最明智的做法是：汽车零部件制造厂家和软件供应商之间相互配合、通力合作，通过添加软件装置不断提高汽车总成或系统的知识含量和科技含量，并以此来争夺汽车市场。思考题与习题:1.简述车载导航系统需满足的基本要求。2.简述车载导航系统的基本组成及其功能。3.分析驾驶员智能支持系统具有的功能。