汽车底盘电控技术h学习教案.pptx

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1、会计学1汽车底盘电控技术汽车底盘电控技术(jsh)h第一页，共58页。学习学习(xux)目的目的掌握ABS、ASR控制系统的构成、工作原理与控制策略了解汽车稳定性控制系统ESP的构成、工作原理与控制策略了解悬架电控系统的结构形式、工作原理掌握电动(din dn)助力转向EPS的构成、工作原理与控制策略第1页/共58页第二页，共58页。4 汽车底盘电控技术汽车底盘电控技术(jsh)n n制动防抱死电控系统(xtng)ABSn n驱动防滑电控系统(xtng)ASRn n车辆稳定性控制系统(xtng)ESPn n转向电控系统(xtng)n n电控悬架第2页/共58页第三页，共58页。4.1 制动制动

2、(zh dn)防抱死电控系防抱死电控系统统ABS一、概述一、概述(i sh)i sh)1 1、制动抱死的不利影响、制动抱死的不利影响 制动距离制动距离 方向稳定性方向稳定性 轮胎磨损轮胎磨损 2 2、发展历史、发展历史 1954 1954 福特将民航用福特将民航用ABSABS应用到林肯轿车应用到林肯轿车 20 20世纪世纪7070年代初，开始出现电子控制年代初，开始出现电子控制ABSABS 70 70年代后期，计算机控制年代后期，计算机控制ABSABS开始出现开始出现 90 90年代，年代，ABSABS技术成熟技术成熟前轮抱死后轮抱死第3页/共58页第四页，共58页。4.1 制动制动(zh d

3、n)防抱死电防抱死电控系统控系统ABS二、二、ABSABS的基本原理的基本原理 1 1、车轮的滚动、车轮的滚动(g(g ndng)ndng)状态状态纵向附着系数(xsh)侧向附着系数(xsh)滑移率第4页/共58页第五页，共58页。4.1 制动制动(zh dn)防抱死电控系防抱死电控系统统ABSABSABS布置布置(bzh)(bzh)形式形式四通道ABS三通道ABS（前轮单独控制，后轮低选控制）第5页/共58页第六页，共58页。4.1 制动制动(zh dn)防抱死电控系防抱死电控系统统ABS三、ABS的构成 传统(chuntng)制动组件 制动压力调节器 轮速传感器 电子控制单元 第6页/共5

4、8页第七页，共58页。4.1 制动制动(zh dn)防抱死电控系防抱死电控系统统ABS一、制动(zh dn)压力调节器 1作用在ECU控制下，调节作用在制动(zh dn)轮缸上的压力 2种类液压式、气压式 3液压式制动(zh dn)压力调节器流通调压式变容调压式第7页/共58页第八页，共58页。4.1 制动制动(zh dn)防抱死电控系防抱死电控系统统ABS 4 4 流通式调压器响应特性流通式调压器响应特性流通式调压器响应特性流通式调压器响应特性 电磁阀的响应决定调压器的响应电磁阀的响应决定调压器的响应电磁阀的响应决定调压器的响应电磁阀的响应决定调压器的响应 评价参数：电磁阀的吸合和释放时间评

5、价参数：电磁阀的吸合和释放时间评价参数：电磁阀的吸合和释放时间评价参数：电磁阀的吸合和释放时间 影响因素：影响因素：影响因素：影响因素：弹簧反力弹簧反力弹簧反力弹簧反力 驱动驱动驱动驱动(q dn(q dn)电压电压电压电压第8页/共58页第九页，共58页。4.1 制动制动(zh dn)防抱死电控系防抱死电控系统统ABS二、轮速传感器 轮速-滑移(hu y)率-压力控制 电磁式轮速传感器 霍尔效应轮速传感器 轮速测量过程电磁感应式输出信号特点第9页/共58页第十页，共58页。4.1 制动制动(zh dn)防抱死电控系防抱死电控系统统ABS滑移率计算？滑移率计算？轮速轮速 车速车速 硬件硬件(y

6、n(yn jin)jin)：多普勒雷达测速、：多普勒雷达测速、加速度传感器测加速度传感器测速速 软件：固定斜率法、最大轮速斜率法软件：固定斜率法、最大轮速斜率法轮加速度计算？轮加速度计算？直接微分法，噪声不可接受直接微分法，噪声不可接受 斜率法（最小二乘法）斜率法（最小二乘法）第10页/共58页第十一页，共58页。4.1 制动制动(zh dn)防防抱死电控系统抱死电控系统ABS三、电子控制单元ECU1、硬件电源电路(dinl)输入电路(dinl)输出电路(dinl)故障诊断电路(dinl)第11页/共58页第十二页，共58页。4.1 制动制动(zh dn)防抱死电控系防抱死电控系统统ABS2

7、2 2 2、软件、软件、软件、软件(run jin)(run jin)(run jin)(run jin)AA第12页/共58页第十三页，共58页。4.1 制动制动(zh dn)防抱死电控系防抱死电控系统统ABS四、ABS控制逻辑 门限逻辑以轮加速度为主门限，滑移率为辅门限 不同路面采取不同的控制逻辑与门限 1、直线(zhxin)高附着路面的控制第13页/共58页第十四页，共58页。4.1 制动制动(zh dn)防抱死电控系防抱死电控系统统ABS2.2.直线低附着路面直线低附着路面(lmin)(lmin)的控制的控制低附着系数路面判别：低附着系数路面判别：阶段阶段3保压时限内，轮加速度没有保压

8、时限内，轮加速度没有(mi yu)达到达到+a，而滑移率大于，而滑移率大于S第14页/共58页第十五页，共58页。4.1 制动制动(zh dn)防抱死电控系防抱死电控系统统ABS3 3 分离路面制动的控制分离路面制动的控制 分离路面分离路面左右侧附着系数左右侧附着系数(xsh)(xsh)不同不同 车辆制动会存在什么问题？车辆制动会存在什么问题？控制策略：控制策略：低选法低选法 修正的单轮调节法修正的单轮调节法GMAGMA跑偏跑偏1、主缸压力2、5单独控制压力3、GMA1控制压力4.GMA2 控制压力第15页/共58页第十六页，共58页。4.2 驱动驱动(q dn)防滑控制防滑控制ASR一、概述

9、一、概述 1.1.什么是什么是ASRASR？2.ASR 2.ASR作用作用 提高驱动能力提高驱动能力 提高操纵稳定性提高操纵稳定性 降低轮胎降低轮胎(lnti)(lnti)磨损磨损 3.3.驱动防滑的控制手段驱动防滑的控制手段 发动机输出转矩控制发动机输出转矩控制 节气门、点火提前、断油节气门、点火提前、断油 驱动车轮制动控制驱动车轮制动控制 差速锁止控制差速锁止控制第16页/共58页第十七页，共58页。4.2 驱动驱动(q dn)防滑控制防滑控制ASR二、典型(dinxng)ASR控制系统第17页/共58页第十八页，共58页。4.2 驱动驱动(q dn)防滑控制防滑控制ASR三、三、ASRA

10、SR电子控制单元电子控制单元(dnyun)(dnyun)框图框图第18页/共58页第十九页，共58页。4.2 驱动驱动(q dn)防滑控制防滑控制ASR四、ASR控制方法(fngf)1、节气门控制方法(fngf)2、制动控制方法(fngf)第19页/共58页第二十页，共58页。4.3 车辆车辆(chling)稳定性控制稳定性控制ESP一、概述一、概述 回顾：回顾：ABS ABS、ASRASR提高车辆稳定性的提高车辆稳定性的原理原理 ESP ESP的工作原理？的工作原理？ESP ESP发展历史发展历史(lsh(lsh)1 1）ABS/TCS ABS/TCS 降低滑移率提高侧向附降低滑移率提高侧向

11、附着能力着能力 极限转向、制动转向、驱动转向、外极限转向、制动转向、驱动转向、外界干扰控制能力差界干扰控制能力差 2 2）2020世纪世纪9090年代，第一代年代，第一代DSCDSC 转向角度测量，横摆角速度间接测量转向角度测量，横摆角速度间接测量 3 3）新一代稳定性控制系统）新一代稳定性控制系统 侧滑加速度、横摆角速度测量与控制侧滑加速度、横摆角速度测量与控制 四轮转向与四轮转向与ESPESP集成集成 独立轮驱独立轮驱/制动控制制动控制第20页/共58页第二十一页，共58页。4.3 车辆车辆(chling)稳定性控制稳定性控制ESP二、ESP的力学基础 1、轮胎(lnti)受力 2、侧偏力

12、与侧偏角 3、侧偏力与纵向力第21页/共58页第二十二页，共58页。4.3 车辆车辆(chling)稳定性控制稳定性控制ESP两轮力学两轮力学(l xu)模型模型决定车辆决定车辆(chling)的动力学响的动力学响应应第22页/共58页第二十三页，共58页。4.3 车辆车辆(chling)稳定性控制稳定性控制ESP三、车辆稳定性控制实现(shxin)途径1、驱、制动力控制2、转向控制第23页/共58页第二十四页，共58页。4.3 车辆车辆(chling)稳定性控制稳定性控制ESP四、四、ESPESP的构成的构成(guchng)(guchng)第24页/共58页第二十五页，共58页。4.3 车辆

13、车辆(chling)稳定性控制稳定性控制ESP五、控制策略1、逻辑门限(mnxin)2、滑模控制3、PID4、模糊控制5、鲁棒控制第25页/共58页第二十六页，共58页。4.3 车辆车辆(chling)稳定性控制稳定性控制ESP 逻辑门限法逻辑门限法 1 1）稳定性评价）稳定性评价(pngji)(pngji)横摆角速度、侧滑角横摆角速度、侧滑角 2 2）参考门限）参考门限 线性两自由度参考模型线性两自由度参考模型 仅横摆控制侧滑角稳定性准则第26页/共58页第二十七页，共58页。4.3 车辆车辆(chling)稳定性控制稳定性控制ESP滑模(hu m)控制原理 人-车-路：时变、非线性、不确定

14、性 对象描述：控制率：满足：第27页/共58页第二十八页，共58页。4.3 车辆车辆(chling)稳定性控制稳定性控制ESP车辆模型滑模控制器参考模型转向角VyVxrrdErTr滑模ESP控制器框图第28页/共58页第二十九页，共58页。4.3 车辆车辆(chling)稳定性控制稳定性控制ESP对象模型描述（两自由度线性模型）切换函数(hnsh)以横摆为控制目标，侧滑？采用如下到达率又CT=0 1 第29页/共58页第三十页，共58页。4.3 车辆车辆(chling)稳定性控制稳定性控制ESP 滑模控制率滑模控制率滑模控制率滑模控制率 稳定性分析稳定性分析稳定性分析稳定性分析 若系统若系统若

15、系统若系统(xt(xt ng)ng)不确定性及建模误不确定性及建模误不确定性及建模误不确定性及建模误差差差差d d 只要只要只要只要d d有界，总存在有界，总存在有界，总存在有界，总存在 使得使得使得使得 则到达率改写成则到达率改写成则到达率改写成则到达率改写成K1=(KCTd)0 第30页/共58页第三十一页，共58页。4.3 车辆车辆(chling)稳定性控制稳定性控制ESP抖振 不可避免 降低抖挣，鲁棒性降低减小抖振方法 滑模边界减小控制强度，用如下(rxi)函数代替sgn(S)第31页/共58页第三十二页，共58页。4.3 车辆车辆(chling)稳定性控制稳定性控制ESP 侧滑的控制

16、(kngzh)VyKrVy_dead1Vy_sat横摆速度增益函数与侧滑速度侧滑控制(kngzh)转向特性响应滞后第32页/共58页第三十三页，共58页。车辆阶跃转向输入动态响应工况：车速30m/s阶跃转向(zhunxing)0.02rad附着峰值 0.8第33页/共58页第三十四页，共58页。车辆阶跃转向输入动态响应工况：车速10m/s阶跃转向0.4rad附着(fzhu)峰值 0.4第34页/共58页第三十五页，共58页。4.4电控转向电控转向(zhunxing)系统系统一、概述1、转向(zhunxing)系统的基本要求：1）良好操纵性，灵活、平顺 2）合适转向(zhunxing)力和位置感

17、 3）回正功能 4）路感 5）工作可靠 6）节能、噪声小 第35页/共58页第三十六页，共58页。4.4电控转向电控转向(zhunxing)系统系统2 2、电控转向系统的分类、电控转向系统的分类、电控转向系统的分类、电控转向系统的分类1 1）电子可变量）电子可变量）电子可变量）电子可变量(binling)(binling)孔助力转向孔助力转向孔助力转向孔助力转向2 2）旁通式助力转向）旁通式助力转向）旁通式助力转向）旁通式助力转向3 3）反力式助力转向）反力式助力转向）反力式助力转向）反力式助力转向4 4）电磁式助力转向）电磁式助力转向）电磁式助力转向）电磁式助力转向5 5）电动液压助力转向）

18、电动液压助力转向）电动液压助力转向）电动液压助力转向6 6）电动助力转向）电动助力转向）电动助力转向）电动助力转向电控液压助力电控液压助力(zh l)第36页/共58页第三十七页，共58页。4.4电控转向电控转向(zhunxing)系统系统二、旁通式助力二、旁通式助力(zh l)(zh l)转向转向该类液压助力的缺点：该类液压助力的缺点：油泵油泵(yubng)由发动机由发动机驱动，功耗大驱动，功耗大第37页/共58页第三十八页，共58页。4.4电控转向电控转向(zhunxing)系统系统三、电动(din dn)液压助力转向系统第38页/共58页第三十九页，共58页。4.4电控转向电控转向(zh

19、unxing)系统系统1、转向(zhunxing)助力器结构第39页/共58页第四十页，共58页。4.4电控转向电控转向(zhunxing)系统系统2、控制系统 控制策略：电枢(din sh)电压电机转速/转矩供油压力助力第40页/共58页第四十一页，共58页。4.4电控转向电控转向(zhunxing)系统系统四、电动助力转向（EPS）1、特点 液压转向系统的缺点(qudin)：结构复杂、功率消耗大、泄漏 电动助力优点：结构简单、能耗低、精确助力第41页/共58页第四十二页，共58页。4.4电控转向电控转向(zhunxing)系统系统1 EPS1 EPS分类分类(fn li)(fn li)1

20、1）转向轴助力）转向轴助力 结构紧凑、直接测量方向盘转矩，响应好结构紧凑、直接测量方向盘转矩，响应好 要求电机噪声和振动小要求电机噪声和振动小 2 2）小齿轮助力）小齿轮助力 布置方便、助动力大布置方便、助动力大 转向盘与转向器间有万向节，助力特性控制困难转向盘与转向器间有万向节，助力特性控制困难 3 3）齿条助力）齿条助力 助动力最大，用于大转向轴载荷助动力最大，用于大转向轴载荷第42页/共58页第四十三页，共58页。4.4电控转向电控转向(zhunxing)系统系统2 2、EPSEPS的基本的基本(jbn)(jbn)结构结构第43页/共58页第四十四页，共58页。4.4电控转向电控转向(z

21、hunxing)系统系统1 1）扭矩传感器）扭矩传感器2 2）电机）电机 无刷永磁直流电机无刷永磁直流电机 特点特点(tdi(tdi n)n)：低速大扭矩：低速大扭矩 功率密度高功率密度高 控制简单，只需增量位置传感器控制简单，只需增量位置传感器3 3）减速机与离合器）减速机与离合器 降速增矩降速增矩 高速：离合器分离，机械转向不受电机惯性影响高速：离合器分离，机械转向不受电机惯性影响 故障：离合器分离故障：离合器分离转矩传感器第44页/共58页第四十五页，共58页。4.4电控转向电控转向(zhunxing)系统系统4 4）EPSEPS控制系统控制系统(kn(kn zh x t zh x t

22、n n)第45页/共58页第四十六页，共58页。4.4电控转向电控转向(zhunxing)系统系统5 5）电机驱动控制）电机驱动控制(kngzh)(kngzh)HH桥驱动桥驱动PWMPWM控制控制(kngzh)(kngzh)方式：双极、单极、受限单极方式：双极、单极、受限单极第46页/共58页第四十七页，共58页。4.4电控转向电控转向(zhunxing)系统系统3、EPS助力特性(txng)定义助力随汽车运动状态和方向盘手力变化而变化的规律 目标停车和低速时转向轻便，高速时操纵稳定性1 无助力特性2 助力特性：非线性3 带助力的特性第47页/共58页第四十八页，共58页。4.4电控转向电控转

23、向(zhunxing)系统系统 4 4、EPSEPS的控制目标的控制目标 1 1）助力控制。减小转向操纵力，提供较好的路感助力控制。减小转向操纵力，提供较好的路感 2 2）提高）提高(t go)(t go)转向盘回正特性，快速准确、避免转向盘回正特性，快速准确、避免高速回正摆振高速回正摆振 控制目标控制目标1 1实现方法实现方法 电枢电压控制：方向盘转矩、转速和车速电枢电压控制：方向盘转矩、转速和车速 电流控制电流控制 ：方向盘转矩和车速：方向盘转矩和车速 直接方向盘转矩控制：方向盘转角、转矩和车速直接方向盘转矩控制：方向盘转角、转矩和车速 控制目标控制目标2 2实现方法实现方法 方向盘回正控

24、制：基于转向角传感器方向盘回正控制：基于转向角传感器 基于电机转速积分估计转向盘位置基于电机转速积分估计转向盘位置第48页/共58页第四十九页，共58页。4.4电控转向电控转向(zhunxing)系统系统3）电机电流控制策略 转向过程中 输入：转向盘转矩，车速 输出(shch)：查表计算电机控制电流 电流闭环控制 补偿控制补偿控制 1 引入微分控制：降低引入微分控制：降低(jingd)助力增益变化对系助力增益变化对系统响应的影响统响应的影响 2 引入方向盘转速补偿：转速引入方向盘转速补偿：转速 补偿电流补偿电流第49页/共58页第五十页，共58页。4.4电控转向电控转向(zhunxing)系统

25、系统 回正控制回正控制回正控制回正控制 回正特点：低速时侧向力和回正力矩小，回正慢回正特点：低速时侧向力和回正力矩小，回正慢回正特点：低速时侧向力和回正力矩小，回正慢回正特点：低速时侧向力和回正力矩小，回正慢 高速时回正力大，容易引起摆振高速时回正力大，容易引起摆振高速时回正力大，容易引起摆振高速时回正力大，容易引起摆振 回正操作的判断回正操作的判断回正操作的判断回正操作的判断(pndun)(pndun)：方向盘力矩微分：方向盘力矩微分：方向盘力矩微分：方向盘力矩微分 回正电流控制：回正电流控制：回正电流控制：回正电流控制：低速时电流快速衰减低速时电流快速衰减低速时电流快速衰减低速时电流快速衰

26、减 高速时电流逐渐衰减高速时电流逐渐衰减高速时电流逐渐衰减高速时电流逐渐衰减第50页/共58页第五十一页，共58页。4.4电控转向电控转向(zhunxing)系统系统中位控制中位控制 中位控制特点：中位控制特点：转向转向(zhunxing)系惯性增加，回中系惯性增加，回中位不易收敛位不易收敛 高速行驶时扰动高速行驶时扰动 控制方法：控制方法：电机短路形成阻尼电机短路形成阻尼 第51页/共58页第五十二页，共58页。4.5电控悬架电控悬架一、概述 悬架设计：平顺性与操纵性的矛盾 1、被动悬架的缺点刚度、阻尼固定 2、电控悬架 刚度、阻尼可调 3、电控悬架种类 主动悬架：通过动作(dngzu)器产

27、生主动控制力，实现悬架参数的控制。（60年代的液压伺服主动悬架）半主动悬架：通过伺服控制机构直接调节悬架参数 参数调节方法：预置、接近实时的调节、实时调节第52页/共58页第五十三页，共58页。4.5电控悬架电控悬架二、丰田(fn tin)电控悬架（EMAS）第53页/共58页第五十四页，共58页。4.5电控悬架电控悬架1 1、阻尼控制、阻尼控制、阻尼控制、阻尼控制(kngzh)(kngzh)方法方法方法方法第54页/共58页第五十五页，共58页。4.5电控悬架电控悬架2 2、刚度控制、刚度控制、刚度控制、刚度控制(kngzh)(kngzh)方法方法方法方法第55页/共58页第五十六页，共58

28、页。4.5电控悬架电控悬架3 3、车高控制、车高控制、车高控制、车高控制(kngzh)(kngzh)方法方法方法方法第56页/共58页第五十七页，共58页。4.5电控悬架电控悬架4 4、阻尼刚度的控制策略、阻尼刚度的控制策略、阻尼刚度的控制策略、阻尼刚度的控制策略1 1）起步、制动、急转弯和高速（）起步、制动、急转弯和高速（）起步、制动、急转弯和高速（）起步、制动、急转弯和高速（100100公里公里公里公里/小时以上）选小时以上）选小时以上）选小时以上）选择择择择(xu(xu nz)nz)运动（硬）改善操纵稳定性运动（硬）改善操纵稳定性运动（硬）改善操纵稳定性运动（硬）改善操纵稳定性 2 2）

29、低速（）低速（）低速（）低速（4040公里公里公里公里/小时以下）选择小时以下）选择小时以下）选择小时以下）选择(xu(xu nz)nz)舒适（软）舒适（软）舒适（软）舒适（软）得到好的平顺性得到好的平顺性得到好的平顺性得到好的平顺性 3 3）中速（）中速（）中速（）中速（40-10040-100公里公里公里公里/小时）选择小时）选择小时）选择小时）选择(xu(xu nz)nz)正常（中）正常（中）正常（中）正常（中）兼顾平顺性与操纵稳定性兼顾平顺性与操纵稳定性兼顾平顺性与操纵稳定性兼顾平顺性与操纵稳定性.5 5、车身高度调节策略、车身高度调节策略、车身高度调节策略、车身高度调节策略 1 1）自动高度控制）自动高度控制）自动高度控制）自动高度控制 保证悬架行程、保持大灯光束方向保证悬架行程、保持大灯光束方向保证悬架行程、保持大灯光束方向保证悬架行程、保持大灯光束方向 2 2）高速控制）高速控制）高速控制）高速控制 降低风阻、提高稳定性降低风阻、提高稳定性降低风阻、提高稳定性降低风阻、提高稳定性第57页/共58页第五十八页，共58页。