做菠菜网站代理,软件开发专业就业,上海市网站,网络工程师培训一般多少钱目录
1.基本功能概述
2. 基本工作原理分析
2.1 Two-Box系统架构(Bosch_IBooster)
2.2 One-Box系统架构(Bosch_IPB)
2.3 ABS技术
2.4 TCS技术
2.5 VDC技术
2.6 EPB技术
2.7 小结
3. 该场景应用发展趋势分析 1.基本功能概述 传统汽车的底盘主要由传动系、…目录
1.基本功能概述
2. 基本工作原理分析
2.1 Two-Box系统架构(Bosch_IBooster)
2.2 One-Box系统架构(Bosch_IPB)
2.3 ABS技术
2.4 TCS技术
2.5 VDC技术
2.6 EPB技术
2.7 小结
3. 该场景应用发展趋势分析 1.基本功能概述 传统汽车的底盘主要由传动系、行驶系、转向系和制动系四部分组成除了支撑汽车的发动机及其他零部件外还具有接收驾驶员的操作指令使汽车实现行驶、转向以及制动等功能 是燃油车的重要组成部分。其中传动系、行驶系、转向系以及制动系四部分相互连通、相辅相成共同构成了汽车底盘也构成了线控底盘技术的基础。 图 1 传统汽车底盘机械结构 制动系主要由制动器、助力器、制动片等部件组成主要功能是降低处于行驶过程中汽车的速度或使其停止大致可分为行车制动和驻车制动。其中行车制动主要用于行车时降低行车速度或使汽车停止驻车制动主要用于停车后防止汽车发生滑动。 制动技术可分为气压制动和液压制动通用和福特分别于1934年和1939年采用了液压制动技术。后续历经多次迭代到20世纪50年代液压助力制动器已开始规模化量产上车成为后机械式制动时代的主流制动方案。以一辆配备液压制动系统的传统乘用车为例其制动系统主要包括制动踏板、真空助力器、制动液、制动油管、制动主缸、制动轮缸以及车轮制动器当驾驶员踩住制动踏板时发生作用力推动真空助力器的后腔进气控制阀打开随即后腔充气使压力大于前腔形成压力差从而将制动力放大形成对制动主缸推杆向前的推力推动制动主缸内的液体进入制动管路形成车轮制动力由此车轮制动器得以执行制动操作。 图 2 真空助力器伺服制动原理 此外随着汽车电子技术的发展人们以液压制动系统为基础增加了很多制动辅助系统例如制动防抱死系统ABS、1978年博世首发、牵引力控制系统TCS、1986 年博世首发、稳定性控制系统VDC、1992年博世首发并推出同时集成 ABS/TCS/VDC 功能的划时代产品ESP、自动驻车功能AUTOHOLD、陡坡缓降控制HDC、刹车优先系统BOS等均是在原液压制动系统中增设一套液压控制装置控制制动管路中制动液的增减以控制制动压力的变化适用于不同场景。 在新能源汽车时代由于车内失去了由发动机产生的真空压力来源倒逼制动系统再次改造升级。目前针对此问题提出了智能刹车系统IBS的概念主要有两种解决方案分别为电子真空泵EVP方案和线控制动方案EMB/EHB
1EVP方案在原有真空助力液压制动系统中增加EVPElectronics Vacum Pump,电子真空泵、PTSPedal Travel Sensor,踏板行程传感器和气压传感器。
EVP的作用是为真空助力器提供动力源因为电驱动乘用车没有传统的发动机无法为真空助力器提供真空度真空助力器无真空下无法提供制动助力。该系统通常还会带一个真空罐用于存储一定容积的真空使系统的真空度更稳定同时降低EVP的启动频次增长EVP使用寿命。PTS主要是为了给电机控制器提供制动信号有效利用制动空行程进行能量回收提高能量回收率。
2线控制动方案相较于传统的液压制动线控制动以电子助力器替代了真空助力、以导线替代液压/气压管路。其工作原理为通过油门踏板传感器将驾驶人实际操作转变成电信号 传递给ECUECU对传输来的相关指令实施综合计算传感器监测油门踏板的行程和力 车速传感器判断汽车是否处于正常减速中若判定为正常动作则将信号再次传递给制动执行器最终实现制动。 图 3 线控制动原理
2. 基本工作原理分析 以市面常见的线控制动系统为例根据有无液压后备分为EHB电子液压制动和EMB电子机械制动。其中EHB实现难度较低仅用电子元件替代传统制动系统中的部分机械元件保留传统的液压管路当线控系统失效时备用阀打开即可变成传统的液压制动系统因此也可理解为线控制动系统发展的第一阶段。
EHB根据集成度分为两种方案: Two-Box和One-Box。
Two-Box方案中ESC和电子助力器是相互独立的模块二者互为备份冗余One-Box方案中ESC与电子助力器集成为一个模块须额外增加备份冗余系统满足自动驾驶的需求。One-Box 方案具有集成度高、成本低、能量回收效率高等优势逐渐成为线控制动的主流方案。 图 4 EHB分类
2.1 Two-Box系统架构(Bosch_IBooster) 目前市面常见的智能刹车系统多为Two-Box架构通过以eBoosterESC组合的方案。
ESC和eBooster在车上共用一套液压系统两者协调工作原理如下
eBooster和ESC共用一套制动油壶、制动主缸和制动管路。eBooster内的助力电机产生驱动力推动主缸活塞运动使油壶中的制动液流入主缸管路并进入ESC进液阀经ESC中的调压阀和进液阀流入4个轮缸从而建立起制动力。当eBooster不工作时ESC也可以独立控制制动液从主缸流入轮缸从而建立制动力。eBooster建压的动态响应速度比ESC主动建压更快且NVH表现更好因此eBooster是制动控制系统中的主执行机构。 图 5 Two-Box系统架构 在正常功能下eBooster通过控制助力单元高效精准地辅助驾驶员制动当eBooster出现故障而导致助力系统失效时eBooster请求ESC激活HBCHydraulic Brake Failure Compensation功能HBC功能激活后当驾驶员踩下制动踏板时主缸压力发生变化HBC功能根据主缸压力变化识别驾驶员制动意图并控制建压泵工作主动建立轮缸压力从而实现驾驶员助力。而在eBooster和ESC都失效的情况下如整车电源故障驾驶员踩下制动踏板踏板力直接作用在推杆上推杆推动主缸活塞移动使主缸液压流入轮缸从而产生制动力该过程为纯机械建压。 图 6 ESC降级策略 2.2 One-Box系统架构(Bosch_IPB) 以One-Box为例从硬件构型来看汽车线控制动系统仅由一个ECU和一个制动单元来构成从软件控制来看线控制动系统仅由一个ECU控制该ECU一般称为ESCESC包含主要功能有ABS、VCS、VDC、制动能量回收等功能。
ABS 可以将车轮滑移率保持在理想值并防止车轮抱死
TCS 用于保持车辆加速稳定通过发动机 ECUElectronic Control Unit或者VCU和制动系统来调节驱动轮的过度滑转保持驱动力处在最佳车轮滑转率范围
VDC 用于转向角过大或者转向速率过快的工况控制器根据横摆角速度或者质心侧偏角与目标值的偏差判断车辆是否跟随驾驶员转向意图并对各个车轮进行有针对性的制动减轻驾驶员操作负担并防止车辆侧滑。
博世推出的IPB(Integrated Power Brake)就是典型的One-Box架构 图 7 Bosch IPB总成
其工作原理如下 图 8 IPB的工作原理 正常工作时阀1、4、5吸合2、3断开。驾驶员踩踏板后制动液进入主缸和踏板模拟器并建立压力踏板力-踏板行程曲线由主缸和踏板模拟器特性决定。与此同时IPB ECU识别踏板位移信号依据标定好的踏板位移-系统压力曲线控制电机建压产生车辆减速度。在纵向及横摆运动控制中通过ABS/ESC液压调制模块对各轮轮缸压力进行调节。因此对于IPB制动系统踏板位移-减速度曲线是可以通过刷新标定参数进行更改的。 IPB降级模式比较复杂不同的失效类型对应不同的降级模式这里对助力失效如IPB断电进行讨论。在此种模式下IPB进入机械backup模式阀145关闭23打开驾驶员踩踏板建立的压力直接进入轮缸并产生车辆减速度。根据法规ECE R13-H要求系统应产生不小于2.44m/s^2的制动减速度。 因制动踏板解耦无需过多考虑主缸需液量对踏板位移的影响IPB的主缸缸径可比传统brake apply系统小机械backup模式下相同踏板力下系统产生压力较高。
2.3 ABS技术 ABS技术又称为制动防抱死系统顾名思义就是指防止在汽车行车制动时车轮出现抱死的情况。所谓抱死是指汽车车轮在制动时停止转动以盘式刹车为例。刹车的时候制动系统推动刹车片夹住车轮上的刹车盘通过巨大的摩擦力使车轮停止转动车辆就会由于轮胎和地面间的摩擦力而停下来。刹车的实质其实就是将车辆的动能转换为刹车片与刹车盘之间以及轮胎和路面之间发生摩擦而产生的热能。如果让车轮停止转动的制动力刹车片与刹车盘之间的摩擦力超过了轮胎和路面之间的静摩擦力那么轮胎就会在路面上发生滑动而车轮并不转动这种现象就是车轮抱死。车轮一旦被抱死不再滚动那么在路面上滑行的汽车就像是在冰面上滑动的冰球完全失去控制方向的能力无法躲避障碍还容易发生旋转非常危险。当在湿滑路面上刹车时由于轮胎与路面之间的静摩擦力很小比较容易被制动力超过造成抱死。而在干燥路面上大力急刹车的时候要是制动力非常大也会超过轮胎和地面之间的静摩擦力同样造成抱死。 在没有ABS的年代有经验的驾驶员会通过“点刹”来防止车轮抱死也就是踩一点刹车后再松一点刹车不断反复。ABS实际上就是在ECU控制下的自动点刹。在需要紧急制动的情况下驾驶员只需要大力踩死刹车专心控制方向。ABS会自动根据传感器获得的信息高速做出交替刹车和松开刹车的动作点刹的速度可以高达每秒十几次。ABS还可以通过控制刹车液的压力自动调整每个车轮上刹车的力度以达到最佳的刹车效果同时保证车轮不被抱死。 图 9 ABS工作原理 从图4可以看出当常规制动时ABS不起作用但是即使在这种情况下轮速传感器也一直监测着车轮的减速度当轮速传感器信号表明车轮正在趋于抱死时ECU给液压调节单元发出控制指令激活输入阀输入阀的动作将制动回路与主缸断开停止制动压力继续增长由于输出阀此时仍处于关闭状态使压力保持不变这就是保压状态。这种状态下如果轮速传感器的信号表示车轮依旧减速太快ECU就给液压调节单元发出控制指令打开输出阀制动液在回油泵的作用下从制动回路回到制动主缸制动轮缸的压力减小使车轮的制动减弱这就是减压状态。当轮速传感器的信号表明由于制动液压力的减小车轮重新加速时ECU停止向液压制动单元发出电流关闭输出阀打开输入阀此时制动液的压力又增大又使车轮开始减速每秒钟这一循环重复四到六次。这就达到防止车轮抱死的目的。
2.4 TCS技术 牵引力控制系统简称TCS又称驱动防滑控制系统。它能防止车辆尤其是大马力车在起步、加速时驱动轮打滑维持汽车行驶的稳定性本质上TCS是ABS系统在汽车上的衍生产物。从汽车理论角度TCS主要是通过调节驱动力矩的大小保证该力矩不超过轮胎与路面的最大附着力提高车辆安全性。
以混动汽车为例涵盖发动机和电机TCS的常见控制方式如下
发动机输出转矩调节
通过调节发动机节气门开度、点火参数和调节燃油供给量三种方法可以控制发动机的输出转矩。
节气门开度调节是通过控制发动机节气门的开度角来控制进气量从而调节发动机的输出扭矩。采用这种控制方式时发动机工作平稳但响应较慢。
点火参数调节是指减小点火提前角燃油供给调节是指减小供油量或暂停供油这两种 控制方法响应较快但可能会引起发动机的不正常工作。
发动机输出转矩调节是最早应用的牵引力控制方式它在低附路面上或在高速时控制效果比较好。但是发动机响应较慢而且会同时调节所有驱动轮的驱动力矩因此主要在低附路面和高速时使用提高汽车的行驶稳定性。
驱动轮制动力矩调节
驱动轮制动力矩调节是比较常用的控制方式是指在打滑的驱动轮上施加适当的制动力矩从而控制其滑转率在最佳范围内。这种控制方式响应较快而且对有独立通道的制动系统可以独立控制各车轮的制动力矩这种方式在分离路面上效果较好但长时间对驱动轮施加制动力矩会导致制动器过热汽车中高速行驶时可能造成驱动轮的驱动力相差较大而对车辆稳定性产生影响所以中高速时不宜使用。
电机输出转矩调节
电机输出转矩调节是通过调节电机的电压、转速或电流来控制电机的输出转矩。这种控制方式响应快、灵敏度高且精确比制动力矩的调节响应更快而且控制方便电机转矩在混合动力汽车中起“削峰填谷”的重要作用所以电机转矩调节是混合动力汽车牵引力控制的重要控制方式。 图 10 TCS用途 图 11 TCS控制框图 上图描述了两个控制功能一个是发动机扭矩调节其通过与发动机 ECU 通讯请求驱动单元通过调节电子节气门、燃油量和点火提前角来减少发动机转矩如果车辆为汽油机则由发动机 ECU通过控制空燃比或延迟点火时间以实现调节发动机实际转矩电机另一个是制动力矩调节在液压控制系统的作用下请求制动力矩介入制动打滑车轮在这两个控制功能共同作用下保持驱动轮转速在理想范围内以提高复杂工况下汽车的加速性能。
2.5 VDC技术 VDC 控制主要用于防止车辆侧向失稳比如限制汽车在高速行驶或者在附着力较低的路面上可能会发生转向不足或转向过度的现象并且将车辆横向稳定性、跟随理想横摆角速度和抑制质心侧偏角作为目标。车辆横向失稳产生的原因主要来自以下三个方面
1) 转弯离心力的作用下轮胎的弹性效应和侧偏特性使得轮胎产生侧偏角导致车辆出现横向偏移
2) 转弯时突然的制动和驱动使得轮胎的侧偏刚度减低因此车辆侧滑
3) 驾驶员误操作比如快速打方向盘并且制动车辆进入非线性区域质心侧偏角迅速增大偏离期望轨迹。 图 12 VDC控制原理 VDC 接收车身物理状态如速度、横摆角速度、侧向加速度车轮的物理特性如车轮滑移率方向盘转角信号和发动机转矩并在极端工况下通过发动机扭矩调节与横摆力矩修正共同用于调节车辆横向稳定性。首先根据质心侧偏角、侧向加速度、方向盘转角和车速的门限设定以识别车辆是否存在侧滑危险并将其作为 VDC 介入判断办法然后在不同工况下修正并计算目标横摆角速度并结合与车辆实际横摆角速度差值和质心侧偏角将失稳
工况区分为过度转向、不足转向、反舵和激转车辆处在不足转向情况下制动内后侧车轮如果内后轮出现抱死则协调制动内前车轮车辆处在过度转向情况下制动外前轮如果前外轮出现抱死则协调制动前内侧车轮。最后根据车辆横摆力矩与制动力的动力学关系确定被控车轮制动力矩以产生目标横摆力矩。
2.6 EPB技术 EPB电子驻车制动是线控技术在驻车系统的应用。EPB 采用电信号传输实现了驻车制动的电子化控制具有更快的响应速度。L2 的ACC/AP/AEB 等功能中EPB起到请求和解除驻车的作用。 当驾驶员按动 EPB 按钮时 EPB 的控制模块接到来自按钮的信号 控制模块向执行机构的电机施加电流使其转动电机释放的转矩在降速、增扭后通过输 出轴螺纹副或滚珠丝杠副将电动制动单元输出的扭矩转化为直线推力推动制动活塞运动 将推力转化为制动块压紧至制动盘的压力进而实现车辆车速减少或驻车制动。 图 13 EPB执行机构 集成型 EPB 可联动 ABS/ESC 等核心安全系统。根据是否有单独 EPB ECU 划分EPB可分为ECU独立型和ECU集成型集成型EPB将EPB和ESC系统整合在一个控制器里降低了ECU成本和线束等部件布局的复杂性并且 EPB 硬件更加模块化可整合ABS、ESC、 ACC等功能提高车辆行驶的安全性。因技术要求集成型EPB需要企业具备ESC的生产能力。 图 14 ECU集成式EPB 图 15 ECU独立式EPB 2.7 小结 可以看到从ABS技术诞生开始逐步衍生出了TCS、VDC等技术。随着芯片技术的发展已逐渐将上述功能都融入到一个ECU中其本质还是根据车辆当前状态通过调节制动液压、发动机力矩、电机力矩来合理分配驱动力、制动力以达到保持车辆制动和稳定的目的。
3. 该场景应用发展趋势分析 随着技术的发展底盘相关控制会逐步趋向于域控的形式。底盘域控制器是包括域主控硬件、操作系统、算法和应用软件等组成的整个系统的统称是一个大的运算平台 在“中央集成域控制器”架构下 底盘域控制器将作为汽车“小脑”其作用如下
接受上层感知层和决策层的指令建立统一的车辆动力学概率模型实现多执行系统的优化协同控制将上层决策指令传递给各线控底盘子系统 ECU实现动力控制。底盘域控能够实现底盘传感系统整合与信号融合优化整车功能安全等级与驾乘体验是实现线控底盘运算集成化的必要构件。目前主机厂将更多精力放在“大脑”智能驾驶域控制器上而开发流程较为复杂、调校周期较长的“小脑”底盘域控制器 更多交由第三方供应商协作完成。 图 16 底盘域控架构
