第5章 智能网联汽车运动控制技术

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页第5章智能网联汽车运动控制技术5.1汽车线控转向技术5.2汽车线控制动技术5.3汽车线控油门技术5.4汽车运动控制技术

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页第5章智能网联汽车线控技术

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页5.1汽车线控转向技术—定义线控技术就是将传统的汽车机械操纵系统变成通过高速容错通信总线与高性能CPU相连的电气系统。目前的线控技术包括线控换档系统、线控制动系统、线控悬架系统、线控油门系统及线控转向系统。在自动驾驶汽车上，智能感知单元通过线束将指令传递给转向或制动系统来实现车辆的操控，因此，线控转向和线控制动是最为关键的技术。无论是哪类线控技术，目标都很明确，为了使汽车结构更简单，质量更轻，制造更方便，运行更高效。对于自动驾驶汽车，线控将是一种标配性技术。

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页5.1.1汽车线控转向系统的定义线控转向就是把依靠转向管柱连接转向机构来实现转向的传统方式，转换成为通过传感器检测转向盘角度信号，并通过电脑控制伺服电机来实现驱动转向的转向系统。驾驶员对转向盘的操作仅仅只是在驱动一个转角传感器，并由转向盘电机提供转动阻尼和回馈，转向盘与前轴转向机构之间没有任何刚性连接

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页5.1.2汽车线控转向系统的特点（1）线控转向系统采用电子控制单元实现对汽车转向的控制，理论上可以自由设计转向系的角传递特性和力传递特性，具有传统转向系统不可比拟的性能特点。（2）提高汽车操纵稳定性。线控转向系统不受传统转向系统设计方式的限制，可以设计出符合人们期望的理想传动比。线控转向系统还可以实时监控前轮转角和汽车响应情况，并根据控制策略，主动做出补偿操作，提高了汽车操纵稳定性。

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页5.1.2汽车线控转向系统的特点（3）优化驾驶路感。线控转向系统可以筛选掉路面颠簸等不利的干扰因素，提取出最能够反映汽车实际行驶状态和路面信息的因素，作为路感模拟的依据，并考虑到驾驶员的习惯，由主控制器控制路感电机产生良好的路感，提高驾驶员的驾驶体验。（4）节省空间，提高被动安全性。机械部件的减少，增加了驾驶员的活动空间，并方便了车内布置的设计；降低了转向系统强度，使其在碰撞中更易变形，在汽车发生事故时，减少了转向系统对驾驶员的伤害。

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页5.1.2汽车线控转向系统的特点（5）提高转向效率，降低能源消耗。线控转向系统不依赖于机械传递，其总线信号的传递速度，缩短了转向响应时间，转向效率提高。同时机械传动减少，传动效率提高，整车质量减轻，降低了燃油消耗，更加节能环保。（6）无人驾驶汽车使用线控转向系统，是通过中央计算机收集数据并传输至转向系统，再由转向系统将数据转化为机械转向功能，实现转向。

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页5.1.3

汽车线控转向系统的组成由转向盘模块、转向控制模块和转向执行模块组成

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页5.1.3汽车线控转向系统的组成

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页5.1.4

汽车线控转向系统的原理

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汽车线控转向系统的原理

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页5.2汽车线控制动技术——发展历程

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汽车线控制动系统的定义如果制动踏板仅仅只连接一个制动踏板位置传感器，踏板与制动系统之间没有任何刚性连接或液压连接的，都可以视为线控制动

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页5.2.1汽车线控制动系统的定义线控制动是自动驾驶汽车“控制执行层”中最关键的，也是技术难度最高的部分。由于技术发展程度的局限，目前出现了两种形式的线控制动系统：电子液压制动系统（EHB）和电子机械制动系统（EMB）

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页5.2.2

汽车线控制动系统的特点（1）线控制动系统的制动踏板与制动执行机构解耦，可以降低部件的复杂性，减少液压与机械控制装置，减少杠杆、轴承等金属连接件，减轻质量，降低油耗和制造成本。（2）线控制动系统具有精确的制动力调节能力，是电动汽车摩擦与回馈耦合制动系统的理想选择。（3）基于线控制动系统，不仅可以实现更高品质的ABS/ESC/EPB等高级安全功能控制，而且可以满足先进汽车智能系统对自适应巡航、自动紧急制动、自动泊车、自动无人驾驶等的要求。

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页5.2.2汽车线控制动系统的特点EMB具有以下优点。（1）执行机构和制动踏板之间无机械或液压连接，缩短了制动器的作用时间，作用时间在100ms以内，有效减小制动距离。（2）不需要助力器，减少空间，布置灵活。（3）没有液压系统，系统质量轻且环保。（4）在ABS模式下无回弹振动，可以消除噪音。（5）便于集成电子驻车、防抱死、制动力分配等附加功能

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页5.2.2汽车线控制动系统的特点EMB具有以下缺点。（1）无液压备用制动系统，对可靠性要求极高，包括稳定的电源系统、更高的总线通信容错能力和电子电路的抗干扰能力。（2）制动力不足。因轮毂处布置体积决定制动电机不可能太大，需开发配备较高电压（42V）系统提高电机功率。（3）工作环境恶劣，特别是高温。因部件振动高，且制动温度达几百度，制约现有EMB零部件的设计。

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页5.2.3

汽车线控制动系统的组成与原理线控制动系统将原有的制动踏板用一个模拟发生器替代，用以接受驾驶员的制动意图，产生、传递制动信号给控制和执行机构，并根据一定的算法模拟反馈给驾驶员

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页5.2.3汽车线控制动系统的组成与原理典型的EHB系统由制动踏板传感器、电子控制单元（ECU）、执行器机构（液压泵、备用阀和制动器）等组成

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页5.2.3汽车线控制动系统的组成与原理在EMB系统中，所有的液压装置，包括主缸、液压管路、助力装置等均被电子机械系统替代，液压盘和鼓式制动器的调节器也被电机驱动装置取代，是名副其实的线控制动系统

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页5.2.4

汽车线控制动系统的产品德国博世公司于2013年正式推出线控制动产品iBooster，是典型的直接型EHB，大众目前所有新能源车均使用iBooster

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页5.2.4汽车线控制动系统的产品它采用齿轮-梯形丝杠减速增扭机构，将电机的转动转化为制动总泵活塞的平动，建立制动压力。

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页5.2.4汽车线控制动系统的产品针对L3和L4级自动驾驶设计了一套线控制动系统，IPB，就是iBooster和ESP合二为一，体积大大缩小，重量也降低不少，最重要是相对iBooster成本大大降低。

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页5.2.4汽车线控制动系统的产品德国大陆集团的线控制动系统MKC1可实现100%的制动能量回收

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页5.2.4汽车线控制动系统的产品采埃孚的集成式制动控制系统（IBC）将全电子制动控制系统和再生系统功能集成于单个一体化单元中，这是一款能够实现无真空支持的助力制动系统

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页5.3汽车线控油门技术——定义线控油门通过用线束（导线）来代替拉索或者拉杆，在节气门那边装一只微型电动机，用电动机来驱动节气门开度。

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页5.3.2汽车线控油门的特点（1）舒适性和经济性好。线控油门可根据驾驶员踩下踏板的动作幅度判断驾驶员意图，综合车况精确合理控制节气门开度，以实现不同负荷和工况下发动机的空燃比都能接近于最佳理论状态——14.7:1，使燃油经济性和驾驶舒适性同时达到最佳状态。（2）稳定性高且不易熄火。线控油门系统在收到踏板信号后会进行分析判断再给节气门执行单元发送合适指令保证车辆稳定行驶。

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页5.3.2汽车线控油门的特点（1）工作原理相对较为复杂，成本提高。（2）有延迟效果，没有机械油门反应快。在装有线控油门系统的汽车中，驾驶员不能直接控制节气门开度也就无法直接控制发动机动力大小，而是经由ECU分析给出汽车舒适性较好、较为省油的节气门控制指令，所以相对于直接控制式的机械油门会有稍许延迟感。（3）可靠性不如机械油门好。

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页5.3.3

汽车线控油门的组成与原理

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页5.3.3汽车线控油门的组成与原理

“单踏板”就是一种集成了加速和制动功能的踏板，以控制车辆的加、减速。

“单踏板驾驶模式”并不是只有一个踏板，其踏板系统由一个“主踏板”和一个“辅助减速踏板”组成，其中“主踏板”可以实现的加减速能力，可以满足日常的大部分车辆操作；“辅助减速踏板”是在“主踏板”制动减速度不能满足驾驶员意图时的紧急制动踏板。

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页5.3.3汽车线控油门的组成与原理

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页5.3.3汽车线控油门的组成与原理5.4汽车运动控制技术2022/11/295.4.1汽车运动学模型2022/11/295.4.1汽车运动学模型2022/11/295.4.2汽车动力学模型2022/11/295.4.2汽车动力学模型2022/11/295.4.2汽车动力学模型2022/11/295.4.2汽车动力学模型2022/11/295.4.2汽车动力学模型2022/11/295.4.2汽车动力学模型2022/11/295.4.2汽车动力学模型2022/11/295.4.3汽车运动控制模块2022/11/295.4.3汽车运动控制模块2022/11/295.4.3汽车运动控制模块2022/11/295.4.4汽车运动控制仿真2022/11/295.4.4汽车运动控制仿真2022/11/295.4.4汽车运动控制仿真2022/11/295.4.4汽车运动控制仿真2022/11/295.4.4汽车运动控制仿真2022/11/295.4.4汽车运动控制仿真2022/11/29

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页练习题——名词解释1.线控转向2.