汽车行驶安全性控制系统概述

汽车电子控制技术（下）主讲：赵迎生汽车行驶安全性控制系统概述第1页第一章汽车行驶安全性控制系统汽车行驶安全性控制系统概述第2页教学目及要求：汽车行驶安全性控制系统概述第3页第一章汽车行驶安全性控制系统电子控制系统概述汽车行驶安全性控制系统概述第4页第一章汽车行驶安全性控制系统人车路汽车行驶安全性控制系统概述第5页第一章汽车行驶安全性控制系统车路汽车行驶安全性控制系统概述第6页第一章汽车行驶安全性控制系统“无人驾驶车辆穿越欧亚大陆项目”是一次含有历史性意义前沿试验。一支包含4辆无人驾驶车、7辆后勤和技术保障车在内11辆越野车队，自7月20日从意大利始发，循着当年马可·波罗旅行路线。在3个月行程中，车辆满载着意大利最新科技结果，经过塞尔维亚、匈牙利、乌克兰、俄罗斯、哈萨克斯坦等国，最终进入中国边境。

行进过程中，两辆车编为一组，第一辆车由人驾驶，在驶过许多没有地图地域时，经过GPS导航系统，向第二辆车汇报定位。由此，第二辆无人驾驶车能够找到车道位置，避开可能碰到障碍。该项目研究责任人、来自意大利帕尔马大学阿尔贝托·伯洛奇教授介绍说，每辆汽车都配置有传感器、监测系统、太阳能接收板和控制软件，12个精密传感器能够让车辆在各种不一样类型交通、天气和道路情况下安全行驶。汽车行驶安全性控制系统概述第7页第一章汽车行驶安全性控制系统汽车行驶安全性控制系统概述第8页第一章汽车行驶安全性控制系统汽车电子技术发展社会背景：安全、节能、环境保护汽车安全性是人类社会一大祸患，车辆制动安全性、驱动安全性与行驶安全性是道路交通安全事故三大主要根源。全世界每年因为交通事故死亡约50万人，排在人类死亡原因第10位；我国当前每年因交通事故死亡占全国总死亡人数1.5%，约每年10万人。为此，科技人员从汽车主动安全性和被动安全性两个方面着手，设计了防滑控制系统、车辆姿态控制系统、智能防撞预警与应急保护系统、碰撞后保护系统等一系列电子控制装置。汽车行驶安全性控制系统概述第9页当今世界汽车业正处于技术大变革、产业大调整时代。这一时代主题是汽车安全、节能、环境保护。而贯通这一时代根本是汽车电子化、电气化、电脑化。汽车电子：汽车新技术革命关键汽车电子是当代汽车技术发展最主要驱动力。不论是燃油汽车、燃气汽车、还是电动汽车、智能汽车，汽车电子都是它们共性关键技术。汽车工业是使用微处理器最多工业。汽车电子占整车成本百分比在90年代到达25－30％，未来将到达30％～50％。汽车电子发展有力促进了信息产业发展。

汽车行驶安全性控制系统概述第10页汽车电子系统基本框架SmartSensorAnalogDigital汽车行驶安全性控制系统概述第11页高实时性要求发动机5000rpm，1°CA用时约33μs(波音747客机1000km/h飞行，33μs飞过9mm)高控制精度要求动力性、经济性、排放、安全性直接收控制精度影响高可靠性要求温度改变范围-40℃~125℃200km/h高速移动和猛烈震动DC/DC变换器、电机带来强烈电磁干扰低成本、高产量要求市场对价格敏感性适合大批量生产汽车电子控制系统难点汽车行驶安全性控制系统概述第12页（1）第一阶段(1965－1980)：部件层次

分立式半导体元件开始用于汽车交流发电机整流器、起动电机、转速表等。主要集中于个别部件开发；（2）第二阶段(1980－1995)：子系统层次

采取微处理器及单片机用来完成信息检测和处理，使得控制系统含有了数字化和智能化特征。经典系统有发动机控制系统、自动变速箱控制系统、汽车防抱死制动系统、电子悬架控制系统、空调控制系统等。汽车电子系统发展三个阶段汽车行驶安全性控制系统概述第13页（3）第三阶段(1995-)：集成网络化层次

采取先进微电子技术，车载网络技术，集成智能功率器件、智能传感器、大容量EEPROM或者FLASHROM、专用集成电路等，形成了车上分布式、网络化电子控制系统。比如动力系统（Powertrain)综合控制，集成了发动机和变速箱综合控制(Drive-by-Wire)；驾驶和悬架综合控制系统(Steering-by-Wire)；主被动安全控制系统（Brake-by-Wire)；整个车被联成一个多ECU、多节点有机整体，使得其性能也愈加完善。汽车行驶安全性控制系统概述第14页汽车行驶安全性控制系统概述第15页四层网络结构汽车行驶安全性控制系统概述第16页网络层次发展汽车行驶安全性控制系统概述第17页整车分布式控制系统SteeringModule68HC08AZSteeringAngleSensor68HC908AZ60ElectronicThrottleAudioModule68HC08AZClimateControl68376DriverInformation68HC08AZUpperElectricalModule68HC08AZSunroof33290LightSwitch33290RearElectronicModule68HC08AZDoorModulex468HC08AZPowerSeat68HC08AZGSMPhone68HC08AZMUXGateway68376汽车行驶安全性控制系统概述第18页车身电子网络组成汽车行驶安全性控制系统概述第19页汽车电子控制子系统•发动机电子控制；•变速器电子控制；•悬架电子控制；•转向系统电子控制；•制动（ABS)电子控制；•气囊和安全带控制；•车身电子控制•智能汽车电子技术•电动汽车汽车行驶安全性控制系统概述第20页发动机电子控制汽车行驶安全性控制系统概述第21页点火提前角控制汽车行驶安全性控制系统概述第22页电磁气门汽车行驶安全性控制系统概述第23页

ExhaustGasRecirculation控制

汽车行驶安全性控制系统概述第24页柴油机燃油喷射系统汽车行驶安全性控制系统概述第25页汽车行驶安全性控制系统概述第26页电控共轨喷射发动机汽车行驶安全性控制系统概述第27页变速器电子控制汽车行驶安全性控制系统概述第28页悬架电子控制汽车行驶安全性控制系统概述第29页制动（ABS）电子控制汽车行驶安全性控制系统概述第30页汽车行驶安全性控制系统概述第31页汽车防抱制动系统ABSR电液执行器轮速传感器电控单元汽车行驶安全性控制系统概述第32页转向系统电子控制汽车行驶安全性控制系统概述第33页安全气袋ECU系统研究了安全气袋匹配原理，技术；研制开发HCQ-2智能型ECU应用了先进电容式传感器和全数字化硬件，自行开发了移动窗式和神经网络算法等先进控制算法软件，拥有自主知识产权；利用模拟计算和台车试验等先进伎俩，降低了匹配气袋所需实车碰撞试验次数，缩短了匹配周期；完成了TRW、GM企业委托气袋模拟计算项目拥有自主知识产权安全气袋ECU系统汽车行驶安全性控制系统概述第34页过台阶过坑槽路面过凸块扭曲路面过大鹅卵石路面过石块路面(甲，乙，丙)过小波扭曲路面预防气袋误爆-路面干扰试验过台阶过坑槽路面过凸块扭曲路面过石块路面(甲，乙，丙)过小波扭曲路面过减速带过大鹅卵石路面汽车行驶安全性控制系统概述第35页车身电子控制汽车行驶安全性控制系统概述第36页座椅控制系统按钮单片机SNESORECUACTATOR汽车行驶安全性控制系统概述第37页汽车主动安全性控制技术系统特点：行使环境感知：单光束扫描式雷达测距系统及信息融合安全状态辨识：基于驾驶员模型行驶安全模式辨识车辆运动控制：含有主动避撞功效自适应巡航汽车行驶安全性控制系统概述第38页轮胎电子控制汽车行驶安全性控制系统概述第39页利用当代信息、控制技术将车辆--道路--使用者紧密结合，以处理汽车交通事故、堵塞、污染及能源消耗等问题为目标智能化车辆交通系统智能汽车与智能交通系统N汽车行驶安全性控制系统概述第40页智能汽车电子系统汽车行驶安全性控制系统概述第41页

时间电功率传统内燃机汽车2kw大功率输出5kw传统汽车最小混合动力系统，10kw一体化起动机/发电机轻度混合功率辅助混合动力系统，20~40kw功率混合燃料电池或类似电动汽车混合动力系统，70kw能量混合电力电子与电气化发展趋势N汽车行驶安全性控制系统概述第42页汽车行驶安全性控制系统概述第43页汽车状态搜集器信息显示器燃料电池超级电容蓄电池管理系统主DC/DC电机驱动控制单元整车控制器CAN网络J1939E电动汽车分布式控制系统32bitECUOSEK/Linux软件平台汽车行驶安全性控制系统概述第44页P=1.2kWU=24Vn=6000rpm同时磁阻永磁电机汽车行驶安全性控制系统概述第45页汽车行驶安全性控制系统概述第46页汽车行驶安全性控制系统概述第47页基于起动机/发电机一体化混合动力基本装置（IntegratedStarter/Alternator—ISA）汽车行驶安全性控制系统概述第48页基于起动机/发电机一体化混合动力RearviewofISASideviewofISAN汽车行驶安全性控制系统概述第49页汽车行驶安全性控制系统概述第50页汽车行驶安全性控制系统概述第51页第一章汽车行驶安全性控制系统电子控制系统普通组成汽车行驶安全性控制系统概述第52页第一章汽车行驶安全性控制系统

控制系统分类：1.按控制系统有没有反馈步骤分类

2.按输入量改变规律来分类

3.按系统传输信号对时间关系分类

4.按系统输出量和输入量关系分类

5.简化汽车电子控制系统模型汽车行驶安全性控制系统概述第53页第一章汽车行驶安全性控制系统1.按控制系统有没有反馈步骤分类(1)开环控制系统若系统输出量对系统控制作用不产生影响(即无检测反馈单元)，则称为开环控制系统。

(2)闭环控制系统系统输出经过检测反馈单元返回来作用于控制部分，形成闭合回路，这种控制系统就称为闭环控制系统，又称为反馈控制系统。汽车行驶安全性控制系统概述第54页第一章汽车行驶安全性控制系统2.按输入量改变规律来分类(1)恒值控制系统恒值控制系统特点是，系统输入量是恒值，并要求系统输出量对应地保持恒定值。

(2)随动控制系统随动控制系统特点是，输入量是改变(有时是随机)，而且要求系统输出量能跟随输入量改变而作出对应改变，故随动系统又称为伺服系统或跟踪系统。

(3)过程控制系统该系统输出量是按给定时间函数实现控制。汽车行驶安全性控制系统概述第55页第一章汽车行驶安全性控制系统3.按系统传输信号对时间关系分类(1)连续控制系统连续控制系统特点是，控制作用信号是连续量或模拟量。

(2)离散控制系统又称采样控制系统。汽车行驶安全性控制系统概述第56页第一章汽车行驶安全性控制系统4.按系统输出量和输入量关系分类(1)线性系统线性系统特点是，系统输出量和输入量关系是线性，它各个步骤或系统都能够用线性微分方程来描述，能够应用叠加原理和拉氏变换处理线性系统中问题。

(2)非线性系统非线性系统特点是，其中一些步骤含有非线性性质(比如出现饱和死区、滞环等)。汽车行驶安全性控制系统概述第57页第一章汽车行驶安全性控制系统5.简化汽车电子控制系统模型汽车行驶安全性控制系统概述第58页第一章汽车行驶安全性控制系统插入电子控制系统视频汽车行驶安全性控制系统概述第59页 车轮滚动三种情况：（还有转向）

自由滚动、加制动力矩滚动、加驱动力矩滚动第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）ABS/ASR引言汽车行驶安全性控制系统概述第60页第四章底盘电子控制系统第一节汽车防滑控制系统汽车行驶安全性控制系统概述第61页第四章底盘电子控制系统第一节汽车防滑控制系统

制动过程中车轮三种运动状态 第一阶段：纯滚动，路面印痕与胎面花纹基本一致 车速V=轮速Vω

汽车行驶安全性控制系统概述第62页第四章底盘电子控制系统第一节汽车防滑控制系统

第二阶段：边滚边滑，路面印痕能够识别出轮胎花纹，但花纹逐步含糊。 车速V＞轮速Vω汽车行驶安全性控制系统概述第63页第四章底盘电子控制系统第一节汽车防滑控制系统

第三阶段：抱死拖滑，路面印痕粗黑。轮速Vω=0

汽车行驶安全性控制系统概述第64页第四章底盘电子控制系统试验证实：弹性轮胎与地面之间附着系数与滑转率相关。

第一节汽车防滑控制系统汽车行驶安全性控制系统概述第65页第四章底盘电子控制系统第一节汽车防滑控制系统汽车行驶安全性控制系统概述第66页第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）ABS-AntilockBrakingSystem(防抱死制动系统）ASR-AccelerationSlipRegulation(驱动防滑系统）一、ABS作用1.ABS作用

汽车最大制动力取决于地面附着力：F≤FΦ附着力分为纵向附着力和侧向附着力。

在汽车制动过程中，纵向附着力决定汽车纵向运动，影响汽车制动距离；侧向附着力决定汽车侧向运动，影响汽车方向稳定性和转向操纵能力。附着力FΦ=FZ·Φ，影响附着系数原因除了路面和轮胎以外，还有车轮滑移率。

汽车行驶安全性控制系统概述第67页第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）车轮滑移率是指实际车速V与车轮速度VW之差同实际车速比值：S=

S=0，纯滚动；S=100%，纯滑动；S=0～100%，边滚边滑。

影响车轮滑移率原因包含以下几个方面：

①汽车载质量②前、后轴载荷分布情况；③轮胎种类及轮胎与道路附着情况；④路面种类和路面情况；⑤制动力大小及其增加速率。汽车行驶安全性控制系统概述第68页第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）滑移率与附着系数之间关系：①附着系数取决于路面性质。②在各种路面上，附着系数都随滑移率改变而改变。③在各种路面上，当滑移率为20%左右时，纵向附着系数最大，制动效果最好。

附着系数与滑移率关系(虚线与实线标注上下次序一一对应)φB—纵向附着系数；φS—横向附着系数；S—滑移率

汽车行驶安全性控制系统概述第69页第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）干燥硬实路面上滑移率与附着系数关系：

纵向附着系数最大时滑移率称为理想滑移率或最正确滑移率。车轮抱死时，纵向附着系数变小，使制动距离变长。车轮抱死时，横向附着系数趋于零，汽车将失去方向稳定性和转向控制能力。

假如前轮抱死，即使汽车能沿直线向前行驶，不过失去转向控制能力。假如后轮抱死，汽车制动时在横向外力作用下就会发生侧滑(甩尾)，甚至出现调头等危险现象。

为了取得最正确制动性能，应将滑移率控制在10%到30%范围内。

ABS作用，就是使汽车在制动过程中自动调整车轮制动力，预防车轮抱死滑移，从而缩短制动距离，提升方向稳定性，增强转向控制能力，降低交通事故发生。汽车行驶安全性控制系统概述第70页第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）二、ABS系统基本组成与工作过程ABS基本组成与工作过程

组成：车轮转速传感器、ECU、制动压力调整装置和报警灯等组成。制动压力调整装置主要由调压电磁阀总成、电动泵总成和储液器组成。1—车轮转速传感器；2—右前制动器；3—制动主缸；4—储液室；5—真空助力器；6—电子控制装置(ECU)；7—右后制动器；8—左后制动器；9—百分比阀；10—ABS警示灯；11—储液器；12—调压电磁阀总成；13—电动泵总成；14—左前制动器播放ABS工作视频汽车行驶安全性控制系统概述第71页第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）ABS分类四通道防抱死制动系统

1—制动压力调整分装置2—转速传感器汽车行驶安全性控制系统概述第72页第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）

三通道防抱死制动系统

1—制动压力调整分装置2—转速传感器汽车行驶安全性控制系统概述第73页第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）

双通道防抱死制动系统

1—制动压力调整分装置2—转速传感器汽车行驶安全性控制系统概述第74页第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）前轮按高选择标准一同控制时对方向稳定性影响

a)前后车轮均处于附着系数分离路面

b)前车轮驶入附着系数均一路面瞬间汽车行驶安全性控制系统概述第75页第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）两前轮从附着系数分离路面驶入

附着系数均一路面时制动力改变

a)两前轮按高选择标准一同控制b)两前轮独立控制汽车行驶安全性控制系统概述第76页第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）

单通道防抱死制动系统

1—制动压力调整分装置2—转速传感器汽车行驶安全性控制系统概述第77页第一章汽车行驶安全性控制系统

逻辑门限值控制、最优控制和滑动模态变结构控制等。

逻辑门限值控制通常都是将车轮减速度和加速度作为主要控制门限，而将车轮滑移率作为辅助控制门限。

车轮加速度、减速度、参考滑移率门限值都是经过重复试验取得经验数据。第一节汽车防抱死制动系统（ABS）ABS控制方法汽车行驶安全性控制系统概述第78页第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）高附着系数时间制动控制汽车行驶安全性控制系统概述第79页第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）汽车行驶安全性控制系统概述第80页第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）

低附着系数时制动控制汽车行驶安全性控制系统概述第81页第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）

经典防抱死制动系统组成

1—车轮轮速传感器2—右前制动器3—制动主缸4—储液室5—真空助力器6—ECU7—右后制动器8—左后制动器9—百分比阀10—ABS报警灯

11—储液器12—调压电磁阀总成13—电动泵总成14—左前制动器汽车行驶安全性控制系统概述第82页第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）ABS电磁感应式轮速传感器(a)驱动车轮(b)非驱动车轮车速转速传感头在车轮上安装三、ABS主要部件结构与工作原理汽车行驶安全性控制系统概述第83页第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）汽车行驶安全性控制系统概述第84页第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）(a)主减速器(b)变速器车轮转速传感器在传动系统中安装位置1、5—传感器；2、3—齿圈；4—变速器传感头与齿圈之间间隙很小，通常只有0.5mm到1mm左右，多数车轮转速传感器间隙是不可调。汽车行驶安全性控制系统概述第85页电磁感应式车轮转速传感器工作原理:(a)齿隙与磁心端部相对时(b)齿顶与磁心端部相对时(c)传感器输出电压1—齿圈；2—磁心端部；3—感应线圈引线；4—感应线圈；5—永久性磁心；6—磁力线；7—电磁感应式传感器；8—磁极；9—齿圈齿顶第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）汽车行驶安全性控制系统概述第86页第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）汽车行驶安全性控制系统概述第87页第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）电磁式轮速传感器分类：依据磁心端部结构形状，可分为凿式极轴、柱式极轴车轮转速传感器(a)凿式极轴轮速传感器(b)柱式极轴轮速传感器电磁感应式车轮转速传感器结构1—电缆；2—永久磁铁；3—外壳；4—感应线圈；5—极轴；6—齿圈汽车行驶安全性控制系统概述第88页第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）因为结构形式不一样，传感头与齿圈相对安装方式也有区分：(a)凿式极轴传感头(b)菱形极轴传感头(c)柱式极轴传感头(柱式极轴一个)电磁感应式车轮转速传感器传感头与齿圈相对安装方式汽车行驶安全性控制系统概述第89页第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）电磁式车轮转速传感器结构简单，成本低，但存在以下缺点：①电磁感应式轮速传感器向ABSECU输送电压信号强弱是随转速改变而改变，信号幅值普通在1V到15V范围内改变。当车速很低时，传感器输出电压信号若低于1V，则ECU无法检测到如此弱信号，ABS也就无法正常工作。②电磁感应式轮速传感器频率响应较低。当车轮转速过高时，传感器频率响应跟不上，轻易产生错误信号。③电磁感应式轮速传感器抗电磁波干扰能力较差，尤其在输出信号幅值较小时。汽车行驶安全性控制系统概述第90页第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）ABS霍尔效应式轮速传感器霍尔式轮速传感器优点：①输出电压信号强弱不随转速改变而改变。在汽车电源电压为12V条件下，信号幅值保持在11.5V到12V不变，即使车速很低时也不变。②传感器频率响应高达20kHz，用于ABS中，相当于车速为1000km/h时所检测信号频率，所以不会出现高速时频率响应跟不上问题。③霍尔式车轮转速传感器输出电压信号强弱不随转速改变而改变，且幅值较高。所以，霍尔式车轮转速传感器抗电磁波干扰能力较强。汽车行驶安全性控制系统概述第91页第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）霍尔式车轮转速传感器组成和工作原理(a)霍尔元件磁场较弱(b)霍尔元件磁场较强

霍尔式车轮转速传感器磁路汽车行驶安全性控制系统概述第92页第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）霍尔式车轮转速传感器电子线路：霍尔元件输出毫伏级准正弦波电压首先经放大器放大为伏级电压信号，然后送往施密特触发器转换成标准脉冲信号，再送到输出级放大后输出给ECU。汽车行驶安全性控制系统概述第93页第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）电子线路原理：其工作电压为8V到15V，负载电流为100kA，工作频率为20kHz，输出信号电压幅值为7V到14V。汽车行驶安全性控制系统概述第94页

用于测量汽车制动时减速度，识别是否是雪路、冰雪等易滑路面。减速度传感器利用差动变压器原理取得加速度信号。 差动变压器铁心处于绕组线圈中部位置，当汽车制动减速时，铁心受惯性力作用向前移动，从而使差动变压器绕组内感应电流发生改变。

四轮驱动汽车用水银开关型减速传感器，用于检测车身减速度。第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）ABS减速传感器（G传感器）播放ABS.mpg视频汽车行驶安全性控制系统概述第95页第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）ABSECUABS

ECU作用：把各车轮转速传感器传来信号进行比较、分析和判别；再经过准确计算得出车轮制动时滑移情况，形成对应指令，控制制动压力调整器控制制动压力，将滑移率控制在10%到30%范围内，以到达最正确制动效果。控制系统示意图1—制动踏板；2—报警灯；3—ECU；4—车轮转速传感器；5—车轮；6—制动分泵；7—制动液压力调整装置；8—制动总泵汽车行驶安全性控制系统概述第96页第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）1—液压泵和电动机总成；2—右前轮电磁阀；3—左前轮电磁阀；4