汽车底盘新技术
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高亮-7王方荣-12张陆军-15仇冬会-17孙志远-23)近年来,当代汽车底盘飞速发展,新技术不断涌现和应用,带动车辆性能得到极大改善,随着汽车技术的发展,出现了各种针对汽车不同的功能子系统而设计的控制器。汽车底盘系统是一个有机整体,随着车辆底盘系统复杂程度及人们对车辆性能要求的日益提高,单系统的控制已经无法兼顾整车性能的提高。汽车底盘动力学集成控制因有着传统控制无法比拟的优点,成为国际汽车研究领域的热点问题之一。汽车底盘控制技术的关键是如何采取有效合理的整合控制策略,在各系统共享传感器信息的条件下,消除各系统间的冲突和干涉,进而整体上改善车辆性能。
一、汽车底盘的电子化技术
(1)全电路制动系统(BBW)
BBW是一种全新的制动模式,是一种新型的智能化制动系统,它采用嵌人式总线技术,可以与防抱死制动系统(ABS)、牵引力控制系统(TCS)、电子稳定性控制程序(ESP)、主动防撞系统(ACC)等汽车主动安全系统更加方便地协同工作,通过优化微处理器中的控制算法,可以精确地调整制动系统的工作过程,提高车辆的制动效果,加强汽车的制动安全性能。BBW以电能作为能量来源,通过电机或电磁铁驱动制动器。因此,BBW的结构简洁,更趋向于模块化,安装和维修更简单方便。
控制单元是BBW的控制核心,它负责BBW信号的收集和处理,并对信号的推理判断以及据此向制动器发出制动信号。此外,根据汽车智能化的发展趋势,汽车底盘上的各种电子控制系统将与制动控制系统高度集成,同时在功能上趋于互补。
BBW采用双重闭环控制方式,首先在各个电能制动器中都有制动力矩传感器,可以实时地监控制动力矩的大小,实现制动力矩的闭环控制。其次在制动过程中,各车轮转速传感器时刻监视着车轮的运转过程,ABS根据车轮转速传感器的信号判断车轮的运转状态。
根据目前BBW的研究成果,投入使用还需要解决一系列问题,其中主要是电能制动器结构和性能的改善。电能制动器要保证能够独立对车辆实施有效制动,必须能产生足够大的制
汽车防撞系统动力矩,对内部的驱动电机(或驱动电磁铁体)、驱动力矩的传动系统、外部的供电系统提出了较高的要求。现在比较成熟的想法是提高汽车的供电电压,从原来的12 V提高到42V,提高电压可以有效地解决BBW的能源问题。
(2)后轮转向系统(RWS)
RWS能主动让汽车两后轮的横拉杆相对于车身作侧向运动,使两后轮产生一转向角。
RWS是由电子控制单元、传感器和执行机构等组成。其执行机构有整体式和分离式两种。
整体式是指汽车两后轮的横拉杆由同一个执行机构调节;而分离式则指汽车两后轮的横拉杆由两个不同执行机构来调节。对于整体式RWS执行机构,用一个横拉杆位移传感器就能确定两后轮的转向角。但分离式RWS执行机构需要至少两个位移传感器。由于分离式RWS执行机构的元件多,两后轮的控制和协调比较复杂,现在研发更多的是整体式RWS执行机构。整体式RWS执行机构又分液压式和机电式两种。图2是机电式RWS执行机构,由电动机、螺母螺杆驱动机构和安全锁止机构等组成。为了提高系统的可靠性,执行机构里安装了一个电机转角传感器和一个螺杆位移传感器。当RWS出现故障时,电动机自动锁止,两
后轮的转向角不再发生变化,直到故障排除。正常工作时,后轮的转向角是转向盘转向角和汽车行驶速度的函数。汽车低速行驶时,当转向盘的执行机构给后轮一个相应方向相反的转向角。从而使汽车在低速拐弯或停车时,转弯半径变小,使汽车转向和停车更方便快速、舒适。当汽车高速行驶时,给后轮一个与前轮转向角方向一致的转向角。汽车的前后轮同时向同一方向转向,可提高汽车的方向稳定性,特别是汽车在高速行驶换道时,汽车不必要的横摆运动会大大减小,从而增强了汽车的方向稳定性,当汽车在L2路面制动时,同系统相配合,可及时通过主动后轮转向角来平衡制动力所产生的横摆力矩,既能保持汽车的方向稳定性,又能最大限度地利用前轮的制动力,改进汽车的制动性能。
(3)汽车悬架控制系统-主动悬架阻尼器控制系统(ADC)
ADC(有时也称为连续性阻尼控制系统CDC)由电子控制单元、CAN、4个车轮垂直加速度传感器、4个车身垂直加速度传感器和4个阻尼器比例阀组成。根据汽车的运动状况及传感器信号,电子控制单元计算出每个车轮悬架阻尼器的最优阻尼系数,然后对阻尼器比例阀进行相应的调节,自动调整车高,抑制车辆的变化等,使汽车的悬架系统能提供更好的汽车舒适性、安全性和稳定性。为此,让汽车车轮的动载振幅和车身垂直加速度尽可能小。
二、线控技术
所谓线控就是用电子信号的传送取代过去由机械、液压或气动的系统连接的部分,如换档连杆、油门拉线、转向器传动机构、刹车油路等。它不仅是取代连接,而且包括操纵机构和操纵方式的变化,以及执行机构的电气化。这将改变汽车的传统结构。全面线控的实现将意味着汽车由机械到电子系统的转变。线控技术要求网络的实时性好、可靠性高,而且一些线控部分要求功能实现的冗余,以保证在一定的故障时仍可实现这个装置的基本功能。就像现在的ABS和动力转向一样,在线路故障时仍具有刹车和转向的基本功能。这就要求用线控的网络数据传输速度高、时间特性好和可靠性高。
目前汽车底盘的线控技术包括线控换档系统、制动系统(如电液制动系统EHB,电子机械制动系统EMB)、悬架系统、增压系统、油门系统和转向系统等。线控技术具有如下优点:
无需使用液压制动或其它任何液压装置,使汽车更为环保;减小了正面碰撞时的潜在危险性,并为汽车设计提供了更多空间;线控的灵活性使汽车设计、工程制造和生产过程中的成本大为降低,且降低了维护要求和车身重量。
在未来的5~10年里,传统的汽车机械操纵系统将变成通过高速容错通信总线与高性能CPU相连的电气系统。如汽车将采用电气马达和电控信号来实现线控驾驶、线控制动、线控油门和线控悬架等,采用这些线控系统将完全取代现有系统中的液压和机械控制。
三、汽车底盘集成化技术
现代汽车底盘电子控制系统正从最初单一控制发展到如今的多变量多目标综合协调控制,这样可以在硬件上共用传感器、控制器件、线路,使零件数量减少,从而减少连接点,提高可靠性,在软件上实现信息融合、集中控制,提高和扩展各自的单独控制功能。
(1)ABS/ASR/ESP的集成化:
ABS/ASR装置成功地解决了汽车在制动和驱动时的方向稳定性问题,但不能解决汽车转向行驶时的方向稳定性问题。汽车转向行驶时,只有当地面能够提供充分的转向力时,驾驶员才能控制住车辆,使其按照预定的方向行驶。如果地面侧向附着能力比较低,提供不了足够的转向力,汽车就会侧向滑出,影响了汽车按预定方向行驶的能力。ABS/ASR/ESP集成系统的应用,在制动、加速和转向方面满足了驾驶员的较高要求,对汽车的主动行驶安全具有较大的贡献。
(2)ABS/ASR/ACC的集成化:
在ABS/ASR电子控制装置硬件的基础上,增加接收车距传感器信号的电子电路、ACC常闭式和常开式进油电磁阀电子驱动电路。在原ABS控制模块和ASR控制模块的软件基础上,增加一个ACC控制模块,并与ABS/ASR电子控制模块进行相应的有机融合,用来实时处理、计算和确定汽车的行驶状态和车轮的转动状态。
汽车ABS/ASR/ACC集成化系统具有优先支持驾驶员操作功能和ABS优先工作功能。
(3)汽车底盘全方位控制系统:
汽车传动控制系统、电子悬架系统、电子转向系统、制动系统等集成融合在一起成为综合的汽车底盘电子控制系统。各控制功能集中在一个ECU中,通过CAN总线实现信息共享、资源综合利用。
四、汽车底盘的网络化技术
目前汽车上每个总成几乎是机械、电子和信息一体化装置。在系统中电子和信息部分所起
的作用也越来越重要,汽车工电子装置的增加使连接的电子线路迅速膨胀,线束越来越复杂。在汽车设计、装配、维护中的负担甚至到了无法承受的程度。而且线路接头的增加引起安全隐患。另外线的重量和占用空间也是值得考虑的问题,重量的增加意味着降低效率。线路体积(直径)太大在相对运动的部分之间过线非常困难,所以在电子装置不断增加的情况下,减少线束成为一个必须解决的问题,而使用传统的点到点平行连接方式显然无法摆脱这种困境,因而基于串行通信传输的网络结构成为一种必然的选择。基于汽车底盘的电子化技术、线控技术的应用、汽车底盘的网络化技术成为必然。如何建立局域网将汽车底盘的各种电子设备的传感器、执行机构、ECU的数据和信息通过一个总的ECU进行集中控制成为急需解决的问题。目前汽车底盘的网络化中应用比较成熟的有CAN总线,它是由博世提出的CAN标准(CAN/B为B级CAN,CAN/C为C级CAN),最早在欧洲汽车上被广泛采用,后来包括美国、日木汽车行业也使用它作为B级或C级汽车网络。TTP/C和FlexRay是以线控系统为主要应用目标的C级网络协议,它们的相关支撑元器件和应用系统开发测试工具等处于研究阶段。目前无线局域网络在汽车底盘控制上的应用正在进一步探索。蓝牙技术作为一种新的短距离无线通信技术标准,在汽车底盘控制系统的应用中有着巨大的市场潜力,其相对低廉的成本和简便的使用力得到汽车业界的一致认同。
通过写这篇关于汽车底盘新技术的论文,从中了解到更多的关于汽车底盘的新技术,同时也对汽车的发展以及汽车新技术的特点有了更多的了解,而对各项新技术的特点、应用及发展领域有了更深的了解。
注:
本文主要解析汽车底盘全电路制动系统(BBW,Brake-by-Wire)、汽车转向控制系统(RWS、ESPⅡ等)、汽车悬架控制系统(
ADC、ARC等)以及现在发展起来的汽车底盘线控技术。
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