由伺服电机驱动节气门执行机构

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　　智能驾驶底盘线控技术导言：“线控技术●”（By-Wire）最初是出现在飞机应用中，在飞机操作控制装置中，线控技术是一种通过将飞行员操纵指令转变为电信号输送至控制器，由控制器控制飞行的控制技术。现在，将线控技术与汽车电子相结合，也就是常说的车辆线控技术（X-By-Wire）广泛应用于无人驾驶车辆（UGV）以及先进驾驶辅助系统（ADAS）的技术，如Steer-by-wire，Bake-by-wire，Shift-by-wire▽▽▷，Park-by-wire等等。项目四

　　智能驾驶底盘线控技术线控技术（By-Wire），通俗来讲就是由“电线◆▪”或者电信号来实现传递控制▼△-，而不是通过机械连接装置的●▲☆“硬…■”连接来实现操作。Baby正在努力地推着小车,此时▷■,Baby与小车之间形成了硬连接,速度完全取决于推力的大小,这就相当于传统的机械连接装置遥控车则是典型的利用无线电信号来实现操控,前进▷◆▽、汽车后退、转弯都是依靠不同的信号指令来完成●■。操作者与遥控车之间没有硬连接装置线控技术本身与我们的生活非常之近△•，除了上面提到过的遥控车，还有遥控电视、空调□▽、厨具，甚至是门锁等。任务4.1○…：线线.基本定义车辆线控技术指用电子信号代替由机械、液压或气动系统等形式的连接，如换档连杆、油门拉线、转向器传动机构、刹车油路等，从而不需要依赖驾驶员施加的力或力矩输入的一种控制技术。线控底盘系统是应用车辆线控技术的汽车底盘系统。◇…“线控技术”（By-Wire）最初是出现在飞机应用中•▲，在飞机操作控制装置中，线控技术是一种通过将飞行员操纵指令转变为电信号输送至控制器，由控制器控制飞行的控制技术。2.线控底盘的分类线控底盘系统主要分为线控油门○、线控转向、线控制动▪…、线控换挡、线控悬挂五大子系统，如图4-1所示。

　　其中…，线控油门▪▪◆、线控转向△★■、线控制动在智能车自动驾驶领域尤其重要▪。任务一▷•：线线控底盘的分类任务一：线控底盘的构成任务一：线线控油门系统线控油门(Throttle--wire-by，TBW），即使用电信号的形式来控制节气门的一种电子控制技术○。线控油门通过用导线代替拉索或者拉杆，由加速踏板上的位置传感器将电信号输入给ECU△■，从而进行发动机的运行控制●。线控油门系统主要由加速踏板位置传感器◇、ECU、CAN数据总线▼•、伺服电机和节气门构成。位置传感器安装在加速踏板内部•▽，随时监测加速踏板的位置。当监测到加速踏板高度位置有变化时，会瞬间将此信息送往ECU□●◇，ECU对该信息和其他系统传来的数据信息(如车速、扭矩■、节气门开度、发动机转速等）进行运算处理□◆=，计算出一个控制信号▼，传送到伺服电机，由伺服电机驱动节气门执行机构。数据总线则是负责系统ECU与其他ECU之间的通讯1.基本定义4▽◆.1.2线.线控油门的特点精确控制节气门开度线控油门控制系统的最大优点是可以实现发动机全范围的最佳扭矩输出★▷•。首先由ECU对各种工况信息和传感器信号做出判断并处理，然后计算出最佳的节气门开度●，再由驱动电机控制节气门达到相应的油门开启角度。改善发动机的排放性能□☆。发动机电控系统在各种情况下对空燃比进行精确控制，使燃烧更加充分，同时也降低了废气的产生可获得海拔高度补偿在海拔较高的地区，大气压下降◆，空气稀薄，氧气含量下降，导致发动机输出动力下降▽=。

　　此时，线控节气门控制系统可按照大气压强和海拔高度的函数关系对节气门开度进行补偿，保证发动机输出动力和油门踏板位置的关系保持稳定。4.1.3线控转向系统传统转向系统1▪●▼.线控转向系统的概念线控转向（Steer-by-wire，SBW），即使用电信号的形式来控制转向的一种电子控制技术-。驾驶者通过方向盘上的转向角传感器和力矩传感器将转角信号和力矩信号输入给控制器ECU，ECU将信号分析处理后将控制信号传递至转向电机◁▷，从而控制转向电机转向所需扭矩，带动前车轮转向，实现驾驶者的转向意图=。同时，转向轮上的传感器将车轮转向角、转向加速度反馈给ECU，由ECU向方向盘力矩电机发送信号，产生方向盘回正力矩△▪，以提供驾驶者相应的传感信息前轮前轮转向电机控制器ECU方向盘线线-△.电动助力转向系统的结构及原理4.1.3线控转向系统驾驶员在转动方向盘时，力矩传感器检测到方向盘的转向以及力矩大小★，将相应的电压信号送到ECU，由ECU分析计算后向转向电机控制器发出指令◆□，使电机输出相应大小和方向的转向力矩，从而产生助力3.线控转向系统的结构及原理4.1.3线控转向系统线控转向系统的工作原理：方向盘将驾驶员或车辆计算平台的转向意图通过传感器转换成电信号，随后传递给转向齿条执行机构▼。转向齿条执行机构则从方向盘执行机构接受信号，并根据驾驶员的转向意图将方向盘角度信号转换成轮胎的摆动，控制助力电机工作，从而对转向系统进行控制线线线.线控转向系统的结构及原理4□◇.1□○.3线▽.线控转向系统与电动助力转向系统的区别线控转向系统的优势主要有以下几点：去掉了转向系功能模块间的机械连接，不仅节省了空间，还降低了车辆的噪声和振动★▪。消除了碰撞事故中转向柱后移引起伤害驾驶员的安全隐患。方向盘转角和转向力矩可以独立设计，实现不同主观驾驶感受的转向感=△，提高驾驶性能。线控转向系统取消了方向盘与车轮之间的机械连接，用传感器获得转向盘的转角信息，并输入给ECU，ECU经过处理计算后将驱动数据输出给驱动电机，由电机推动转向机转动车轮。而电动助力转向系统则根据驾驶员的转角来增加转向力○。线控转向系统的优势主要有以下几点：去掉了转向系功能模块间的机械连接，不仅节省了空间•，还降低了车辆的噪声和振动◆○。消除了碰撞事故中转向柱后移引起伤害驾驶员的安全隐患。方向盘转角和转向力矩可以独立设计…△，实现不同主观驾驶感受的转向感，提高驾驶性能。线控转向受到三方面的制约▼○□：硬件方面，线控转向需要较高功率的力反馈电机和转向执行电机。软件方面▷●，复杂的力反馈电机和转向执行电机的算法实现。此外，线控转向冗余设备导致额外增加成本和重量。但是线控转向是自动驾驶汽车实现路径跟踪与避障避险必要的关键技术，其性能直接影响主动安全与驾乘体验。4-□.1.3线线线▪▽.线控制动系统的概念

　　线控制动（Brake-by-wire◇▼，BBW）是使用电信号的形式来控制制动的一种电子控制技术•○，如图4-6所示○☆…。线控制动是底盘线控技术中难度最高的技术▪，也是最关键的技术▷。驾驶员进行制动操作时▲▪△，制动踏板位置传感器监测驾驶者的制动意图，并把这一信息传递给控制器ECU，ECU结合轮速传感器、转向角传感器等各种信息□◆，根据车辆行驶状态计算出每个车轮的最大制动力-◆，再发控制指令给制动执行器对各个车轮实施制动。2▼.传统制动系统4•-◇.1△-.4线控系统制动气压制动：即真空助力装置■◁，利用压缩空气作动力，将发动机带动空压机所产生的压缩空气的压力转变为机械推力，使车轮转动。液压制动：是将驶员施压于制动踏板的力经过推杆传到主缸活塞从而压缩制动液，制动液经过油管加大制动轮的压力，轮缸活塞在压力作用下驱使制动片压向制动鼓▪•■，在摩擦片的作用下使制动减小转速或停止转动，从而产生制动力。制动液推动活塞使制动块夹住制动盘执行计算分配制动力4.1.4线=-•.液压式线线.液压式线控制动(非纯线控）

　　由于防抱死制动系统(ABS）、车身稳定控制系统(ESP）等逐步产生，线控制动系统慢慢在传统的制动系统上发展起立●-。液压式线控制动（Electro-HydraulicBrake，EHB），以传统的液压制动系统为基础，用电子器件替代了一部分机械部件的功能，使用制动液作为动力传递媒介，控制单元及执行机构布置的比较集中，有液压备份系统▪…-，也可以称之为集中式、湿式制动系统。正常工作时，制动踏板与制动器之间的液压连接断开，备用阀处于关闭状态。制动踏板上集成有位置传感器，ECU通过采集制动踏板位置传感器信号判断驾驶员的制动意图●▪△，并通过电机驱动液压泵进行制动。电子系统发生故障时，备用阀打开，EHB系统变成传统的液压系统○。

　　缺点●:液压系统结构复杂；容易发生液体泄漏，存在安全隐患；成本和维护费用较高。优点:由于具有备用制动系统…，安全性较高，是现阶段的首选方案。4▼.线线线◇□.线控制动系统的特点线）提高响应速度。执行机构和制动踏板间无机械或液压连接=，缩短了制动器的作用时间，有效减小了制动距离•=，大大提高了系统的响应速度。（2）便于维护。不需要制动助力器，节省了空间，增强了布局的灵活性，便于装配及维护。（3）节能环保。不需要制动液，可以减轻系统的质量并且较为环保□■。在ABS模式下无回弹振动-▪，可以消除噪声。线控制动系统的缺点：对可靠性要求很高，需要备份系统来保证可靠性；电机功率限制动力不足★◆；工作环境恶劣，刹车片附近的半导体部品无法承受高温△■▷。任务4●.2：Apollo控制技术

　　智能传感器是通过工艺技术手段将传感器与微处理器两者紧密结合★-，将传感器的敏感元件及其信号调理电路与微处理器集成在一块芯片上的新型处理器，它不仅能够实现传统传感器的功能-，还能充分利用微处理器的计算和存储能力▽▪•。不但可以对传感器的测量数据进行计算、存储◁、数据处理□▽•，还可以通过反馈回路对传感器进行调节▽▼，大大提高了传感器的精度●◇。由于微处理器充分发挥各种软件的功能•，可以完成硬件难以完成的任务，从而大大降低了传感器制造的难度，提高传感器的性能=，降低成本2.总线信息获取与传输技术类别对象速率（kb/s）应用范围总线代表A面向传感器执行器的低速网络1～10电动门窗、座椅调节◁、灯光照明等TTP/A

　　传统的CAN总线无法为线控系统提供所需要的容错功能和带宽△◇：一方面是因为◇，线控系统的实时性和可靠性要求都很高，必须要采用时间触发的通信协议；另一方面□●◇，线控系统要求通信网络协议具有容错的功能，容错的功能就意味着即使系统的不同部分出现了故障••…，系统仍然可以按设计继续运行。TTP/C(TimeTriggeredProtocolSAEClassC)是一个基于时间触发的、集成的◁▪=、有容错功能的实时网络通信协议，它是以TDMA为媒体访问方式，ClassC代表符合汽车工程师协会(SAE)的C类标准。TTA(TimeTriggeredArchitecture)经过众多科研机构和公司的合作研究。现已比较完善，逐渐从航空领域向汽车、工业控制等制造成本要求比较低的领域渗透，大众▲◆▪、德尔福、标致、雪铁龙等公司都采用该标准。TTP/C网络是由一系列连接到两个冗余通道上的节点构成的；这两个通道被称为通道0和通道1，每一个通道都包含一条TTP总线，一个TTP/C网络和与此相关的节点被称作簇(cluster)，典型的TTP/C网络架构如图4-11所示，主要由主机★▼、主机和协议控制器接口CNI(CommunicationNetworkInterface)☆△、TTP/C协议控制器和总线保护器BG(BusGuardian)构成。4.2.1信息获取与传输技术2◆△◇.总线FlexRay通信原理4.2.1信息获取与传输技术2▼=.总线驾驶人意图与工况辨识技术

　　对于线控汽车的控制◇▲◁，系统需要准确辨识驾驶员的驾驶意图■，并结合驾驶环境工况作出相应的动作。这些参数一部分是通过传感器测得的，像车速、发动机转速、方向盘的转角等。但是很多参数是传感器无法直接测得的，例如说路面的附着系数▲■、制动时轮胎的滑移率、前后轮侧偏角=，以及车轮纵/侧垂向力等。即使传感器可以测得的参数也会受到传感器精度的影响，例如存在标定误差以及温度漂移误差的影响，这些参数往往需要经过处理才能使用。针对汽车行驶状态和参数，主要采用算法和模型来评估和预测，包括采用线性观测器、鲁棒观测器◇◆、滑模观测器和龙贝格观测器以及卡尔曼滤波算法等。由于模型往往采用的是比较固定的参数△=，因此与实时变化的实际情况存在着一定的差距★。4□▽◁.2.3故障诊断容错技术线控系统要能够及时检测到系统故障，确定故障源，并做出相应的容错控制动作。容错控制的含义是-▼…：当有一些部件出现故障或者失效的时候▽，他们在系统中的功能可以用系统中的其他部分来代替，使系统能继续保持规定的性能，或者不丧失基本的功能，进一步实现故障系统的性能最优4.2-.4能源管理技术48V供电系统是未来发展的趋势▷。它既能满足电源需要又不会对人体安全造成威胁○☆。与传统12V供电系统相比…○★，传输同样的功率▲▽。只需要1/3的电流，极大地降低了负载的电流和能量的损耗，另外48V系统可以将功率提升到8kW极大地提高了带负载的能力。汽车更换48V电源系统不只是更换电源以及线束那么简单，汽车的结构、电器之间的功率匹配以及因电压升高引起的开关处的电弧现象都是需要解决的问题。4.2▲.5未来发展趋势

　　随着汽车电子技术的快速发展，汽车的发展趋势是更加的智能化•，同时提升可靠性和安全性○=、降低成本等方面。汽车底盘系统线控化将从部分子系统线控化逐渐演进到全局线控化，多系统多控制器将逐渐被域控制器取代。线控系统的智能化提高线控技术的可靠性和安全性降低成本4▽-▼.2.6百度Apollo线.线控转向系统

　　百度Apollo自动驾驶汽车的线控转向系统具有转向控制，转向反馈，人工接管和越界处理等功能。转向控制的信号有使能信号=、目标方向盘转角和目标方向盘转速三种。使能信号是用于人工驾驶和自动驾驶的切换，目标方向盘转角和目标方向盘转速信号的作用是在自动驾驶模式下控制汽车的转向角度和速度▪◆▽。转向角度的设定范围因车面异，角度误差控制在0.6以内，超调时间小于200ms•■□，转角速度设定范围为0~500deg/s。转向反馈是把汽车实际的方向盘转角转速、当前的驾驶模式反馈到决策中心•。人工接管的作用是当驾驶员施加在方向盘上的扭矩超过该门限值(例如3N·m)且达到一定时间后▲△，转向控制切换到人工驾驶模式，退出线控转向自动驾驶模式后，转向使能上升沿触发再次进入线百度Apollo线•=•.线控驱动系统

　　在汽车的线控驱动方面▪▽●，百度Apollo自动驾驶汽车具有驱动控制、驱动反馈◇◆、人工接管和越界处理等功能•◁。驱动控制的信号有使能信号、加速踏板目标位置▲▷•、纵向目标加速度和目标驱动扭矩▪，通过获取总线上的这些目标控制数据来进行汽车驱动的控制同样驱动反馈也是将汽车的加速踏板位置、发动机转速◆○，汽车车速、轮速△◇=、加速度等信息反馈给决策中心▲。4.2.6百度Apollo线控技术应用

　　线控挡位是一种不需要任何机械结构●◇◁，仅通过电控来实现传动的机构◆…。相比传统换挡机构，线控换挡没有了拉线的束缚，整个系统变得更轻▲▪…、更小、更智能。百度Apollo线控挡位功能包括挡位控制和挡位反馈挡位控制就是控制汽车切换到要求的挡位，其控制信号主要有档位使能信号◇、目标挡位、反馈信号有当前挡位等，其中目标挡位指示将要切换的挡位P。谢谢！

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