智能网联汽车安全 第3章 汽车主动安全

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3. 2. 6 ACC 概述 ACC ( AdaptiveCruiseControl ,自适应巡航控制系统)是
定速巡航控制系统的提升和扩展,它除了定速巡航功能外,还 具有获取前方道路信息,并基于与前车的间距和相对速度等 信息,控制汽车的节气门开度和制动力矩,调节其纵向速度,使 其相对前车以合适的安全间距行驶的功能。当与前车之间的 距离过小时, ACC 控制单元可以通过与制动防抱死系统、发 动机控制系统协调动作,使车轮适当制动,并使发动机的输出 功率下降,以使车辆与前方车辆始终保持安全距离。
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EBD 必须在 ABS 的基础上工作。从硬件而言,它并没有 增加新的元器件,而是通过软件升级和改变应用程序来实现 制动力的合理分配,这样也就降低了成本。 EBD 在汽车制动 时根据各轮速传感器的信号来运算滑移率(定义为车辆实际 车速与车轮线速度之差和车辆实际车速之比),通过控制后轮 制动压力,使后轮滑移始终保持小于或等于前轮滑移率,取代 机械式分配阀对后轮的控制,实现接近于理想制动力分配曲 线的制动效果。图 3.6 所示为有、无 EBD 的汽车制动情况 对比,可以看出 EBD 能更好地控制汽车滑移。
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无论是侧视系统还是前视系统,都由道路和车辆状态感 知、车道偏离评价算法和信号显示界面三个基本模块组成。 系统首先通过状态感知模块感知道路几何特征和车辆的动态 参数,然后由车道偏离评价算法对车道偏离的可能性进行评 价,必要的时候通过信号显示界面向驾驶员报警。
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图 3.3 ASR 控制系统控制模式示意图
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3. 2. 3 ESP 概述 ESP ( ElectronicStabilityProgram ,电子稳定程序系统)是
对旨在提升车辆的操控表现的同时,有效地防止汽车达到其 动态极限时失控的系统或程序的通称。图3.4 所示为 ESP 的组成。
一种具有防滑、防锁死等优点的汽车安全控制系统。图 3.1 所示为电子 ABS 结构。
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图 3 .1 电子 ABS 结构
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ABS 的工作原理为:汽车制动时,根据 ABS 电控单元的 控制指令,自动调节制动轮缸的制动压力的大小,使车轮不抱 死,并处于理想滑移率的状态。其具体工作分为四个过程。
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3. 2. 2 ASR 概述 ASR ( AccelerationSlipRegulation ,驱动防滑系统)是继
ABS 后采用的一套防滑控制系统,是 ABS 功能的进一步发展 和重要补充。 ASR 可独立设立,但大多数与 ABS 组合在一 起,常用 ABS / ASR 表示,统称为防滑控制系统。
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图 3.9 车距判断示意图
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2 ) ACC 在典型路况的应用 当前方没有车辆时, ACC 会以一定的速度巡航(巡航的 车速在设定的车速限值范围内),当雷达监测范围内出现车辆 时,如果车速过高,此时汽车会减速,并以一定的车速跟随前车 行驶,保持安全距离;若前车又切出本车道,则本车会自动加速 至设定车速。如图3.10 所示,前方车道无车,此时车速约为 80km / h 。如图 3.11 所示,前方车道出现车辆,车速下降,此 时车速约为 70km / h 。
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图 3.12 自动泊车系统组成
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APS 涉及的关键技术如下: (1 )泊车车位检测技术:通过超声波雷达或者摄像头等装 置来检测目标泊车车位,判断目标车位类型,分析车位空间大 小,确定车位起点和终点。在车位识别的技术方面,停车泊位 一般分为两种类型:一种是空间车位,如两车之间的停车区域; 另一种是线车位,即地面划有停车标线的区域。前者多采用 超声波进行车位探测,后者常利用摄像头获取车位信息。用 于超声波检测的传感器(雷达),其主要功能是对前后障碍物的 感知和车位的识别,一般在汽车前部和后部各配置 4 只雷达。
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图 3.5 ESP 的工作流程
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3. 2. 4 EBD 概述 EBD ( ElectronicBrake-forceDistribution ,电子制动力分
配系统)完善并提高了 ABS 的功能,它在 ABS 开始动作之前 就已经平衡了每一车轮的制动力。 ABS 可以在汽车制动过 程中自动控制和调节车轮制动力,防止车轮抱死,保持最大的 车轮附着系数,从而得到最佳制动效果,即最短的制动距离、 最小的侧向滑移量和最好的制动转向性能。 EBD 可以在制 动时控制制动力在各轮间的分配,更好地利用后桥的附着系 数,不仅提高了汽车制动的稳定性和汽车制动时的操纵性能, 而且使后轮获得更好的制动效能。
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汽车与路面之间力的作用全靠轮胎,轮胎通过纵向、横 向滑转来传递地面施加的纵向力及侧向力。轮胎力和其他外 力决定了汽车的运动,也由此决定了其稳定性。 ESP 通过对 每个车轮滑移率的精确控制,使各个车轮的纵向分力和侧向 分力迅速改变,从而在所有工况下均能获得期望的操纵稳定 性。图 3.5 所示为 ESP 的工作流程。
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3.1 汽车主动安全概述 3.2 汽车主动安全关键技术
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3.1 汽车主动安全概述
汽车主动安全性主要包括制动性能、操纵稳定性能、动 力性能、轮胎性能、照明灯和信号灯的性能以及汽车前后视 野性能等,这些性能综合起来,形成了汽车主动安全评价体系。
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汽车的制动性能是使行驶的车辆减速或停车,以及在长 下坡时维持一定车速和在坡道及平路驻车的能力;汽车的操 纵稳定性能是指驾驶员以最少的修正来维持汽车按给定的路 线行驶,以及按驾驶员的愿望转动转向盘以改变汽车行驶方 向的性能;汽车的动力性能主要包括爬坡能力、加速能力及 最大车速三个方面,一般选用加速时间作为评价汽车动力性 能的主要参数。汽车轮胎与安全行驶性能与负荷、气压、高 速性能、侧偏性能、水滑效应、耐磨性等有关
第3章 汽车主动安全 SR 主要由传感器、电控单元和执行器等组成,其主要控
制流程如图 3.2 所示。
图 3.2 ASR 主要控制流程
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ASR 的电控单元具有运算功能,根据前后轮速传感器传 递的信号及发动机和自动变速器的电子控制单元中节气门开 度信号来判断汽车的行驶条件,经过分析判断,对副节气门 执行器、 ASR 制动执行器发出指令,执行器完成对发动机供 油系统或点火时刻的控制,或对制动压力进行调整。图3.3 所示为 ASR 控制系统控制模式示意图。
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如图 3.12 所示, APS 主要由传感器、 ECU 、执行器 以及人机交互单元等组成。传感器系统包括环境数据采集系 统和车身运动状态感知系统。环境数据采集系统一般具有两 种检测方式,即图像采集检测(如摄像头)和距离探测(如超声 波),用以采集在泊车过程中的周边环境信息以及停车位空间 参数。
(3 )降压制动过程:当制动油压保持不变而车轮转速继续 下降,车轮滑移率超过 20%时, ABS 电控单元将向制动压力 调节装置输出控制信号,打开制动轮缸与储能器的通道,制动 轮缸内的高压油流入储能器,制动油压下降,车轮转速由下降 逐渐变为上升。
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(4 )增压制动过程:当车轮转速上升,滑移率下降到低于 10% 时, ABS 电控单元向制动压力调节装置发出指令,使制 动主缸和制动轮缸油路接通,高压油进入制动轮缸,制动油压 增加,车轮转速又开始下降。
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图 3.8 ACC 的架构
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2.ACC 的功能概述 ACC 在特定工况下实现了汽车的纵向自动驾驶,减轻了 驾驶员的操作负担。起初 ACC只能在车速大于一定的情况 下才能启用,随着技术的不断进步, ACC 逐渐得到完善,可以 具有起停跟随功能,工作范围扩展到全车速,可以应对城市中 多信号灯、拥堵等路况。
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针对汽车主动安全的综合评价体系,汽车产业在相应的 主动安全环节加大了投资力度,开展关键技术的研究及试验, 现已成熟的相关技术有 ABS 、 ASR 、 ESP 、 EBD 、 LDWS 、ACC 等。
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3.2 汽车主动安全关键技术
3. 2. 1 ABS 概述 ABS ( AntilockBrakingSystem ,车轮防抱死制动系统)是
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图 3.1有车
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3. 2. 7 APS 概述 APS ( AutomaticParkingSystem ,自动泊车系统)由最初的
泊车辅助系统演化而来。APS 借助雷达或倒车影像等声效 或影像技术,辅助驾驶员安全、准确地停车入位,能够实现车 辆在纵向和横向上的同时控制。
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1 ) ACC 的具体作用 通过车距传感器的反馈信号, ACC 控制单元可以根据靠 近车辆物体的移动速度判断道路情况,并控制车辆的行驶状 态,通过反馈式加速踏板感知驾驶者施加在踏板上的力,ACC 控制单元可以决定是否执行巡航控制,以减轻驾驶者的疲劳 感。图 3.9 所示为车距判断示意图。
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(2 )泊车路径规划技术:运用转向几何学和运动学原理,利 用汽车在泊车过程中围绕转向中心做圆周运动的特点。通过 车位检测信息获取停车位空间的几何形状,以及当前车辆位 置与目标停车位的相对位置数据,分析低速时汽车动力学模 型和避免碰撞的条件,采取两个最小半圆法和圆弧切直线等 控制算法,预先规划出泊车的几何路径。
(1 )常规制动过程:当驾驶员踩下制动踏板时,制动主缸产 生的油压通过管路,进入制动轮缸,从而使车轮制动器产生制 动力。
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(2 )保压制动过程:随着制动压力升高,当车轮转速下降到 一定程度、车轮开始出现部分滑移现象时, ABS 电控单元向 制动压力调节装置发出指令,关闭制动主缸与制动轮缸的通 道,使制动轮缸的油压保持不变,即处于一个稳定的油压状态。
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图 3.6 有、无 EBD 的汽车制动情况对比
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3. 2. 5 LDWS 概述 LDWS ( LaneDepartureWarningSystem ,车道偏离预警系
统)主要由 HUD 抬头显示器、摄像头、控制器以及传感器组 成。当车道偏离系统开启时,摄像头(一般安置在车身侧 面或后视镜位置)会时刻采集行驶车道的标志线,通过图像处 理获得汽车在当前车道中的位置参数,当检测到汽车偏离车 道时,传感器会及时收集车辆数据和驾驶员的操作状态,之后 由控制器发出警报信号,整个过程大约在 0.5s 内完成,为驾驶 者提供更多的反应时间。如果驾驶者打开转向灯,进行正常 变线行驶,那么 LDWS 不会做出任何提示。
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LDWS 的工作过程:如图3.7 所示,当车辆越过路标(白 色行车道表示)、没有启动转向指示灯时,前保险杠后的红外 传感器检测到这个动作,并且触发 ECU ,根据偏离车道的方向, 通过司机座椅的左侧或者右侧的震动,来对司机进行警示。
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图 3.7 车道偏离预警示意图
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1.ACC 的架构 ACC 的架构如图 3.8 所示,包括信号采集、信号控制、 执行控制和人机交互界面等几部分。信息采集单元主要采集 本车状态信息与行车环境等信息,如前车与本车间距和相对 速度等;信号控制单元根据车载传感器采集到的行驶信息,确 定本车的控制方案,并调节油门控制单元或刹车制动执行单 元;执行控制单元根据信号控制单元发出的指令动作,主要包 括使油门踏板动作、使刹车踏板动作等;人机交互界面供驾 驶员对 ACC 进行功能选择和参数设定。
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图 3.4 ESP 的组成
第3章 汽车主动安全
ESP 主要由传感器、 ECU 和执行器等部分组成,在实时 监控汽车运行状态的前提下,对发动机及制动系统进行干预 和调控。在汽车行驶过程中,方向盘转角传感器感知驾驶员 转弯的方向和角度,轮速传感器感知车轮的速度,制动压力传 感器感知制动装置的制动压力,而横摆角速度传感器则感知 汽车绕垂直轴线的运动,横向加速度传感器感知汽车发生横 向移动时的横向加速度。
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