传统的执行器以直接的方式执行驾驶人的命令,而电子控制单元(ECU)可以提高它们超越人类。人力驱动带宽,10Hz可以被视为一个上界,它很容易被机电设备超越。接下来的案例展示了“智能控制”如何可以大大增强制动系统的输出。
3.2.4.1 防抱死制动系统
汽车防抱死制动系统(ABS)是由Teldix公司在20世纪60年代引入,在博世公司购买该专利并提高它的性能之前,ABS经过了一代又一代的完善。该系统可以激活和松开每个制动器50次/s。这种精细控制使每个轮胎获得最优纵向和令人满意的横向附着,制动距离最小化,而操纵性又可以接受。
接近最优的紧急制动是通过保持接近最大摩擦力值、但没有超越最大值,这是因为该状态意味进入了导致抱死车轮状态的一个不稳定区域。ABS控制算法保证功能点保持在如图3.5所示的边界A和B之间。当制动启动时,车辆动力学和摩擦定律快速滑过工况点(从O到S点),导致最后50%制动力系数和100%滑移率(车轮被抱死)。如果松开制动踏板,那么滑移是逐步减少到零的。如果存在足够的启动恢复率,那么制动效果可以保持在一个较高的水平。
另一种ABS的方案,正如线控制动系统所使用的,采用连续控制律代替继电器式控制驱动来控制制动踏板的压力。
图3.5 制动效率(www.daowen.com)
3.2.4.2 车身电子稳定程序系统
作为ABS的一个扩展,车身电子稳定程序(ESP)系统在危险时刻给出最佳偏航(摆动)控制,在转向角、各个车轮速度和发动机功率之间引入校正来优化转弯时的轨迹控制,并通过微调单个车轮转速,避免转向不足(费力通过)和过度转向(甩尾)。车辆增加的可控性超越了人类的能力,而且它只能使用数字技术,如内部状态表示和估计。
3.2.4.3 线控技术
线控技术是一个通用术语,它指定用电子架构来削弱传统的机械和液压执行器及中间组件、并将其替换为电子和电气组件,然后只通过电缆连接在一起,并用其作为信息和动力的载体(或媒介)。线控技术打开了通向增强舒适性、同时也增强了控制应用的可能性,甚至推进了车辆性能,这是因为它们在可能牺牲可靠性的代价下引入了全电子执行器控制。自20世纪90年代中期以来,线控技术联盟一直在负责定义标准架构,提升这些技术的长处[20,21]。
在SPARC项目期间[3,22]所开发的SPARC线控技术原型,拓展和融合了整车控制器中的经典ABS和ESP功能,它针对增强的系统指令能力,协调了制动和转向动作。可靠性问题是通过系统使用双组件(ECU的使用翻了两番)以及FlexRay确定的与容错的多路复用总线。
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