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自动驾驶的核心技术之——线控技术

对于自动驾驶汽车的控制有很多疑问。比如转向,具体跟车辆的交互,是传入转向角度还是力度?刹车制动是由IPC告诉硬件多少力度呢,还是智能到具体的制动百分比就可以?要实现这些控制指令,首先与参考车辆的底盘组组件有很大的关系,要了解与车辆底盘的各个组件交互,就要先了解这些控制组件。线控执行简单地说,线控执行主要包括线控制动、转向和油门。某些高级车上,悬架也是可以线控的。线控执行中制动是最难的部分。

日产旗下的英菲尼迪Q50是首批使用线控转向的量产车辆线控转向也已经得到实际应用,这就是日产旗下的英菲尼迪Q50。实际目前的电子助力转向(EPS)非常接近线控转向了。EPS与线控转向之间的主要差异就是线控转向取消了方向盘与车轮之间的机械连接,用传感器获得方向盘的转角数据,然后ECU将其折算为具体的驱动力数据,用电机推动转向机转动车轮。而EPS则根据驾驶员的转角来增加转向力。

线控制动是最关键的也是难度最高的。要了解线控制动,首先要了解汽车的刹车原理。轻型车通常采用液压制动。

传统制动系统主要由真空助力器、主缸、储液壶、轮缸、制动鼓或制动碟构成。当踩下刹车踏板时,储液壶中的刹车油进入主缸,然后进入轮缸。

轮缸两端的活塞推动制动蹄向外运动进而使得摩擦片与刹车鼓发生摩擦,从而产生制动力。当驾驶者踩下制动踏板时,机构会通过液压把驾驶人脚上的力量传递给车轮。但实际上要想让车停下来必须要一个很大的力量,这要比人腿的力量大很多。所以制动系统必须能够放大腿部的力量,要做到这一点有两个办法:一是杠杆作用;二是利用帕斯卡定律,用液力放大。制动系统把力量传递给车轮,给车轮一个摩擦力,然后车轮也相应的给地面一个摩擦力。

ESP与ABS非常接近,与ABS最大的不同在于ESP可以在没有踩刹车踏板的情况下向轮缸输出制动压力,ABS只能在踩下刹车踏板后从主缸向轮缸输出压力。压力生成器就是电机和柱塞泵,与ABS比多了4个柱塞泵,4个电磁阀,也就是VLV和USV。

博世第九代ESP增加了两个特殊功能,一个是ACC,自适应巡航,ESP可以部分控制电子节气门。另一个是AEB,ESP可以部分控制刹车系统。有些认为ESP既可以控制油门又可以控制刹车,是个很好的线控系统,非也。博世对国内厂家一般只开放ACC和ESP量产接口协议,刹车力度最大大约为0.5g,标准的刹车力度在0.8g以上,0.5g远不够用。

如果膜片两边有即使很小的压力差,由于膜片的面积很大,仍可以产生很大的推力推动膜片向压力小的一端运动。真空助力系统,是在制动的时,也同时控制进入助力器的真空,使膜片移动,并通过联运装置利用膜片上的推杆协助人力去踩动和推动制动踏板。需要注意推力来自压力差,而非真空。电动车和混合动力车不能依赖内燃机取得真空,需要用电子真空泵。

博世从e-UP中获得灵感,加上博世是电机大师,经过博世的努力,最终在2013年去掉了高压蓄能器,单用电机推动主缸,这就是iBooster。

博世的iBooster于2013年初推出,并且应用大众(包括奥迪品牌,大众持有ibooster的部分专利)全系列电动与混动车上,其他客户还有特斯拉和即将上市的卡迪拉克CT6。大陆和天合(ZF)则在此基础上将ESC也集成进来,大陆的MKC1早在2011年就已经推出,在2017年版的阿尔法罗密欧Giulia上使用。

线控液压制动器(EHB)EHB(Electro-HydraulicBrake)即线控液压制动器,是在传统的液压制动器基础上发展而来的。EHB用一个综合的制动模块来取代传统制动器中的压力调节器和ABS模块等,这个综合制动模块就包含了电机、泵、蓄电池等等部件,它可以产生并储存制动压力,并可分别对4个轮胎的制动力矩进行单独调节。

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