传感器在汽车底盘电子控制中的应用

1引言

随着电子技术的发展，汽车的电子化程度也越来越高。汽车底盘控制系统的装置与执行器之间的连接，也由简单的机械连接阶段进入了电信号联系阶段。良好的底盘电子控制系统能改善车轮和地面之间的附着状况，进而改善汽车的安全性、动力性和舒适性[1]。电子控制系统在汽车底盘技术中的应用很好地改善了汽车的主动安全性。常见的底盘控制系统有以下几种：牵引控制、制动控制、悬挂控制和转向控制[2]。传感器是电子技术中的核心器件，是一种进行信号变换的装置，它的作用是把被测的非电量信号转变成为电量信号，是促进汽车技术全面发展的关键器件。在汽车底盘电子控制系统中，控制工作是离不开传感器的[3]。用于底盘控制的传感器指的是分布在变速器控制系统、动力转向系统、悬架控制系统、制动系统等中的传感器,在不同系统中他们的作用不同,但其工作原理是相同的[4]。

2 汽车底盘电子控制的理论基础

汽车底盘的主要功能是让汽车能根据驾驶员的意愿作相应的运动，像加速、减速和转向运动等。驾驶员是通过操纵汽车里的转向盘、油门和制动踏板等元件来表达自己意愿的,相应于这些操纵的执行量是前轮的转向角以及车轮上的驱动力矩或制动力矩,而真正起作用的是轮胎的纵向力和侧向力。影响汽车轮胎力的主要因素有路面的附着系数、车轮的法向力、车轮滑动率和车轮侧偏角。汽车底盘控制设计的基本原理就是在给定了路面附着系数和车轮法向力的前提下，对车轮滑动率和车轮侧偏角进行适当的调整和控制,从而达到间接调控轮胎的纵向力和侧向力的目的,最大限度地利用轮胎和路面之间的附着力,达到提高汽车的主动安全性、机动性和舒适性的目的。汽车底盘的电子控制是一个多系统相互影响,相互作用的复杂系统工程,具体表现如下：

(1) 同一个控制系统可能会拥有多个执行机构、并对多个变量同时进行控制。(2) 同一个控制目标可以由不同的控制系统单独控制或者多个系统共同控制。 (3) 同一个控制目标同时被不同的控制系统所控制。(4) 不同的控制系统可能共用同一传感器或者控制单元 [2]。

3 传感器在汽车底盘电子控制中的应用现状

3. 1　传感器在动力转向系统中的应用

在动力转向系统中，传感器的控制对象是车轮转向角，通过对车轮转向角的电子控制,达到控制动力转向系统的目的。常见的动力转向系统有：主动前轮叠加转向系统AFS、主动前轮助力转向系统ESP和主动后轮转向系统RWS。所用的传感器主要有发动机转速传感器、车速传感器、转矩传感器等,通过这些传感器发挥作用，动力转向电控系统在实现转向操纵轻便、提高了响应特性的同时增大输出功率、减少发动机损耗，从而也节省了燃油。

所有的动力转向系统ESP、AFS及RWS的工作原理都是由驾驶员发出指令,由传感器感知路面的状况,并以电信号的形式将路面状况通过网络传递给电子控制器及执行器。比如在EPS系统中，这种微机控制的转向助力系统具有部件少、质量小、体积小等特点。在系统工作时，如果我们选择最佳传动比，就可以得到最快的反应：即当汽车高速行驶时，转向速度比就会变小，而转向力度会逐渐增大，这会使汽车方向更稳定、行车更安全。而当以很低的行驶速度驾驶时，转向速度比会变大，此时只需轻轻地小角度打转向盘，车身位移就会发生大幅度变化，这会使得很多工作变得轻松，比如停车入位工作；该系统的特点在于它提高了汽车的转向能力和转向响应特性，同时它也增加了汽车高速行驶时的稳定性和低速行驶时的机动性。另外，由于EPS可根据需要给转向盘施加一个额外力矩,驾驶员可以根据这个力矩的提示信号,才去转向措施，这就是此系统的转向建议的功能。该系统主要有电子控制器、电动机及运动传动机构、电机转速传感器、转向力矩传感器和转向盘转角传感器组成。其它系统也都和EPS系统一样，各自发挥了不可替代的重要的功能。

3.2　传感器在悬架系统控制中的应用

悬架系统控制中的传感器的工作是过对汽车悬挂元件特性进行干预和调节，从而达到实现汽车动力学控制的目的。工作的时候，系统综合汽车的运动状况和这些传感器检测到的信息，通过计算得出每个车轮悬挂阻尼器的最优阻尼系数,然后作出自动调整车高、抑制车辆姿势的变化等工作指令,从而实现了对操纵稳定性、行车稳定性和车辆舒适性的控制。连续性阻尼控制系统ADC是由4个控制单元、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的。

3. 3　传感器在驱动和制动的电子控制系统中的应用

3. 3. 1　传感器在牵引力控制系统TCS中应用

由于汽车驱动轮的驱动力矩过大,驱动轮就会相对地面作滑转运动。根据计算驱动轮的安全滑转率最好不要超过20%，因此我们需要对驱动轮滑转率进行控制，对驱动轮滑转率进行控制的系统就是牵引力控制系统TCS。它是在ABS的基础上发展起来的，在大部分汽车里, TCS和ABS是共用一个ECU的,传感器的工作就是对汽车的滑转进行感知，然后将得到的信息以电信号的形式输入系统，系统对传感器输入的信号进行分析, 来识别和判断汽车的行驶状况，从而采取相应的措施。