智能網(wǎng)聯(lián)汽車 5-2認(rèn)知智能網(wǎng)聯(lián)汽車控制執(zhí)行技術(shù) 教案

課題任務(wù)二認(rèn)知智能網(wǎng)聯(lián)汽車決策規(guī)劃技術(shù)課時(shí)1課型新課學(xué)科智能網(wǎng)聯(lián)汽車教師學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：1.能描述環(huán)境感知系統(tǒng)概念和內(nèi)容2.能描述環(huán)境感知系統(tǒng)組成3.能解釋環(huán)境感知的應(yīng)用范圍素質(zhì)目標(biāo)：1.通過(guò)環(huán)境感知系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生知道技術(shù)不斷進(jìn)步，激發(fā)學(xué)生不斷學(xué)習(xí)的興趣。教學(xué)重點(diǎn)1.能描述環(huán)境感知系統(tǒng)概念和內(nèi)容2.能描述環(huán)境感知系統(tǒng)組成3.能解釋環(huán)境感知的應(yīng)用范圍教學(xué)難點(diǎn)1.能描述環(huán)境感知系統(tǒng)組成2.能解釋環(huán)境感知的應(yīng)用范圍教學(xué)方法講授法教學(xué)資源教學(xué)視頻、PPT教學(xué)過(guò)程教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容一、導(dǎo)入智能網(wǎng)聯(lián)汽車的行為決策是基于環(huán)境感知和導(dǎo)航子系統(tǒng)的信息輸出，所以研究清楚上述兩項(xiàng)十分關(guān)鍵。今天，我們一起來(lái)學(xué)習(xí)智能網(wǎng)聯(lián)汽車控制執(zhí)行技術(shù)。二、教學(xué)過(guò)程同學(xué)們，我們先明確控制執(zhí)行的概念，了解什么是控制執(zhí)行。提問(wèn)1：控制執(zhí)行的概念？明確1：控制執(zhí)行是整個(gè)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的最后一環(huán)，是將環(huán)境感知，行為決策，路徑規(guī)劃的結(jié)論付諸實(shí)踐的執(zhí)行者。提問(wèn)2：控制執(zhí)行的類型有哪些？明確2：主要包括車輛的縱向運(yùn)動(dòng)控制和側(cè)向運(yùn)動(dòng)控制縱向運(yùn)動(dòng)控制，即車輛的制動(dòng)和驅(qū)動(dòng)控制。側(cè)向運(yùn)動(dòng)控制，即通過(guò)輪胎力的控制以及方向盤角度的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛汽車的規(guī)劃路徑跟蹤?？刂茍?zhí)行需要借助復(fù)雜的汽車動(dòng)力學(xué)完成主控系統(tǒng)，主控系統(tǒng)由軟件部分的智能車載操作系統(tǒng)與硬件部分的高性能車載集成計(jì)算平臺(tái)聯(lián)合組成。智能車載操作系統(tǒng)融合了內(nèi)容服務(wù)商和運(yùn)營(yíng)服務(wù)商的數(shù)據(jù)，以及車內(nèi)人機(jī)交互服務(wù)，能夠?yàn)槌丝吞峁┲艿降膫€(gè)性化服務(wù)，目前的主流操作系統(tǒng)包括Windows、Linux、Android、QNX、YunOS(阿里云系統(tǒng))等。提問(wèn)3：控制執(zhí)行的方法有哪些?明確3：目前控制執(zhí)行主流的控制算法主要有PID控制、模型預(yù)測(cè)控制、滑模控制三類。1.PID控制PID控制簡(jiǎn)稱比例、積分和微分控制。2.模型預(yù)測(cè)控制MPC主要由模型預(yù)測(cè)、滾動(dòng)優(yōu)化和反饋調(diào)整3部分組成。3.滑模控制滑?？刂疲⊿MC）是一類特殊的非線性變結(jié)構(gòu)控制，其非線性表現(xiàn)為控制的不連續(xù)性，滑?？刂疲⊿MC）是一類特殊的非線性變結(jié)構(gòu)控制，其非線性表現(xiàn)為控制的不連續(xù)性。提問(wèn)4：什么是線控技術(shù)？明確4：線控技術(shù)是將駕駛員的操作動(dòng)作經(jīng)過(guò)傳感器轉(zhuǎn)變成電信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)傳遞控制，替代傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)或者液壓系統(tǒng)，并由電信號(hào)直接控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)控制目的。提問(wèn)5：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)明確5：1.概念：線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SBW）是智能網(wǎng)聯(lián)汽車實(shí)現(xiàn)路徑跟蹤與避障避險(xiǎn)必要的關(guān)鍵技術(shù)，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車實(shí)現(xiàn)自主轉(zhuǎn)向提供了良好的硬件基礎(chǔ)，其性能直接影響主動(dòng)安全與駕乘體驗(yàn)。2.優(yōu)勢(shì)：可以減輕車體重量，消除路面沖擊，具有減小噪聲和隔震等3.結(jié)構(gòu)：主要由方向盤模塊、轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊和ECU三個(gè)主要部分以及自動(dòng)防故障系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等輔助模塊組成。轉(zhuǎn)向盤模塊包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、扭矩電機(jī)。轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊包括轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)、轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器和前輪轉(zhuǎn)向組件等。電源系統(tǒng)承擔(dān)控制器、執(zhí)行電機(jī)以及其他車用電機(jī)的供電任務(wù)，用以保證電網(wǎng)在大負(fù)荷下穩(wěn)定工作。自動(dòng)防故障系統(tǒng)是保證在線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障時(shí)，提供冗余式安全保障。4.工作原理駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器和轉(zhuǎn)向角傳感器將測(cè)量到的駕駛員意圖轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，連同整車其他的信號(hào)，如車速信號(hào)等，通過(guò)總線傳輸給ECU，ECU再根據(jù)設(shè)定好的算法計(jì)算出前輪轉(zhuǎn)角并將該信號(hào)傳遞給轉(zhuǎn)向電機(jī)完成轉(zhuǎn)向，另外通過(guò)轉(zhuǎn)向阻力傳感器獲得轉(zhuǎn)向阻力信息后，根據(jù)回正力矩算法，將回正力矩大小傳遞給駕駛員完成路感反饋。并根據(jù)轉(zhuǎn)向力模擬生成反饋轉(zhuǎn)矩，同時(shí)控制轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向、轉(zhuǎn)矩大小和旋轉(zhuǎn)角度，通過(guò)機(jī)械轉(zhuǎn)向裝置控制轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向位置，使汽車沿著駕駛員期望的軌跡行駛。5.線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的容錯(cuò)技術(shù)電機(jī)中的開(kāi)關(guān)管斷路、旋變信號(hào)異常和溫度傳感器異常等故障發(fā)生概率較高，對(duì)系統(tǒng)影響也較大；傳感器中的短路、開(kāi)路和機(jī)械故障等對(duì)系統(tǒng)影響較大，但是發(fā)生頻率不高；通信總線中的接頭接觸不良對(duì)系統(tǒng)影響較大且發(fā)生概率較高。提問(wèn)6：線控驅(qū)動(dòng)技術(shù)明確6：線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（DBW），是智能網(wǎng)聯(lián)汽車實(shí)現(xiàn)的必要關(guān)鍵技術(shù)，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車實(shí)現(xiàn)自主行駛提供了良好的硬件基礎(chǔ)。1.線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由于電動(dòng)汽車整車控制單元（VCU）的主要功能是通過(guò)接收車速信號(hào)、加速度信號(hào)以及加速踏板位移信號(hào)，實(shí)現(xiàn)扭矩需求的計(jì)算，然后發(fā)送轉(zhuǎn)矩指令給電機(jī)控制單元，進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制，所以通過(guò)整車控制單元VCU的速度控制接囗來(lái)實(shí)現(xiàn)線控驅(qū)動(dòng)控制。2.線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在先進(jìn)輔助駕駛的應(yīng)用在L3/L4級(jí)別自動(dòng)駕駛情況下，新能源汽車線控驅(qū)動(dòng)架構(gòu)將以中央傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)為主。中央傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)有四種布置方式：發(fā)動(dòng)機(jī)+后橋電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)+雙電機(jī)（帶發(fā)電機(jī)）、發(fā)動(dòng)機(jī)+雙電機(jī)（不帶發(fā)電機(jī)）、發(fā)動(dòng)機(jī)+三電機(jī)。提問(wèn)7：制動(dòng)控制概念、分類、組成及原理明確7：是將原有的制動(dòng)踏板機(jī)械信號(hào)通過(guò)改裝轉(zhuǎn)變?yōu)殡娍匦盘?hào)，通過(guò)加速踏板位置傳感器接收駕駛?cè)说闹苿?dòng)意圖，產(chǎn)生制動(dòng)電控信號(hào)并傳遞給控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并根據(jù)一定的算法模擬踩踏感覺(jué)反饋給駕駛?cè)恕?.線控制動(dòng)系統(tǒng)分類、組成及原理線控制動(dòng)控制技術(shù)分為：電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)（EHB）、電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)（EMB）。2..線控制動(dòng)系統(tǒng)組成⑴EHB線控制動(dòng)系統(tǒng)組成EHB主要由電子踏板、電子控制單元（ECU）、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分組成。（2）電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)EMB組成EMB系統(tǒng)主要由電子機(jī)械制動(dòng)器、ECU和傳感器等組成。3.線控制動(dòng)系統(tǒng)工作原理⑴EHB線控制動(dòng)系統(tǒng)工作原理當(dāng)正常工作時(shí)，制動(dòng)踏板與制動(dòng)器之間的液壓連接斷開(kāi)，備用閥處于關(guān)閉狀態(tài)。ECU通過(guò)傳感器信號(hào)判斷駕駛?cè)说闹苿?dòng)意圖，并通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵進(jìn)行制動(dòng)。當(dāng)電子系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，備用閥打開(kāi)，EHB變成傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)。制動(dòng)踏板輸入信號(hào)后驅(qū)動(dòng)制動(dòng)主缸中的制動(dòng)液通過(guò)備用閥流入連接各個(gè)車輪制動(dòng)器的制動(dòng)輪缸，進(jìn)入常規(guī)的液壓系統(tǒng)制動(dòng)模式，保證車輛制動(dòng)的必要安全保障。⑵⑴EMB系統(tǒng)工作原理EMB工作時(shí)，制動(dòng)控制單元ECU接收制動(dòng)踏板傳來(lái)的踏板行程信號(hào)，ECU計(jì)算出踩制動(dòng)踏板的速度信號(hào)并結(jié)合車輛速度、加速度等其他電信號(hào)，明確汽車行駛狀態(tài)，分析各個(gè)車輪上的制動(dòng)需求，計(jì)算出各個(gè)車輪的最佳制動(dòng)力矩大小后輸出對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，分別控制各車輪上的電子機(jī)械制動(dòng)器中工作電機(jī)的電流大小和轉(zhuǎn)角，通過(guò)電子機(jī)械制動(dòng)器中的減速增矩以及運(yùn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)換，將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為制動(dòng)鉗塊的夾緊，產(chǎn)生足夠的制動(dòng)摩擦力矩。提問(wèn)8：車身縱向、側(cè)向控制分類、組成及原理明確8：1.車身縱向運(yùn)動(dòng)控制縱向運(yùn)動(dòng)控制是指通過(guò)對(duì)油門和制動(dòng)的協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)期望車速的精準(zhǔn)跟隨。采用油門和制動(dòng)綜合控制方法實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)定速度的跟蹤。⑴車身縱向運(yùn)動(dòng)控制分類①直接式運(yùn)動(dòng)控制②分層式運(yùn)動(dòng)控制⑵縱向運(yùn)動(dòng)控制基本原理縱向運(yùn)動(dòng)控制基本原理是根據(jù)預(yù)定速度和無(wú)人駕駛汽車實(shí)測(cè)速度的偏差，通過(guò)節(jié)氣門控制器和制動(dòng)控制器根據(jù)各自的算法分別得到節(jié)氣門控制量和制動(dòng)控制量。切換規(guī)則根據(jù)節(jié)氣門控制量、速度控制量和速度偏差選擇節(jié)氣門控制還是制動(dòng)控制。未選擇的控制系統(tǒng)回到初始位置，如果按照切換規(guī)則選擇了節(jié)氣門控制，則制動(dòng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)將回到零初始位置。2.車身側(cè)向控制（1）側(cè)向運(yùn)動(dòng)控制的分