FANUC 数控指令

第二章汽车主动安全技术授课：廖抒华§2-1汽车主动安全技术概述一、汽车动力性评价指标：汽车的最高车速——在良好的水平路面上汽车所能达到的最高行驶速度汽车的加速时间——原地起步加速时间、中途超车加速时间汽车能爬上的最大坡度——以汽车满载时在良好路面上的最大爬坡度表示现代汽车行驶性能综合量标评价经济性、安全性（视野性、制动可靠性）、运动性（动力性、操纵稳定性）、耐久性（总成及整车可靠性）、实用性（通过性）、舒适性（平顺性）、居住性、美观性现代汽车主动安全控制系统——电控转向技术——主动悬架系统（动态控制系统）——防抱死制动系统与多管路制动系统、辅助制动系统——驱动防滑系统二、汽车行驶平顺性汽车动力因数D：定义：)12(dtdvgδGFFDwt式中：Ft—驱动力（N）；Fw—空气阻力（N）—道路阻力系数；d—汽车旋转质量换算系数。传动系统回转质量换算系数d：222021rmiiIrmIagfawd讨论：汽车的动力因数仅取决于汽车发动机发出并传递到驱动轮的驱动力、汽车的空气阻力及汽车总重汽车只要有相等的动力因数，则不论汽车的重量等其它结构参数有何不同，都能克服同样的坡度或产生同样的加速度定义：汽车行驶平顺性——指汽车在正常行驶中能保证乘坐者不致因车身振动而引起不舒服和疲劳的感觉，以汽车乘员舒适程度来评价，亦称为乘坐舒适性。讨论：图2-1.人体对振动反应的“疲劳-降低效率界限”随着承受振动持续时间加长，感觉界限容许的加速度值下降；人体最敏感的频率范围：对于垂直振动为4~8Hz，对于水平振动是2Hz以下。评价指标：（ISO2631—1:1997（E））暴露极限——当人体承受的振动强度在此极限内，可保健康或安全疲劳降低工作效率界限——当驾驶员承受的振动强度在此极限内，可保证能正常进行驾驶舒适降低界限——当乘员承受的振动强度在此极限内，不会明显感到不舒适总的加速度加权均方差值：平顺性评价方法：（ISO2631—1：1997（E））1/3倍频带评价方法——把“疲劳-降低效率界限”画在1/3倍频带的加速度均方差的频谱图上，看所有各频带的加速度均方差是否都在保持的那个感觉界限之内总的加速度加权均方差评价方法——用频率加权函数，将人体敏感的频率范围以外各频带人体承受的加速度均方差值折算为等效于4~8Hz（垂直振动）、1~2Hz（水平振动）的数值'ipσipσipciipσfWσ)('式中：W（fci）—频率加权函数；fci—第i个频带的中心频率。并有：)(888)(414)(15.0)(NicicicicciciffffffW)(222)(11)(LicicicciffffW垂直振动方向：水平振动方向：2)(2N1i2'ipwpσσ三、汽车通过性汽车通过性几何参数：最小离地间隙c、接近角g1、离去角g2、纵向通过半径r1和横向通过半径r2。定义：汽车通过性——指汽车在一定装载质量下，能以足够高的平均车速通过各种道路及无路地带和克服各种障碍的能力。式中：v0—制动初速度(m/s)；j—制动减速度值(m/s2).§2-2汽车制动安全性与ABS汽车紧急制动全过程见右图2－3：汽车的总制动距离S：制动安全性评价：制动效能——指在良好路面上，汽车以一定初速度制动到停车的制动距离或制动时的减速度制动时的方向稳定性——指在制动时，汽车不发生跑偏、侧滑以及失去转向能力的性能。常用制动时汽车按给定轨迹行驶的能力来评价制动效能的恒定性——主要是指在高速时或下长坡连续制动时制动效能能保持的程度一、汽车制动过程概述3)(2)(02100tvtdvjvttvS二、驾驶员制动反应阶段描述制动操作反应过程：认知、判断、动作驾驶员对突现危险信号的处理过程：制动反应时间测试结果车内环境交通环境情报信号受容器知觉记忆思考判断决定效果器反应汽车兴趣与欲望中枢神经环境信号感觉器官运动器官图2-4驾驶员对情报信号的处理过程示意图制动反应时间分布柱状图2-6制动反应时间对比曲线图2-5三、制动传动系作用阶段描述表2-2对有预知与无预知制动信号的反应时间测试结果驾驶员对有预知信号反应时间（S）对无预知信号反应时间（S）峰值域值峰值域值ABCDE平均0.60.50.550.550.50.540.5~0.70.5~0.80.5~0.80.5~0.60.4~0.80.4~0.80.850.60.90.70.60.730.7~1.10.6~1.00.7~1.00.6~0.90.6~0.90.5~1.1制动传动系作用时间定义——指从制动操纵装置（制动踏板）开始动作，到制动系统产生一定大小的制动力所需要的时间。一般地：液压制动传动系的作用时间为0.2S左右；气压制动传动系的作用时间为0.4S左右。液压制动传动系作用时间的主要影响因素：真空助力装置表2-3一轿车在干燥路面上的制动数据制动初速度（km/h）t2(S)总制动距离S(m)S增加百分比(%)T2期间行驶距离S2(m)S2增加百分比(%)30300.20.65.78.1843.51.253.75200图2-7a液压制动系统的响应图2-7b气压制动系统的响应气压制动传动系作用时间的主要影响因素：系统组成、制动阀结构、制动管道及管接头的流动阻力、制动气室溶剂及受压面积等结构因素以及贮气筒初始压力有关四、持续制动阶段描述1、制动车轮受力分析式中：m—路面附着系数。FTGFZFxrMm图2-8制动车轮（从动轮）受力状况4)(2rMFmm制动器制动力Fm：（忽略汽车制动过程中空气阻力与滚动阻力）式中：Mm—制动器摩擦力矩；r—车轮半径。讨论：当Mm不很大时，地面制动力Fx可以克服Mm而使车轮继续转动；且Mm增大时，Fx与Fm同步增长；Fx最大不能超过地面附着极限。5)(2mmmmmZZZxFFΦFFFrMF地面制动力Fx：汽车的地面制动力首先取决于制动器制动力，同时又受到地面附着条件的限制；只有汽车具有足够的制动器制动力，同时地面又能提供高的附着系数时，才能获得足够的地面制动力，提高行车制动效能。2、持续制动阶段车轮运动状态描述车轮滑移现象—制动开始后，车轮角速度减小，在车体速度与车轮转速之间产生一个速度差。车速与轮速之间存在着速度差这一现象称为滑移现象。图2m特性稳定域不稳定域Oopt100%mbmaxmbmsms,mb滑移率:6)(2100%vrv式中：v—汽车车体速度；r—车轮滚动半径；—车轮角速度。汽车车轮在持续制动阶段的减速过程参见右图2-10汽车车轮减速过程速度车体速度车轮速度车轮减速度制动开始车轮转矩滑移率opt抱死点制动压力制动力矩时间100%OOOO3、车体运动状态描述制动时车体运动分析图2-12汽车直线制动抱死情况图2-15弯道制动全轮抱死情况图2-13汽车弯道制动前轮抱死情况图2-14汽车弯道制动后轮抱死情况转向力(b)转弯行驶时制动转向力图2-11车体在侧向力作用下制动时所受的力外部干扰(a)直线行驶时制动惯性力离心力惯性力行驶方向行驶方向3、车体运动状态描述(续)制动时车辆载荷的转移(b)转弯行驶时制动图2-16制动时作用于轮胎的载荷(a)直线行驶时制动惯性力行驶方向转弯方向前轮制动力后轮制动力WfWr俯仰力矩W惯性力W侧倾力矩侧向力WiWo侧向力设汽车的质量为m，重心高度为H，轴距为L，行驶速度为V，制动减速度dV/dt制动引起的前后轴载荷Wf与Wr的变化为：)72(2dtdVLmHWWrf制动引起的内外轮载荷Wi与Wo的变化为：)82(22BRHmVWWio五、ABS防抱死制动系统防抱死制动系统（ABS—Anti-lockBrakingSystem）——制动防滑系统概述无ABS制动系统制动时现象：丧失转向能力/方向操纵性能下降：操纵方向盘而达不到转向要求转向稳定性下降：方向盘操纵不灵，车尾部上翘；车体打转或折叠制动距离延长：超过一般的制动距离ABS定义：通过将制动器制动力调节到适应轮胎—路面所能提供的附着力，达到防止车轮在紧急制动期间抱死的目的。1.ABS基本原理制动时车体与车轮速度关系：图2-17制动时车体与车轮速度根据行驶中的轮胎与路面间的附着系数对各车轮给予最佳制动力，通常采用控制车轮的制动压力的方法来实现。滑移率研究的定性结论：车轮速度的定性结论：制动器制动力与车轮加减速度的关系=100%时，纵向附着力不大而侧向附着力几乎尽失，车辆失去制动稳定性与操纵性；图4-18制动器制动力与车轮加减速度制动器制动力大于地面附着力（mW）时,车轮速度减小，车轮减速度（≈Dv1/t1）与两力的差值成正比；地面附着力大于制动器制动力时,车轮速度增加，车轮加速度（≈Dv2/t2）与两力的差值成正比，增加的上限为车体速度。8%~30%范围内，可以同时得到较大的纵向与侧向附着能力，是安全制动的理想工作区；：从0→opt的范围内为稳定区域，而从opt→100%的范围内为非稳定区域；一旦越过opt则很快进入车轮抱死状态。m特性稳定域不稳定域Oopt100%mbmaxmbmsms,mb对ABS系统要求：讨论：在车轮的转动状态越过稳定界限的瞬间，迅速、适度地减小制动器的动力，使制动器制动力略低于车轮与地面间的附着力，从而使车轮的转动回到稳定区域内；逐渐增大制动器制动力，直到车轮状态再次越过稳定界限止；尽量长时间地保持车轮运动在opt稳定界限附近的最佳滚动状态，实现最优制动控制目标。图4-19ABS的理想制动控制a)理想的附着系数控制范围；b）理想的速度控制2.ABS的效果与现状效果：有、无ABS制动距离实测值对比：确保车辆制动时的方向稳定性保持车辆制动时的转向操纵性取得最佳制动力防止轮胎的局部不均匀磨损，可避免或减轻制动噪声表2-3：直线行驶紧急制动时实测距离比较值（制动初速度80km/h）图2-20ABS装备率统计及预测图ABS装备率统计及预测：3.ABS的控制技术试验方法和评价项目：跟踪路面特性的变化，使ABS各项性能指标始终处在最佳状态的控制算法，以弥补现今汽车上广泛采用的逻辑控制的不足之处；提高关键元件的可靠性和性能指标；降低ABS的装车成本，扩大ABS在汽车上的普及率；由单一的ABS控制目标，转向多目标的综合控制。4.ABS的基本结构及其工作过程表2-4：试验方法、路面和评价项目ABS的研究方向：（详见《现代汽车电子技术》相应部分内容）5.ABS的试验评价5.ABS的试验评价（续）5.1直线行驶制动试验目的：测定不同路面附着系数下的制动距离，直线制动稳定性评价指标：制动距离比(要求≯110%)图2-21路面附着系数与可行制动初速度范围ABS100%ABS制动距离比起作用时的制动距离无、四轮报死时的制动距离图2-22路面附着系数与制动距离比直线行驶制动的稳定性评价：汽车横摆角速度（装ABS）偏转角速度≯5deg/s不同附着系数组合路面上的制动：目的:是对ABS系统控制逻辑和控制驱动方式的优劣。评价方式：——在左右附着系数不同的组合路面上制动时产生偏转力矩，但在操纵其转向盘后应能对其进行修正，能有效控制住车辆运动。图2-23不同附着系数组合路面附着系数阶跃变化路面上的制动图2-24附着系数阶跃变化路面目的:是对ABS系统控制逻辑中路面识别的动态响应作出评价。评价方式：——在附着系数从高到低、从低到高顺序交错排列的路段上行驶，检验ABS系统对路面时别的动态响应。图2-25躲避障碍物试验5.2曲线行驶制动试验目的:是对装备ABS系统后汽车曲线行驶时制动操纵性和稳定性作出评价。评价方式：——汽车固定一个方向盘转角，绕一定半径（250m）的圆周行驶时进行制动并使ABS工作，测定汽车的侧滑量、停车时的偏转角，然后对ABS的效能进