¿Cuál es la diferencia entre un chasis controlado por cable y un chasis tradicional?
El chasis drive-by-wire actualmente incluye principalmente dirección por cable, freno por cable, conducción por cable, suspensión por cable, cambio por cable y otras tecnologías. que tienen las ventajas de una respuesta rápida, alta controlabilidad y bajos costos de mantenimiento. Actualmente, todas las principales empresas automovilísticas están utilizando tecnología de control por cable para desarrollar chasis.
1. Principio de funcionamiento
Las funciones de control del chasis incluyen principalmente cinco partes, a saber: dirección, frenado, cambio de marchas, acelerador y suspensión. Entre ellos, los más críticos son el control de frenos, acelerador y dirección. Tomemos estos tres como ejemplos para ver cómo funciona el chasis de un automóvil tradicional.
1. Acelerador: En los vehículos de combustible tradicionales, el pedal del acelerador está conectado a una varilla de tracción (a veces un cable de tracción), que controla la apertura y el cierre del acelerador del motor para controlar la entrada de aire del cilindro. y luego controla la inyección de combustible para impulsar el vehículo.
2. Dirección: una varilla de dirección está conectada debajo del volante para impulsar el brazo de dirección y cambiar la dirección de rotación de la rueda. La dirección probablemente ha pasado por varias etapas: dirección mecánica, dirección asistida hidráulica (HPS), sistema de dirección asistida electrohidráulica (EHPS) y sistema de dirección asistida eléctrica (EPS).
La dirección mecánica cambia de dirección únicamente por la fuerza entre las máquinas. Sobre la base de la dirección mecánica, HPS agrega un sistema de bomba hidráulica para ayudar al volante a controlar la presión del aceite. EHPS es una unidad de control electrónico agregada al HPS para controlar la presión del aceite y brindar asistencia para la dirección del vehículo. El ESP energiza el actuador de dirección basándose en el anterior, haciendo que la dirección sea más ligera.
3. Frenado: Probablemente ha pasado por varias etapas: frenado mecánico, frenado por presión y frenado hidráulico controlado por cable. El recorrido técnico es similar al del sistema de dirección, desde la frenada inicial puramente mecánica hasta la frenada asistida y luego la propulsión eléctrica.
El chasis tradicional tiene una estructura compleja, gran peso, gran volumen, elevado coste y difícil mantenimiento. Para los automóviles inteligentes, la sensibilidad de la parte mecánica no es suficiente para cumplir con los requisitos de respuesta de baja latencia de la conducción inteligente.
En este momento se destacan las ventajas del chasis controlado por cables. Debido a que "cable" trae "electricidad", como su nombre indica, el chasis controlado por cable también puede entenderse como "chasis de control electrónico", es decir, todas las funciones realizadas originalmente por la maquinaria están controladas por la "electricidad" en el cable. Chasis controlado.
2. La diferencia entre el chasis controlado por cables y el chasis tradicional
1. El chasis controlado por cables tiene una estructura más simple.
En comparación con el chasis tradicional, el chasis controlado por cable elimina la mayoría de los componentes de conexión mecánicos, hidráulicos y neumáticos tradicionales, lo que hace que la estructura del chasis sea más concisa, lo que reduce el costo de producción del chasis. Además de reducir en gran medida la masa de la carrocería y el volumen de cada componente, el chasis controlado por cables también puede reducir la vibración de la carrocería hasta cierto punto y lograr un mejor silencio.
2. El chasis controlado por cable responde más rápido.
Se retira el mecanismo hidráulico del sistema de freno por cable y se instala un sensor a través del cable. La operación de frenado se transmite directamente al freno a través de una señal eléctrica, y su velocidad de respuesta es de 0,35 segundos. más rápido que el frenado hidráulico tradicional. En casos extremos, estos 0,35 segundos pueden desempeñar un papel crucial.
3. Las perspectivas de desarrollo del chasis controlado por cable son buenas.
La razón por la que las empresas automovilísticas quieren desarrollar chasis controlados por cables es principalmente para el futuro diseño de la conducción autónoma. El chasis drive-by-wire actual es en realidad el principal portador de la conducción autónoma. Tiene una mejor capacidad de control y una respuesta más rápida, lo que ayuda al sistema de conducción autónoma a controlar el vehículo de manera oportuna, logrando así funciones de conducción autónoma de mayor nivel lo antes posible. .
4. Mayores exigencias de seguridad funcional.
En la actualidad, todavía existen dificultades técnicas insuperables en los chasis controlados por cables, y la tecnología de chasis controlados por cables a menudo significa un alto grado de inteligencia y electrificación. Si el sistema eléctrico de un vehículo falla, puede perder fácilmente el control sin una estructura mecánica tradicional, por lo que los requisitos de seguridad funcional son mayores.
Como principal portador de la conducción inteligente, la tecnología de chasis de control por cable de automóvil creará un nuevo futuro. La conducción autónoma de alta gama en el futuro se realizará sobre la base de chasis de control por cable. En la actualidad, el freno por cable y la suspensión por cable han comenzado a penetrar rápidamente y la dirección por cable está a punto de implementarse.
3. Tecnologías clave de control del chasis por cable
1. Diagnóstico de fallas y control tolerante a fallas
Como un sistema electrónico avanzado complejo, el control del chasis por El cable aún no ha alcanzado el nivel de Por muy confiables que sean los componentes mecánicos o hidráulicos, sus modos de falla también son diferentes a los de los sistemas tradicionales.
Por lo tanto, cómo diagnosticar fallas de manera efectiva en nuevos modos de falla y garantizar que el sistema tenga funciones tolerantes a fallas y pueda garantizar las funciones básicas de dirección y frenado cuando fallan ciertos componentes electrónicos o software es realizar la aplicación integral del control del chasis por- alambre. Problemas que deben resolverse.
El sistema de control de línea debe poder detectar fallas del sistema a tiempo, determinar el origen de la falla y tomar las acciones de control tolerantes a fallas correspondientes. El control tolerante a fallas significa que cuando algunos componentes fallan o fallan, sus funciones en el sistema pueden ser reemplazadas por otros componentes del sistema, de modo que el sistema continúa manteniendo el rendimiento especificado o no pierde sus funciones básicas, y logra además el optimización del rendimiento del sistema fallido.
Existen dos métodos de diseño principales para el control tolerante a fallos: el método de redundancia de hardware y el método de redundancia analítica. El método de redundancia de hardware proporciona respaldo para componentes importantes o componentes propensos a fallar. El método de redundancia analítica mejora principalmente la redundancia de todo el sistema mediante el diseño del software del controlador.
En los sistemas de control en línea, los sensores y actuadores son más propensos a fallar que las ECU, por lo que existen copias de seguridad redundantes entre muchos sensores y actuadores. Sin embargo, aunque la confiabilidad de la ECU es relativamente alta, una vez que falla, las consecuencias serán graves. Porque después de la falla de los sensores y actuadores, el sistema puede continuar funcionando parcialmente, pero una vez que falla la ECU, el sistema quedará completamente paralizado y perderá todas las funciones.
Sin embargo, la redundancia de hardware tiene el problema de su alto costo, que también es un cuello de botella importante en el desarrollo de la tecnología de control de línea actual. Teniendo en cuenta el costo, hacer un mayor uso de la redundancia de análisis para mejorar la tolerancia a fallas es una dirección de desarrollo importante.
2. Adquisición y transmisión de información
El requisito previo para que el control por cable realice acciones de dirección, frenado y otras acciones de control del chasis es que el sensor transmita continuamente la información de instrucciones del conductor y el estado del vehículo. información de manera oportuna Se proporciona retroalimentación al controlador, que luego controla el actuador de acuerdo con la estrategia de control.
La precisión y resolución del sensor afectan directamente la precisión y el rendimiento del sistema de control. Por lo tanto, los sensores con bajo costo de desarrollo, buena confiabilidad, alta precisión y tamaño pequeño son también una de las tecnologías clave para el desarrollo. Sistemas de control por cable.
La tecnología de los autobuses juega un papel decisivo en la transmisión de información. La aplicación generalizada de la tecnología de control por cable significa la transformación de los automóviles de sistemas mecánicos a sistemas electrónicos. La tecnología de control de línea requiere que la velocidad de transmisión de datos de la red del control de línea sea rápida, las características de tiempo sean buenas y la confiabilidad sea alta.
El bus CAN tradicional no puede proporcionar la tolerancia a fallos y el ancho de banda necesarios para el sistema de control de línea: por un lado, debido a los altos requisitos de tiempo real y confiabilidad del sistema de control de línea, se requiere un se debe utilizar un protocolo de comunicación; por otro lado, el sistema de control de línea debe adoptar un protocolo de comunicación activado por tiempo. Por un lado, los sistemas de control por cable requieren que los protocolos de la red de comunicación sean tolerantes a fallas, lo que significa que incluso si son diferentes; Si algunas partes del sistema fallan, el sistema puede continuar funcionando según lo diseñado.
Tanto el protocolo TTP/C como FlexRay incluyen relojes síncronos tolerantes a fallos. El monitor de bus se utiliza para proteger el canal de comunicación de nodos erróneos y es el protocolo de comunicación preferido para sistemas de control puramente cableados.
3. Motor y su controlador
La información se transmite al controlador a través del bus, y luego el controlador acciona varios motores para implementar el trabajo. El rendimiento del motor de control y del controlador afecta en gran medida el rendimiento general del sistema de control por cable. El motor del sistema de control por cable utiliza principalmente la posición, la velocidad o el par como objetivo de control, y la potencia oscila entre más de diez W y varios miles de W, para motores de pequeña potencia.
Se pueden utilizar motores paso a paso o motores DC, como motores de control de apertura del acelerador y motores de bombas de aceite. En términos de motores de alta potencia, los motores síncronos de imanes permanentes se han utilizado ampliamente, como los motores de dirección por cable y los motores de freno de EMB.
Los sistemas de control puramente por cable consumen más energía porque varios motores funcionan al mismo tiempo. Por lo tanto, es necesario mejorar la densidad de potencia del motor, la densidad de potencia del controlador, la eficiencia del sistema y otros indicadores para ampliar el área de alta eficiencia. Esto no sólo reduce la carga en el controlador del motor y la fuente de alimentación del sistema, sino que también aumenta la redundancia en el diseño. También es de gran importancia para ahorrar energía y mejorar el rendimiento dinámico del sistema de control de línea.
Además, la fiabilidad, la seguridad y la compatibilidad electromagnética del motor y del controlador también son requisitos previos importantes para la seguridad del control integrado del vehículo.
4. Fuente de alimentación
Para garantizar el funcionamiento estable de todo el sistema de control por cable, el rendimiento de la fuente de alimentación también es muy importante.
Los actuadores del sistema de control por cable son principalmente motores y servomotores de alta potencia, que consumen una energía extremadamente alta en comparación con los actuadores tradicionales.
Por ejemplo, el rango de potencia de un solo motor de dirección es de 550 ~ 800 W, mientras que la potencia del freno de disco del motor puede alcanzar los 1000 W.
Si continúas manteniendo el sistema de suministro de energía tradicional de 14 V, Debe aumentar la corriente para obtener mayor potencia. Sin embargo, una corriente excesiva traerá riesgos de seguridad para todo el sistema y el consumo de energía térmica en el circuito del automóvil también aumentará considerablemente. Por lo tanto, el sistema de suministro de energía del automóvil debe aumentar el voltaje para satisfacer la demanda de más energía.