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汽車電子技術(shù)--線控技術(shù)

作者: 時間:2013-04-06 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
已經(jīng)被廣泛用于航空業(yè),用線控制系統(tǒng)來取代傳統(tǒng)的液壓和機(jī)械系統(tǒng)已經(jīng)成為技術(shù)發(fā)展的趨勢,采用的制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)有望在未來汽車上率先獲得應(yīng)用。國外GM、DELPHI、KOYO、TRW、BENZ等公司已運(yùn)用開發(fā)了概念車。

中各種線控制系統(tǒng)或線驅(qū)動系統(tǒng)將迅速發(fā)展,汽車用線控技術(shù)將在今后數(shù)年中大量出現(xiàn),如線控制動(brake by-wire)、線控轉(zhuǎn)向(steer by-wire)、線控油門(throttle by-wire)、線控懸架(suspension by-wire)等正在加緊研究開發(fā)。當(dāng)線控這一目標(biāo)實(shí)現(xiàn)時,汽車將是一種完全的高新技術(shù)產(chǎn)品,發(fā)動機(jī)、變速器、傳動軸、驅(qū)動橋、轉(zhuǎn)向機(jī)全都不見了,汽車可以說是一臺裝在輪子上的計算機(jī)。

一、線控技術(shù)簡介

(一)線控技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理

線控技術(shù)(by-wire),就是由“電線”或者電信號實(shí)現(xiàn)傳遞控制,而不是通過機(jī)械連接裝置來操作的。傳統(tǒng)的操縱汽車的方式是:當(dāng)駕駛員踩制動、踩油門、換檔、打轉(zhuǎn)向盤時,都是通過機(jī)械機(jī)構(gòu)來操縱汽車。而線控技術(shù)則是將動作轉(zhuǎn)化為電信號,由電線來傳遞指令操縱汽車。

線控技術(shù)是在控制單元和執(zhí)行器之間用電子裝置取代傳統(tǒng)的機(jī)械連接裝置或液壓連接裝置,由電線取代機(jī)械傳動部件,取消了機(jī)械結(jié)構(gòu),賦予汽車設(shè)計新的空間。

線控系統(tǒng)需要高性能的控制器,比如由Freescale半導(dǎo)體公司提供的MPC500/MPC5500系列微處理器。還需要有精確高速的通訊協(xié)議網(wǎng)絡(luò)、容錯技術(shù)和分配獨(dú)立處理功能的模塊。

線控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)原理是:駕駛員的操縱指令通過人機(jī)接口轉(zhuǎn)換為電信號傳到執(zhí)行機(jī)構(gòu),控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作;傳感器感知功能裝置的狀態(tài),通過電信號傳給人機(jī)接口,反饋給駕駛員,如圖1所示。

線控系統(tǒng)在人機(jī)接口通訊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感機(jī)構(gòu)之間,以及與其他的系統(tǒng)之間要進(jìn)行大量的信息傳輸,要求網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時性好、可靠性高,而且要求具有冗余的“功能實(shí)現(xiàn)”,以保證在故障時仍可實(shí)現(xiàn)裝置的基本功能。

(一)線控技術(shù)的特點(diǎn)

1.線控技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

a.省力,人們可以不用直接操作機(jī)械力。

b.由于操縱控制通過駕駛員的手完成,不需要轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向柱和腳踏板,這樣就減少了正面碰撞時的潛在危險性,改善了汽車的安全性和舒適性,并為汽車設(shè)計提供了更大的設(shè)計空間。

c.便于實(shí)現(xiàn)個性化設(shè)計,由于駕駛特性如制動、轉(zhuǎn)向、加速等過程都是程序設(shè)定的,設(shè)計師可設(shè)計不同的程序供用戶選擇。

d.比質(zhì)量輕,性能高(響應(yīng)快)。線控系統(tǒng)取消了許多機(jī)械連接裝置、液壓裝置和氣壓裝置,簡化了結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝,便于實(shí)現(xiàn)汽車輕量化。

e.維護(hù)用品可大大減小,減少維護(hù)費(fèi)用。取消機(jī)械和液壓連接可減少車身質(zhì)量并簡化維護(hù)工作,可能磨損的部件更少了,如使用線控制動無需制動液,使汽車更為環(huán)保,減少維護(hù)。

f.可以將汽車的車內(nèi)娛樂裝置也集成到網(wǎng)絡(luò)之中,使得汽車導(dǎo)航和自動駕駛成為可能,整個汽車就是一個完整的電路整體。

g.安裝測試簡單快捷,更穩(wěn)固的電子接口(模塊結(jié)構(gòu)),隔板間無機(jī)械連接,簡單布置就能增加電子控制功能。

2.線控技術(shù)的缺點(diǎn)

電子設(shè)備還相當(dāng)?shù)牟豢煽俊姶鸥蓴_、器件失效、軟件程序的設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)攻擊等等。一旦電路失效而沒有機(jī)械冗余就會導(dǎo)致災(zāi)難性的后果——轉(zhuǎn)向失靈、油門難以控制和不能制動!所以線控技術(shù)研究的重點(diǎn)應(yīng)該是系統(tǒng)的可靠性和安全性。

二、線控技術(shù)在汽車上的運(yùn)用

(一)線控制動(brake by-wire)

線控制動系統(tǒng)由實(shí)現(xiàn)電子化的供能裝置、控制裝置、傳動裝置、制動器4個部分組成。ECU(電控單元)對制動系統(tǒng)進(jìn)行整體控制,采用全新的電子制動器,每個制動器有各自的控制單元。機(jī)械連接逐漸減少,制動踏板和制動器之間的動力傳遞分離開,取而代之的是電線連接,電線傳遞能量,數(shù)據(jù)線傳遞信號。線控制動是自ABS在汽車上得到廣泛應(yīng)用以來制動系統(tǒng)的又一次飛躍式發(fā)展。

目前線控制動系統(tǒng)分為2種類型:一種是電液制動系統(tǒng)EHB(Electronic-hydraulic Brake),另一種是電子機(jī)械制動系統(tǒng)EMB(Electronic-Mechanical Brake)。電液制動系統(tǒng)是將電子與液壓系統(tǒng)相結(jié)合,由電子系統(tǒng)控制,液壓系統(tǒng)提供動力;電子機(jī)械制動系統(tǒng)則用電線取代傳統(tǒng)制動系統(tǒng)中的空氣或制動液等傳力介質(zhì),電制動器取代傳統(tǒng)制動器,電子機(jī)械制動系統(tǒng)是未來制動系統(tǒng)的發(fā)展方向。線控制動系統(tǒng)的共同特點(diǎn)是都具有踏板轉(zhuǎn)角與踏板力可按比例調(diào)控的電子踏板;具有控制制動力矩與踏板轉(zhuǎn)角相對應(yīng)的程序控制單元;程序控制單元可基于其他傳感器或控制器的輸入信號實(shí)現(xiàn)主動制動及其它功能。電子機(jī)械制動系統(tǒng)與傳統(tǒng)制動系統(tǒng)的對比如圖2所示。

1.線控制動的優(yōu)點(diǎn)

線控制動目前處于向汽車領(lǐng)域應(yīng)用的研究和改進(jìn)階段,隨著技術(shù)進(jìn)步,各種問題會逐步得到解決,線控制動系統(tǒng)最終會取代傳統(tǒng)的以液壓為主的制動控制系統(tǒng)以及電液復(fù)合制動系統(tǒng)。線控制動是未來制動系統(tǒng)發(fā)展的方向。線控制動具有傳統(tǒng)制動系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。

a.結(jié)構(gòu)簡單,系統(tǒng)質(zhì)量比傳統(tǒng)制動系統(tǒng)減少很多,從而減少了整車質(zhì)量。

b.制動響應(yīng)時間短,提高了制動性能,縮短了制動距離。

c.系統(tǒng)不需要制動液,維護(hù)容易、簡單,采用電線連接,系統(tǒng)的耐久性能良好。

d.系統(tǒng)總成的制造、裝配、調(diào)試、標(biāo)定更快,易于采用模塊化結(jié)構(gòu)。

e.已經(jīng)開發(fā)出具有容錯功能的適用于汽車的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議,如TTP/C,F(xiàn)lexRay等通訊協(xié)議可以應(yīng)用到線控制動系統(tǒng)中。

f.易于進(jìn)行改進(jìn)和增加功能,可以并入汽車CAN通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中管理和共享信息。

2.線控制動需要面對的問題

線控制動技術(shù)為將來的智能化車輛提供了條件?;诂F(xiàn)在的技術(shù)條件,要全面應(yīng)用線控制動,還有很多問題需要面對。

a.驅(qū)動能源問題。采用線控制動需要較多的電能,目前12V的汽車電源無法提供足夠大的能量,未來的汽車電源系統(tǒng)需采用高壓電源(如42V電源系統(tǒng)),加大能源供應(yīng),以滿足各系統(tǒng)能量的需求,同時需解決好高壓電源的安全問題。

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