汽車電子技術(shù)--線控技術(shù)
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b.設(shè)計(jì)制動(dòng)系統(tǒng)時(shí)必須考慮制動(dòng)系統(tǒng)的失效問題。不論是ECU、傳感器、制動(dòng)器本身、線束失效，都應(yīng)能使制動(dòng)系統(tǒng)保證制動(dòng)的基本性能，除了ECU可以采用冗余設(shè)計(jì)外，實(shí)現(xiàn)線控制動(dòng)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是制動(dòng)系統(tǒng)失效時(shí)的信息通訊協(xié)議，如TTP/C等的研究應(yīng)用。
c.實(shí)現(xiàn)線控制動(dòng)系統(tǒng)和汽車底盤其他控制系統(tǒng)的集成，仍有待研究。
d.成本比原有液壓制動(dòng)系統(tǒng)高，提高線控制動(dòng)系統(tǒng)的性價(jià)比也是需要解決的問題。
3．線控制動(dòng)的應(yīng)用
隨著技術(shù)的進(jìn)步，上述的各種問題會(huì)逐步得到解決。戴姆勒-克萊斯勒汽車公司已經(jīng)把一種線控制動(dòng)系統(tǒng)——測(cè)控一體化制動(dòng)系統(tǒng)安裝在奔馳乘用車上，它是一種功能強(qiáng)大的機(jī)電一體化的系統(tǒng)。在汽車運(yùn)行中，系統(tǒng)感知制動(dòng)踏板的動(dòng)作，并把相關(guān)信息傳遞給控制單元，控制單元發(fā)出指令給執(zhí)行器，執(zhí)行器控制各個(gè)車輪的制動(dòng)，它可以根據(jù)制動(dòng)踏板的加速度來識(shí)別是否是緊急制動(dòng)，并做出迅速反應(yīng)，縮短制動(dòng)距離，這種系統(tǒng)會(huì)增加駕駛員的安全感和舒適感，使停車過程平順。不久的將來會(huì)有更多的線控制動(dòng)系統(tǒng)得到應(yīng)用，很多汽車和零部件廠商都進(jìn)行了線控制動(dòng)系統(tǒng)的研究和推廣，博世、西門子、特維斯等公司已經(jīng)研制出一些試驗(yàn)成果，線控制動(dòng)系統(tǒng)必將取代傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)，汽車底盤進(jìn)一步一體化、集成化，制動(dòng)系統(tǒng)性能也會(huì)發(fā)生質(zhì)的飛躍。
在2001年日內(nèi)瓦汽車展上亮相的Bertone - SKFFilo概念車采用的線控制動(dòng)系統(tǒng)就是由SKF與意大利著名制動(dòng)系統(tǒng)生產(chǎn)商Brembo合作完成的。該車使用了駕駛員操作系統(tǒng)GUIDA，并進(jìn)行了部分改進(jìn)。當(dāng)需要制動(dòng)時(shí)，駕駛員只需雙手?jǐn)D壓GUIDA的手柄。
一個(gè)數(shù)字化的命令通過導(dǎo)線傳遞給每個(gè)車輪上的SKF智能機(jī)電執(zhí)行器單元，執(zhí)行器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成動(dòng)作，對(duì)制動(dòng)蹄片施加制動(dòng)力，完成車輛制動(dòng)。在SKF線控制動(dòng)系統(tǒng)中，每個(gè)車輪的制動(dòng)是獨(dú)立的，并且都有備用系統(tǒng)。
（二）線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡(jiǎn)稱SBW（Steering By Wire System），它由具有容錯(cuò)功能的網(wǎng)絡(luò)相連接的控制單元、執(zhí)行器、傳感器和冗余電控單元組成，如圖3所示，取消了轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的機(jī)械連接，完全由電實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，擺脫了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各種限制。不但可以自由設(shè)計(jì)汽車轉(zhuǎn)向的力傳遞特性，而且可以設(shè)計(jì)汽車轉(zhuǎn)向的角傳遞特性，給汽車轉(zhuǎn)向特性的設(shè)計(jì)帶來無限的空間。
駕駛員操作轉(zhuǎn)向盤時(shí)，轉(zhuǎn)向盤傳感器檢測(cè)駕駛員的轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)（橫擺角傳感器、攝像機(jī)等），向轉(zhuǎn)向輔助系統(tǒng)ECU提供環(huán)境檢測(cè)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)和環(huán)境檢測(cè)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)總線實(shí)時(shí)傳送給電子控制單元ECU，ECU按照駕駛員的轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)和環(huán)境檢測(cè)數(shù)據(jù)，控制轉(zhuǎn)向執(zhí)行器動(dòng)作實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，并將車輪的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)矩和路感等反饋給駕駛員。為確保轉(zhuǎn)向系統(tǒng)安全可靠，系統(tǒng)設(shè)置了冗余電控單元，在緊急情況下，系統(tǒng)會(huì)忽略錯(cuò)誤信息，使車輛安全平穩(wěn)地運(yùn)行。
1．線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)
線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能滿足環(huán)保、節(jié)能和安全的汽車工業(yè)發(fā)展方向，是整個(gè)汽車智能化和自動(dòng)化的線控技術(shù)的一個(gè)分支，具有良好的商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化的市場(chǎng)前景。其優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)。
a.改善了安全性。取消了轉(zhuǎn)向柱等機(jī)械連接，避免了撞車事故中轉(zhuǎn)向柱對(duì)駕駛員的傷害；電控單元根據(jù)汽車的行駛狀態(tài)對(duì)駕駛員的操作做出相應(yīng)的調(diào)整，當(dāng)汽車運(yùn)行在非正常工況時(shí)，能夠自動(dòng)對(duì)汽車進(jìn)行穩(wěn)定控制。
b.提高了舒適性。由于取消了機(jī)械結(jié)構(gòu)連接，駕駛員的腿部活動(dòng)空間明顯增大，而且地面的不平和轉(zhuǎn)向輪的不平衡不會(huì)傳遞到轉(zhuǎn)向軸上，從而減緩了駕駛員的疲勞。
c.經(jīng)濟(jì)性好。取消了轉(zhuǎn)向柱等機(jī)械連接，減輕了轉(zhuǎn)向機(jī)械結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，降低了汽車零部件的制造成本，改善了整車燃油經(jīng)濟(jì)性。
d.操縱穩(wěn)定性好。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)改善了傳統(tǒng)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不能解決的汽車轉(zhuǎn)向過程中轉(zhuǎn)向力和轉(zhuǎn)向響應(yīng)時(shí)間的矛盾，使得轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向盤同步工作，控制更加靈敏；具有變傳動(dòng)比特點(diǎn)的線控系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)的固定轉(zhuǎn)向角傳動(dòng)比所帶來的轉(zhuǎn)向特性隨著汽車行駛姿態(tài)的不同而變化的缺點(diǎn)；通過優(yōu)化控制穩(wěn)定性因數(shù)，能提高整車的操縱穩(wěn)定性。
e.個(gè)性化的設(shè)置?？梢愿鶕?jù)駕駛員的要求設(shè)置轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)向盤反饋力矩，以滿足不同駕駛員的要求和適應(yīng)不同的駕駛環(huán)境，與轉(zhuǎn)向相關(guān)的駕駛行為都可以通過軟件來設(shè)置與實(shí)現(xiàn)。
2．線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用
2005年12月6～9日，2005上海國際汽車零部件及汽車用品展覽會(huì)在上海國際展覽中心舉行，同濟(jì)大學(xué)自主研發(fā)的“春暉三號(hào)—嘉樂”微型電動(dòng)轎車在展會(huì)中亮相。“春暉三號(hào)—嘉樂”酷似甲殼蟲，其最大亮點(diǎn)就是采用了線控轉(zhuǎn)向技術(shù)。屬于線控轉(zhuǎn)向四輪驅(qū)動(dòng)的微型概念車。
863計(jì)劃電動(dòng)汽車專項(xiàng)首席科學(xué)家、同濟(jì)大學(xué)校長萬鋼教授領(lǐng)銜研發(fā)了“線控轉(zhuǎn)向四輪驅(qū)動(dòng)微電動(dòng)轎車技術(shù)”汽車。汽車的4個(gè)車輪邊上各有一個(gè)輪轂電機(jī)，通過線傳電控技術(shù)控制車輪的轉(zhuǎn)向和車速，提高了整車的主動(dòng)安全性和操縱穩(wěn)定性。同時(shí)，該車采用了高能蓄電池和小型氫燃料電池的混合動(dòng)力，凸顯出環(huán)保、節(jié)能的理念。
（三）線控油門（throttle by-wire）
線控油門，也稱為電控油門，即發(fā)動(dòng)機(jī)的油門是通過電子控制的。傳統(tǒng)的油門控制方式是駕駛員通過踩油門踏板，由油門拉桿直接控制發(fā)動(dòng)機(jī)油門的開合程度，從而決定加速或減速，駕駛員的動(dòng)作與油門動(dòng)作之間是通過拉桿的機(jī)械作用連接的。而線控油門用電子連接代替機(jī)械連接，駕駛員仍然通過踩油門踏板控制拉桿，拉桿不是直接連接到油門，而是連著一個(gè)油門踏板位置傳感器，傳感器將拉桿的位置變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)傳送至汽車的電子控制單元，電子控制單元將采集到的相關(guān)傳感器信號(hào)經(jīng)過處理后發(fā)送指令至油門執(zhí)行器控制模塊，油門執(zhí)行器控制模塊再發(fā)送信號(hào)給油門執(zhí)行器，從而控制油門的開合程度。也就是說駕駛員的動(dòng)作與油門的動(dòng)作之間是通過電子元件的電信號(hào)連接的。線控油門比傳統(tǒng)油門控制方式精確，發(fā)動(dòng)機(jī)能夠根據(jù)汽車的各種行駛信息，精確調(diào)節(jié)進(jìn)入氣缸的燃油空氣混合氣，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒狀況，從而大大提高了汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。
豐田公司在Lexus旗艦車型LS430上采用了全電子的線控油門系統(tǒng)，如圖4所示。系統(tǒng)有2個(gè)加速踏板位置傳感器，都發(fā)送數(shù)據(jù)給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元ECM，如果其中一個(gè)加速踏板位置傳感器沒有信號(hào)，汽車仍能行駛，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)警燈點(diǎn)亮；如果2個(gè)加速踏板位置傳感器都沒有信號(hào)，則發(fā)動(dòng)機(jī)工作在怠速狀態(tài)。線控油門系統(tǒng)根據(jù)駕駛員的動(dòng)作，分析駕駛員的意圖，精確地控制油門，增加了駕駛穩(wěn)定性和動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性。
在新一代雅閣V6轎車的2.4L和3.0L發(fā)動(dòng)機(jī)上就采用了線控油門的新技術(shù)。通過傳感器監(jiān)測(cè)油門踏板位置，ECU對(duì)動(dòng)力進(jìn)行控制。其優(yōu)點(diǎn)是改善了起步的平順性、提高了燃油經(jīng)濟(jì)性，缺點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)稍有滯后。此外由線控技術(shù)帶來的另一個(gè)好處就是定速巡航功能，其控制鍵被集成在轉(zhuǎn)向盤上，操作簡(jiǎn)單便捷。
本田汽車公司Civic系列2005年演進(jìn)至第八代。該車采用了1臺(tái)1.8L四氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)，此款最新開發(fā)的1.8Li-VTEC（智能型電控可變氣門正時(shí)和升程）直列4缸發(fā)動(dòng)機(jī)能夠爆發(fā)出103kW的最大功率，峰值轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到174Nm，幾乎超過了所有自然進(jìn)氣式同排量的國產(chǎn)車型。這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用了本田最新的i-VTEC技術(shù)，配以采用線控技術(shù)的節(jié)氣門，能夠非常有效地提高燃油經(jīng)濟(jì)性，降低有害物的排放。而且進(jìn)氣效率和壓縮比都進(jìn)一步提高，造就了強(qiáng)大的輸出功率。
（四）第一輛可駕駛?cè)剂想姵鼐€控汽車——通用HY
HY線控汽車一改傳統(tǒng)機(jī)械連桿的傳動(dòng)方式，采用電子信號(hào)來操縱油門、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。取消了傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向盤、油門、制動(dòng)踏板，所有的操作都集中在一個(gè)手柄上，駕駛員可以用一只手完成所有的操作。當(dāng)駕駛員要加速或減速時(shí)，可以向左或者向右推動(dòng)手柄；制動(dòng)按鈕也安裝在這個(gè)手柄上，要制動(dòng)時(shí)按一下制動(dòng)按鈕；當(dāng)轉(zhuǎn)彎時(shí)，駕駛員只需向上或者向下推動(dòng)手柄。
電子線控裝置構(gòu)成了一套操作靈活方便的控制單元，這一套控制單元被稱為“X-drive”。它取代了傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向盤等，使得駕駛員用一只手就可以完成所有的加速、減速（制動(dòng)）、轉(zhuǎn)彎等操作。
傳統(tǒng)的汽車是通過一套機(jī)械裝置，比如轉(zhuǎn)向桿等，通過操縱轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)而使車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。線控技術(shù)是將駕駛員要轉(zhuǎn)向的指令轉(zhuǎn)化為電子脈沖信號(hào)，傳感器捕捉電子脈沖信號(hào)，這個(gè)電子脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)由電子控制的電機(jī)來使得車輪轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)動(dòng)。線控系統(tǒng)就是將駕駛員的指令轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，用這個(gè)電信號(hào)去驅(qū)動(dòng)電機(jī)。由于軟件決定了汽車行駛特征，比如加速、減速（制動(dòng)）、轉(zhuǎn)彎等，所有的工作只是轉(zhuǎn)載、執(zhí)行相應(yīng)的軟件程序。
三、汽車線控技術(shù)的應(yīng)用前景
在國內(nèi)，除了同濟(jì)大學(xué)研究完成的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)外，由北京理工大學(xué)完成的“一種電動(dòng)車輛動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品及其應(yīng)用”獲得了2004年度國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)。其中的一項(xiàng)技術(shù)就是利用線控同步換檔和行星傳動(dòng)技術(shù)，取消了主離合器，簡(jiǎn)化了換檔機(jī)構(gòu)，研制了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能匹配優(yōu)良的線控行星變速器。國內(nèi)的一些高校也正在進(jìn)行線控技術(shù)的研究。
線控技術(shù)研究的難點(diǎn)在于高性能控制器的研制，要求在整個(gè)系統(tǒng)中有精確高速的通訊協(xié)議網(wǎng)絡(luò)，使控制中心和執(zhí)行器之間能完全協(xié)調(diào)、匹配工作；而且需要高效的容錯(cuò)技術(shù)，使得系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)能夠保障一定的安全，即系統(tǒng)有好的可靠性。
目前線控技術(shù)在汽車中的應(yīng)用還不成熟。但隨著汽車各系統(tǒng)的電子化、集成化的發(fā)展需要，線控技術(shù)發(fā)展迅速，作為一種汽車高新電子技術(shù)，線控技術(shù)必將得到廣泛的應(yīng)用。但電子化不可能完全取代機(jī)械化，機(jī)械系統(tǒng)的損壞通常都是有過程的，而線控制系統(tǒng)的失效是瞬間的。如果線控制系統(tǒng)失效那一刻汽車的速度行駛過高，造成的后果就可能非常嚴(yán)重。電子控制要完全取代機(jī)械操作還需要時(shí)間。(end)
評(píng)論