汽車(chē)電子技術(shù)--線(xiàn)控技術(shù)
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汽車(chē)電子中各種線(xiàn)控制系統或線(xiàn)驅動(dòng)系統將迅速發(fā)展，汽車(chē)用線(xiàn)控技術(shù)將在今后數年中大量出現，如線(xiàn)控制動(dòng)（brake by-wire）、線(xiàn)控轉向（steer by-wire）、線(xiàn)控油門(mén)（throttle by-wire）、線(xiàn)控懸架（suspension by-wire）等正在加緊研究開(kāi)發(fā)。當線(xiàn)控這一目標實(shí)現時(shí)，汽車(chē)將是一種完全的高新技術(shù)產(chǎn)品，發(fā)動(dòng)機、變速器、傳動(dòng)軸、驅動(dòng)橋、轉向機全都不見(jiàn)了，汽車(chē)可以說(shuō)是一臺裝在輪子上的計算機。
一、線(xiàn)控技術(shù)簡(jiǎn)介
（一）線(xiàn)控技術(shù)的結構原理
線(xiàn)控技術(shù)（by-wire），就是由“電線(xiàn)”或者電信號實(shí)現傳遞控制，而不是通過(guò)機械連接裝置來(lái)操作的。傳統的操縱汽車(chē)的方式是：當駕駛員踩制動(dòng)、踩油門(mén)、換檔、打轉向盤(pán)時(shí)，都是通過(guò)機械機構來(lái)操縱汽車(chē)。而線(xiàn)控技術(shù)則是將動(dòng)作轉化為電信號，由電線(xiàn)來(lái)傳遞指令操縱汽車(chē)。
線(xiàn)控技術(shù)是在控制單元和執行器之間用電子裝置取代傳統的機械連接裝置或液壓連接裝置，由電線(xiàn)取代機械傳動(dòng)部件，取消了機械結構，賦予汽車(chē)設計新的空間。
線(xiàn)控系統需要高性能的控制器，比如由Freescale半導體公司提供的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)和分配獨立處理功能的模塊。
線(xiàn)控系統的基本結構原理是：駕駛員的操縱指令通過(guò)人機接口轉換為電信號傳到執行機構，控制執行機構的動(dòng)作；傳感器感知功能裝置的狀態(tài)，通過(guò)電信號傳給人機接口，反饋給駕駛員，如圖1所示。
線(xiàn)控系統在人機接口通訊、執行機構和傳感機構之間，以及與其他的系統之間要進(jìn)行大量的信息傳輸，要求網(wǎng)絡(luò )的實(shí)時(shí)性好、可靠性高，而且要求具有冗余的“功能實(shí)現”，以保證在故障時(shí)仍可實(shí)現裝置的基本功能。
（一）線(xiàn)控技術(shù)的特點(diǎn)
1．線(xiàn)控技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
a.省力，人們可以不用直接操作機械力。
b.由于操縱控制通過(guò)駕駛員的手完成，不需要轉向盤(pán)、轉向柱和腳踏板，這樣就減少了正面碰撞時(shí)的潛在危險性，改善了汽車(chē)的安全性和舒適性，并為汽車(chē)設計提供了更大的設計空間。
c.便于實(shí)現個(gè)性化設計，由于駕駛特性如制動(dòng)、轉向、加速等過(guò)程都是程序設定的，設計師可設計不同的程序供用戶(hù)選擇。
d.比質(zhì)量輕，性能高（響應快）。線(xiàn)控系統取消了許多機械連接裝置、液壓裝置和氣壓裝置，簡(jiǎn)化了結構和生產(chǎn)工藝，便于實(shí)現汽車(chē)輕量化。
e.維護用品可大大減小，減少維護費用。取消機械和液壓連接可減少車(chē)身質(zhì)量并簡(jiǎn)化維護工作，可能磨損的部件更少了，如使用線(xiàn)控制動(dòng)無(wú)需制動(dòng)液，使汽車(chē)更為環(huán)保，減少維護。
f.可以將汽車(chē)的車(chē)內娛樂(lè )裝置也集成到網(wǎng)絡(luò )之中，使得汽車(chē)導航和自動(dòng)駕駛成為可能，整個(gè)汽車(chē)就是一個(gè)完整的電路整體。
g.安裝測試簡(jiǎn)單快捷，更穩固的電子接口（模塊結構），隔板間無(wú)機械連接，簡(jiǎn)單布置就能增加電子控制功能。
2．線(xiàn)控技術(shù)的缺點(diǎn)
電子設備還相當的不可靠——電磁干擾、器件失效、軟件程序的設計、網(wǎng)絡(luò )攻擊等等。一旦電路失效而沒(méi)有機械冗余就會(huì )導致災難性的后果——轉向失靈、油門(mén)難以控制和不能制動(dòng)!所以線(xiàn)控技術(shù)研究的重點(diǎn)應該是系統的可靠性和安全性。
二、線(xiàn)控技術(shù)在汽車(chē)上的運用
（一）線(xiàn)控制動(dòng)（brake by-wire）
線(xiàn)控制動(dòng)系統由實(shí)現電子化的供能裝置、控制裝置、傳動(dòng)裝置、制動(dòng)器4個(gè)部分組成。ECU（電控單元）對制動(dòng)系統進(jìn)行整體控制，采用全新的電子制動(dòng)器，每個(gè)制動(dòng)器有各自的控制單元。機械連接逐漸減少，制動(dòng)踏板和制動(dòng)器之間的動(dòng)力傳遞分離開(kāi)，取而代之的是電線(xiàn)連接，電線(xiàn)傳遞能量，數據線(xiàn)傳遞信號。線(xiàn)控制動(dòng)是自ABS在汽車(chē)上得到廣泛應用以來(lái)制動(dòng)系統的又一次飛躍式發(fā)展。
目前線(xiàn)控制動(dòng)系統分為2種類(lèi)型：一種是電液制動(dòng)系統EHB（Electronic-hydraulic Brake），另一種是電子機械制動(dòng)系統EMB（Electronic-Mechanical Brake）。電液制動(dòng)系統是將電子與液壓系統相結合，由電子系統控制，液壓系統提供動(dòng)力；電子機械制動(dòng)系統則用電線(xiàn)取代傳統制動(dòng)系統中的空氣或制動(dòng)液等傳力介質(zhì)，電制動(dòng)器取代傳統制動(dòng)器，電子機械制動(dòng)系統是未來(lái)制動(dòng)系統的發(fā)展方向。線(xiàn)控制動(dòng)系統的共同特點(diǎn)是都具有踏板轉角與踏板力可按比例調控的電子踏板；具有控制制動(dòng)力矩與踏板轉角相對應的程序控制單元；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)現主動(dòng)制動(dòng)及其它功能。電子機械制動(dòng)系統與傳統制動(dòng)系統的對比如圖2所示。
1．線(xiàn)控制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)
線(xiàn)控制動(dòng)目前處于向汽車(chē)領(lǐng)域應用的研究和改進(jìn)階段，隨著(zhù)技術(shù)進(jìn)步，各種問(wèn)題會(huì )逐步得到解決，線(xiàn)控制動(dòng)系統最終會(huì )取代傳統的以液壓為主的制動(dòng)控制系統以及電液復合制動(dòng)系統。線(xiàn)控制動(dòng)是未來(lái)制動(dòng)系統發(fā)展的方向。線(xiàn)控制動(dòng)具有傳統制動(dòng)系統無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。
a.結構簡(jiǎn)單，系統質(zhì)量比傳統制動(dòng)系統減少很多，從而減少了整車(chē)質(zhì)量。
b.制動(dòng)響應時(shí)間短，提高了制動(dòng)性能，縮短了制動(dòng)距離。
c.系統不需要制動(dòng)液，維護容易、簡(jiǎn)單，采用電線(xiàn)連接，系統的耐久性能良好。
d.系統總成的制造、裝配、調試、標定更快，易于采用模塊化結構。
e.已經(jīng)開(kāi)發(fā)出具有容錯功能的適用于汽車(chē)的網(wǎng)絡(luò )通訊協(xié)議，如TTP/C，FlexRay等通訊協(xié)議可以應用到線(xiàn)控制動(dòng)系統中。
f.易于進(jìn)行改進(jìn)和增加功能，可以并入汽車(chē)CAN通訊網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行集中管理和共享信息。
2．線(xiàn)控制動(dòng)需要面對的問(wèn)題
線(xiàn)控制動(dòng)技術(shù)為將來(lái)的智能化車(chē)輛提供了條件?；诂F在的技術(shù)條件，要全面應用線(xiàn)控制動(dòng)，還有很多問(wèn)題需要面對。
a.驅動(dòng)能源問(wèn)題。采用線(xiàn)控制動(dòng)需要較多的電能，目前12V的汽車(chē)電源無(wú)法提供足夠大的能量，未來(lái)的汽車(chē)電源系統需采用高壓電源（如42V電源系統），加大能源供應，以滿(mǎn)足各系統能量的需求，同時(shí)需解決好高壓電源的安全問(wèn)題。
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