汽車(chē)電子技術(shù)--線(xiàn)控技術(shù)
加入技術(shù)交流群
b.設計制動(dòng)系統時(shí)必須考慮制動(dòng)系統的失效問(wèn)題。不論是ECU、傳感器、制動(dòng)器本身、線(xiàn)束失效，都應能使制動(dòng)系統保證制動(dòng)的基本性能，除了ECU可以采用冗余設計外，實(shí)現線(xiàn)控制動(dòng)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是制動(dòng)系統失效時(shí)的信息通訊協(xié)議，如TTP/C等的研究應用。
c.實(shí)現線(xiàn)控制動(dòng)系統和汽車(chē)底盤(pán)其他控制系統的集成，仍有待研究。
d.成本比原有液壓制動(dòng)系統高，提高線(xiàn)控制動(dòng)系統的性?xún)r(jià)比也是需要解決的問(wèn)題。
3．線(xiàn)控制動(dòng)的應用
隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，上述的各種問(wèn)題會(huì )逐步得到解決。戴姆勒-克萊斯勒汽車(chē)公司已經(jīng)把一種線(xiàn)控制動(dòng)系統——測控一體化制動(dòng)系統安裝在奔馳乘用車(chē)上，它是一種功能強大的機電一體化的系統。在汽車(chē)運行中，系統感知制動(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)出指令給執行器，執行器控制各個(gè)車(chē)輪的制動(dòng)，它可以根據制動(dòng)踏板的加速度來(lái)識別是否是緊急制動(dòng)，并做出迅速反應，縮短制動(dòng)距離，這種系統會(huì )增加駕駛員的安全感和舒適感，使停車(chē)過(guò)程平順。不久的將來(lái)會(huì )有更多的線(xiàn)控制動(dòng)系統得到應用，很多汽車(chē)和零部件廠(chǎng)商都進(jìn)行了線(xiàn)控制動(dòng)系統的研究和推廣，博世、西門(mén)子、特維斯等公司已經(jīng)研制出一些試驗成果，線(xiàn)控制動(dòng)系統必將取代傳統制動(dòng)系統，汽車(chē)底盤(pán)進(jìn)一步一體化、集成化，制動(dòng)系統性能也會(huì )發(fā)生質(zhì)的飛躍。
在2001年日內瓦汽車(chē)展上亮相的Bertone - SKFFilo概念車(chē)采用的線(xiàn)控制動(dòng)系統就是由SKF與意大利著(zhù)名制動(dòng)系統生產(chǎn)商Brembo合作完成的。該車(chē)使用了駕駛員操作系統GUIDA，并進(jìn)行了部分改進(jìn)。當需要制動(dòng)時(shí)，駕駛員只需雙手擠壓GUIDA的手柄。
一個(gè)數字化的命令通過(guò)導線(xiàn)傳遞給每個(gè)車(chē)輪上的SKF智能機電執行器單元，執行器將電信號轉換成動(dòng)作，對制動(dòng)蹄片施加制動(dòng)力，完成車(chē)輛制動(dòng)。在SKF線(xiàn)控制動(dòng)系統中，每個(gè)車(chē)輪的制動(dòng)是獨立的，并且都有備用系統。
（二）線(xiàn)控轉向系統
線(xiàn)控轉向系統簡(jiǎn)稱(chēng)SBW（Steering By Wire System），它由具有容錯功能的網(wǎng)絡(luò )相連接的控制單元、執行器、傳感器和冗余電控單元組成，如圖3所示，取消了轉向盤(pán)與轉向輪之間的機械連接，完全由電實(shí)現轉向，擺脫了傳統轉向系統的各種限制。不但可以自由設計汽車(chē)轉向的力傳遞特性，而且可以設計汽車(chē)轉向的角傳遞特性，給汽車(chē)轉向特性的設計帶來(lái)無(wú)限的空間。
駕駛員操作轉向盤(pán)時(shí)，轉向盤(pán)傳感器檢測駕駛員的轉向數據（橫擺角傳感器、攝像機等），向轉向輔助系統ECU提供環(huán)境檢測數據，轉向數據和環(huán)境檢測數據通過(guò)網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)實(shí)時(shí)傳送給電子控制單元ECU，ECU按照駕駛員的轉向數據和環(huán)境檢測數據，控制轉向執行器動(dòng)作實(shí)現轉向，并將車(chē)輪的轉角、轉矩和路感等反饋給駕駛員。為確保轉向系統安全可靠，系統設置了冗余電控單元，在緊急情況下，系統會(huì )忽略錯誤信息，使車(chē)輛安全平穩地運行。
1．線(xiàn)控轉向系統優(yōu)點(diǎn)
線(xiàn)控轉向系統能滿(mǎn)足環(huán)保、節能和安全的汽車(chē)工業(yè)發(fā)展方向，是整個(gè)汽車(chē)智能化和自動(dòng)化的線(xiàn)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。取消了轉向柱等機械連接，避免了撞車(chē)事故中轉向柱對駕駛員的傷害；電控單元根據汽車(chē)的行駛狀態(tài)對駕駛員的操作做出相應的調整，當汽車(chē)運行在非正常工況時(shí)，能夠自動(dòng)對汽車(chē)進(jìn)行穩定控制。
b.提高了舒適性。由于取消了機械結構連接，駕駛員的腿部活動(dòng)空間明顯增大，而且地面的不平和轉向輪的不平衡不會(huì )傳遞到轉向軸上，從而減緩了駕駛員的疲勞。
c.經(jīng)濟性好。取消了轉向柱等機械連接，減輕了轉向機械結構的質(zhì)量，降低了汽車(chē)零部件的制造成本，改善了整車(chē)燃油經(jīng)濟性。
d.操縱穩定性好。線(xiàn)控轉向系統改善了傳統汽車(chē)轉向系統不能解決的汽車(chē)轉向過(guò)程中轉向力和轉向響應時(shí)間的矛盾，使得轉向系統和轉向盤(pán)同步工作，控制更加靈敏；具有變傳動(dòng)比特點(diǎn)的線(xiàn)控系統，克服了傳統的固定轉向角傳動(dòng)比所帶來(lái)的轉向特性隨著(zhù)汽車(chē)行駛姿態(tài)的不同而變化的缺點(diǎn)；通過(guò)優(yōu)化控制穩定性因數，能提高整車(chē)的操縱穩定性。
e.個(gè)性化的設置?？梢愿鶕{駛員的要求設置轉向傳動(dòng)比和轉向盤(pán)反饋力矩，以滿(mǎn)足不同駕駛員的要求和適應不同的駕駛環(huán)境，與轉向相關(guān)的駕駛行為都可以通過(guò)軟件來(lái)設置與實(shí)現。
2．線(xiàn)控轉向系統應用
2005年12月6～9日，2005上海國際汽車(chē)零部件及汽車(chē)用品展覽會(huì )在上海國際展覽中心舉行，同濟大學(xué)自主研發(fā)的“春暉三號—嘉樂(lè )”微型電動(dòng)轎車(chē)在展會(huì )中亮相?！按簳熑枴螛?lè )”酷似甲殼蟲(chóng)，其最大亮點(diǎn)就是采用了線(xiàn)控轉向技術(shù)。屬于線(xiàn)控轉向四輪驅動(dòng)的微型概念車(chē)。
863計劃電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)項首席科學(xué)家、同濟大學(xué)校長(cháng)萬(wàn)鋼教授領(lǐng)銜研發(fā)了“線(xiàn)控轉向四輪驅動(dòng)微電動(dòng)轎車(chē)技術(shù)”汽車(chē)。汽車(chē)的4個(gè)車(chē)輪邊上各有一個(gè)輪轂電機，通過(guò)線(xiàn)傳電控技術(shù)控制車(chē)輪的轉向和車(chē)速，提高了整車(chē)的主動(dòng)安全性和操縱穩定性。同時(shí)，該車(chē)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、節能的理念。
（三）線(xiàn)控油門(mén)（throttle by-wire）
線(xiàn)控油門(mén)，也稱(chēng)為電控油門(mén)，即發(fā)動(dòng)機的油門(mén)是通過(guò)電子控制的。傳統的油門(mén)控制方式是駕駛員通過(guò)踩油門(mén)踏板，由油門(mén)拉桿直接控制發(fā)動(dòng)機油門(mén)的開(kāi)合程度，從而決定加速或減速，駕駛員的動(dòng)作與油門(mén)動(dòng)作之間是通過(guò)拉桿的機械作用連接的。而線(xiàn)控油門(mén)用電子連接代替機械連接，駕駛員仍然通過(guò)踩油門(mén)踏板控制拉桿，拉桿不是直接連接到油門(mén)，而是連著(zhù)一個(gè)油門(mén)踏板位置傳感器，傳感器將拉桿的位置變化轉變?yōu)殡娦盘杺魉椭疗?chē)的電子控制單元，電子控制單元將采集到的相關(guān)傳感器信號經(jīng)過(guò)處理后發(fā)送指令至油門(mén)執行器控制模塊，油門(mén)執行器控制模塊再發(fā)送信號給油門(mén)執行器，從而控制油門(mén)的開(kāi)合程度。也就是說(shuō)駕駛員的動(dòng)作與油門(mén)的動(dòng)作之間是通過(guò)電子元件的電信號連接的。線(xiàn)控油門(mén)比傳統油門(mén)控制方式精確，發(fā)動(dòng)機能夠根據汽車(chē)的各種行駛信息，精確調節進(jìn)入氣缸的燃油空氣混合氣，改善發(fā)動(dòng)機的燃燒狀況，從而大大提高了汽車(chē)的動(dòng)力性和經(jīng)濟性。
豐田公司在Lexus旗艦車(chē)型LS430上采用了全電子的線(xiàn)控油門(mén)系統，如圖4所示。系統有2個(gè)加速踏板位置傳感器，都發(fā)送數據給發(fā)動(dòng)機控制單元ECM，如果其中一個(gè)加速踏板位置傳感器沒(méi)有信號，汽車(chē)仍能行駛，同時(shí)發(fā)動(dòng)機報警燈點(diǎn)亮；如果2個(gè)加速踏板位置傳感器都沒(méi)有信號，則發(fā)動(dòng)機工作在怠速狀態(tài)。線(xiàn)控油門(mén)系統根據駕駛員的動(dòng)作，分析駕駛員的意圖，精確地控制油門(mén)，增加了駕駛穩定性和動(dòng)力經(jīng)濟性。
在新一代雅閣V6轎車(chē)的2.4L和3.0L發(fā)動(dòng)機上就采用了線(xiàn)控油門(mén)的新技術(shù)。通過(guò)傳感器監測油門(mén)踏板位置，ECU對動(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)濟性，缺點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機響應稍有滯后。此外由線(xiàn)控技術(shù)帶來(lái)的另一個(gè)好處就是定速巡航功能，其控制鍵被集成在轉向盤(pán)上，操作簡(jiǎn)單便捷。
本田汽車(chē)公司Civic系列2005年演進(jìn)至第八代。該車(chē)采用了1臺1.8L四氣缸發(fā)動(dòng)機，此款最新開(kāi)發(fā)的1.8Li-VTEC（智能型電控可變氣門(mén)正時(shí)和升程）直列4缸發(fā)動(dòng)機能夠爆發(fā)出103kW的最大功率，峰值轉矩可以達到174Nm，幾乎超過(guò)了所有自然進(jìn)氣式同排量的國產(chǎn)車(chē)型。這臺發(fā)動(dòng)機應用了本田最新的i-VTEC技術(shù)，配以采用線(xiàn)控技術(shù)的節氣門(mén)，能夠非常有效地提高燃油經(jīng)濟性，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，造就了強大的輸出功率。
（四）第一輛可駕駛燃料電池線(xiàn)控汽車(chē)——通用HY
HY線(xiàn)控汽車(chē)一改傳統機械連桿的傳動(dòng)方式，采用電子信號來(lái)操縱油門(mén)、制動(dòng)和轉向機構。取消了傳統的轉向盤(pán)、油門(mén)、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；當轉彎時(shí)，駕駛員只需向上或者向下推動(dòng)手柄。
電子線(xiàn)控裝置構成了一套操作靈活方便的控制單元，這一套控制單元被稱(chēng)為“X-drive”。它取代了傳統的轉向盤(pán)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)）、轉彎等操作。
傳統的汽車(chē)是通過(guò)一套機械裝置，比如轉向桿等，通過(guò)操縱轉向盤(pán)轉動(dòng)而使車(chē)輪轉動(dòng)。線(xiàn)控技術(shù)是將駕駛員要轉向的指令轉化為電子脈沖信號，傳感器捕捉電子脈沖信號，這個(gè)電子脈沖信號驅動(dòng)由電子控制的電機來(lái)使得車(chē)輪轉向架轉動(dòng)。線(xiàn)控系統就是將駕駛員的指令轉化成電信號，用這個(gè)電信號去驅動(dòng)電機。由于軟件決定了汽車(chē)行駛特征，比如加速、減速（制動(dòng)）、轉彎等，所有的工作只是轉載、執行相應的軟件程序。
三、汽車(chē)線(xiàn)控技術(shù)的應用前景
在國內，除了同濟大學(xué)研究完成的線(xiàn)控轉向系統外，由北京理工大學(xué)完成的“一種電動(dòng)車(chē)輛動(dòng)力系統關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品及其應用”獲得了2004年度國家技術(shù)發(fā)明獎。其中的一項技術(shù)就是利用線(xiàn)控同步換檔和行星傳動(dòng)技術(shù)，取消了主離合器，簡(jiǎn)化了換檔機構，研制了一種結構簡(jiǎn)單、性能匹配優(yōu)良的線(xiàn)控行星變速器。國內的一些高校也正在進(jìn)行線(xiàn)控技術(shù)的研究。
線(xiàn)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)系統中有精確高速的通訊協(xié)議網(wǎng)絡(luò )，使控制中心和執行器之間能完全協(xié)調、匹配工作；而且需要高效的容錯技術(shù)，使得系統出現故障時(shí)能夠保障一定的安全，即系統有好的可靠性。
目前線(xiàn)控技術(shù)在汽車(chē)中的應用還不成熟。但隨著(zhù)汽車(chē)各系統的電子化、集成化的發(fā)展需要，線(xiàn)控技術(shù)發(fā)展迅速，作為一種汽車(chē)高新電子技術(shù)，線(xiàn)控技術(shù)必將得到廣泛的應用。但電子化不可能完全取代機械化，機械系統的損壞通常都是有過(guò)程的，而線(xiàn)控制系統的失效是瞬間的。如果線(xiàn)控制系統失效那一刻汽車(chē)的速度行駛過(guò)高，造成的后果就可能非常嚴重。電子控制要完全取代機械操作還需要時(shí)間。(end)
評論