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汽车线控技术系列1----汽车线控技术简介
1-1汽车线控技术简介
• 另一个是FlexRay（动态部分byteflight 协议）， 这是一种既支持时间触发， 又支持事件触发访问方式的协议。
• FlexRay得到众多实力厂商例如宝马、大 众、通用的支持，最近包括丰田、日产、 本田等一些亚洲汽车厂商也加入了 FlexRay标准组织，使之有可能成为事实 标准。
1-1汽车线控技术简介
• TTP协议原先应用于航空产品，安全性设 计非常严格，基于严格的时序安排，具 有非常可靠和容错的特性。系统中包含 的每一个节点都和其他节点由2个重复的 通道连接。这些节点可以被复制，并分 组成为容错单元（FTU）来弥补通讯错误。
• 由于重复信息同时在2个不同的通道上发 送，所以传输信息的时间和量值都被复 制。该协议的节点成本比其他协议的成 本更高。
1-1汽车线控技术简介
• HONDA在新一代雅阁V6轿车上采用线控油门技术。 • 德国大众也有线控的概念车。 • 美国通用公司在2003年研制的HY-WIRE概念车和2005年研制的Sequel
概念车上都采用了线控转向和线控制动技术。
• 下为通用的HY-WIRE概念车，它采用氢动力和线控控制，通过电机驱动 实现汽车的启动、转向和制动等，是全新的一种概念车。
1-1汽车线控技术简介
通用公司的HY-WIRE概念车
1-1汽车线控技术简介
• 线控技术得以逐渐在汽车上普遍应用的 技术背景：
– 微电子器件的成本降低、可靠性提高，如单 片机，DSP等；
– 电力电子装置的功能增强、成本降低，可靠 性提高，如执行步进电机，伺服电机，传感 器等等。
1-1汽车线控技术简介
1-1汽车线控技术简介
汽车网络协议
• 线控技术的全面应用将意味着汽车由机 械到电子系统的转变。线控技术要求网 络的实时性好、可靠性高，而且一些线 控部分要求功能实现冗余，以保证在出 现一定的故障时仍可实现这个装置的基 本功能。这就要求用于线控的网络数据 传输速度高，时间特性好（通讯事件发 生时间是确定的）和可靠性高。
汽车线控技术系列13----电控机械制动系统的结构
3-2电控机械制动系统的结构
3-2电控机械制动系统的结构
中央ห้องสมุดไป่ตู้子控制单元
中央电子控制单元的作用为:接收制动踏板发出的信号，控制制动器制 动;接收驻车制动信号，控制驻车制动;接收车轮传感器信号，识别车轮 是否抱死、打滑等;控制车轮制动力，实现制动防抱死和驱动防滑等。 ECU可采用飞思卡尔( Freescale)公司的S12x系列芯片等作为主控芯片。 图3-7为电控机械制动系统ECU接口电路制动踏板信号由制动踏板力和 角位移传感器产生，车辆运行状态采用纵向和侧向加速度传感器及横 摆角速度传感器测量，各车轮的目标制动力经CAN网络传输给各轮 emb控制器。
3-2电控机械制动系统的结构
电子踏板模块 电控机械制动系统取消了传统液压制动系统中机械式传力机构和真空助力器，取而代 之的是踏板模拟器，有效地提高了制动响应速度。它将作用在踏板上的力和速度转化 为电信号，输送到中央ECU。踏板模拟器的输入输出特性曲线应很好地符合驾驶员的驾 驶习惯，并根据人体工程学设计，以提高舒适性和安全性。
3-2电控机械制动系统的结构
电控机械制动系统的结构 按各模块的功能不同分类，汽车电控机械制动系统主要由车轮制动模块、中央电子 控制单元(ECU)和电子踏板模块等组成，其控制框图如图所示。
3-2电控机械制动系统的结构
车轮制动模块
车轮制动模块由电机、机械传动机构等组成。对电机的要求较高，如放置在狭小 的空间中，重量轻，能够提供足够且连续的制动力矩，可以在堵转状态下工作。 目前，多用无刷直流电机，是由电机本体、位置检测器、逆变器和控制器组成的 自同步电机系统或自控式变频同步电机。无刷直流电机逆变器主要开关一般采用 IGBT或功率MOSFET等全控型器件。控制器对转子位置检测器输出的信号、PWM 调制信号、正反转和停车信号进行逻辑综合，为驱动电路提供各个开关的斩波信 号和选通信号，实现电机的正反转、转速控制、转矩控制、停车控制和短路故障 保护功能下图Continental Teves公司第三代电控机械式盘式制动器，采用了电机内 置模块化结构。分为电机驱动部分、行星齿轮减速部分、螺旋传动部分，其中螺 旋传动部分把旋转运动变成丝杠的直线运动。
汽车线控技术系列12----线控制动系统分类
3-线控制动系统分类
电液制动系统
电液制动系统是在传统液压制动系统的基础上发展而来的，用一个综合的制 动模块(电机、泵、蓄电池等)来取代传统制动系统中的压力调节系统和ABS 模块等，产生并储存制动压力，并可分别对四个轮胎的制动力矩进行单独调 节。与传统的液压制动系统相比，电液制动系统有了显著进步，结构紧凑， 改善了制动效能，控制方便可靠，制动噪声显著减小，不需要真空装置，有 效减轻了制动踏板的打脚，提供了更好的踏板感觉。电液制动系统的局限性 在于仍然需要液压部件。 早在1993年，福特公司就有一款电动汽车采用了电液制动系统。后来通用 公司在其一款轿车上也采用了电液制动系统。下图是德尔福公司研发的一款 电液制动系统的结构示意图。
3-线控制动系统分类
如图所示，电控机械制动系统由电子制动踏板模块、控制器、车轮制动模块组成。制动时， 驾驶员踩下制动踏板的位移由制动踏板位移传感器检测到，由制动踏板位移与速度可得知 驾驶员的制动意图。ECU分析轮速传感器、制动力传感器等信号，通过制动电机实现各车轮 的主动制动力控制，实现轮胎滑移率的伺服跟踪控制并进行踏板力感控制，实现较好的制 动感觉。 Flexray总线将传感器信号传给ECU，并将ECU发出的拉制信号传给电机。
3-线控制动系统分类
1一轮速传感器;2一制动轮;3一制动力传感器;4一制动电机5一制动踏 板位移传感器;6一制动踏板;7一驻车制动按钮
3-线控制动系统分类混合源自控制动系统混合线控制动系统兼有传统液压制动系统和线控制动系统。下图为德尔福公司的 混合线控制动系统，用后轮电动制动钳来代替传统后轮液压制动钳，并与电动驻 车制动集成;而前轮仍然采用传统的液压/真空助力器。每一个电动盘式制动器都 由个直流电机和机械齿轮传动链组合而成，比传统的盘式制动器略大一些，后轮 电动盘式制动器中还装有一个电动驻车制动装置，驻车制动通过按钮即可实现， 省去了制动手柄，让出了前座之间的宝贵空间
5-1线控制动技术
Car 情报局
2 Part Two 线控制动系统的分类
线控制动系统的分类
Car 情报局
线控制动系统即电子控制制动系统，分为机械式线控制动系统和液压式线控制动系统。
1.液压式线控制动系统（EHB） 液压式线控制动系统（Electronic Hydraulic Brake System，简称EHB）EHB是从传统的液 压制动系统发展来的，但与传统制动方式有很大的不同，EHB以电子元件替代了原有的部分机械 元件，是一个先进的机电一体化系统，它将电子系统和液压系统相结合。EHB主要由电子踏板、 电子控制单元（ECU）、液压执行机构组成。电子踏板是由制动踏板和踏板传感器（踏板位移 传感器）组成。踏板传感器用于检测踏板行程，然后将位移信号转化成电信号传给ECU电控单 元，实现踏板行程和制动力按比例进行调控。
线控制动系统
Car 情报局
线控制动正是从真空助力器延伸开来，用一个电机来代替真空助力器推动主缸活塞。由于汽 车底盘空间狭小，电机的体积必须很小，同时要有一套高效的减速装置，将电机的扭矩转换为强 大的直线推力。
制动控制是自动驾驶执行系统的重要部分，目前 ADAS 与制动系统高度关联的功能模块包 括 ESP（车身稳定系统）/AP（自动泊车）/ACC（自适应巡航）/AEB（自动紧急制动）等。
Car 情报局
3 Part Three 线控制动系统的组成
线控制动系统的组成
Car 情报局
线控制动系统主要由接收单元、ECU及执行单元组成。 （一）接收单元
包括制动踏板、踏板行程传感器等。
（二）制动控制器（ECU） ECU接收制动踏板发出的信号，控制制动器制动；接收驻车制动信号，控制驻车制动；接收车 轮传感器信号，识别车轮是否抱死、打滑等；控制车轮制动力，实现防抱死和驱动防滑，并兼顾 其它系统的控制。
汽车线控技术系列3----线控系统控制内容
悬架阻尼、侧倾刚度和车身高度等实行适时控制已经成为现实 • 当前，对汽车悬架的控制主要有以下几种： • （1）以改善坏路行驶能力和高速操纵稳定性为目的的车高控
制； • （2）以改善舒适性和操纵稳定性为目的的减振器阻尼控制； • （3）以改善舒适性和操纵稳定性为目的的弹簧刚度控制。 • （4）以改善操纵稳定性为目的的侧倾刚度控制。 • （5）综合以上各种考虑的综合性悬架。
• 线控油门的优点在于：线控油门的控制精确，发动机能 够根据汽车的各种行驶信息，精确调节进入气缸的空气 燃油混合比， 改善发动机的燃烧状况，从而大大提高了 汽车的动力性和经济性。
• 低速行驶时，转向比率低，可以减少转弯或停车时 转向盘转动的角度；
• 高速行驶时，转向比率变大，能够获得更好的直线 行驶条件。
4. 取消转向柱、转向器后，有利于提高汽车碰 撞安全性和整车主动安全性。
1-3线控系统控制内容
线控制动系统
1-3线控系统控制内容
• 传统轮式车辆制动系统的气体或液体传输管路 长，阀类元件多。对于长轴距或多轴车辆及远 距离控制车辆，由于管路长、速度慢，易产生 制动滞后现象，制动距离增加，安全性降低， 而且制动系统的成本也较高。
• 线控制动用电线取代部分或全部制动管路，可 省去制动系统的很多阀。在电子控制器中设计 相应程序，操纵电控元件来控制制动力的大小 及各轴制动力的分配，可完全实现使用传统阀 类控制件所能达到的ABS及ASR等功能。
1-3线控系统控制内容
1-3线控系统控制内容
1-3线控系统控制内容
线控悬架系统
传统悬架： ●软：舒适性好、行驶稳定和操纵稳定性差 （车身位移过大、横摆纵摇） ●硬：舒适性差、行驶稳定和操纵稳定性好。 ●只减阻尼而不变刚度，振动到车身。 ●只减刚度而不变阻尼，稳定性和舒适性差。
制； • （2）以改善舒适性和操纵稳定性为目的的减振器阻尼控制； • （3）以改善舒适性和操纵稳定性为目的的弹簧刚度控制。 • （4）以改善操纵稳定性为目的的侧倾刚度控制。 • （5）综合以上各种考虑的综合性悬架。
• 线控油门的优点在于：线控油门的控制精确，发动机能 够根据汽车的各种行驶信息，精确调节进入气缸的空气 燃油混合比， 改善发动机的燃烧状况，从而大大提高了 汽车的动力性和经济性。
• 低速行驶时，转向比率低，可以减少转弯或停车时 转向盘转动的角度；
• 高速行驶时，转向比率变大，能够获得更好的直线 行驶条件。
4. 取消转向柱、转向器后，有利于提高汽车碰 撞安全性和整车主动安全性。
1-3线控系统控制内容
线控制动系统
1-3线控系统控制内容
• 传统轮式车辆制动系统的气体或液体传输管路 长，阀类元件多。对于长轴距或多轴车辆及远 距离控制车辆，由于管路长、速度慢，易产生 制动滞后现象，制动距离增加，安全性降低， 而且制动系统的成本也较高。
• 线控制动用电线取代部分或全部制动管路，可 省去制动系统的很多阀。在电子控制器中设计 相应程序，操纵电控元件来控制制动力的大小 及各轴制动力的分配，可完全实现使用传统阀 类控制件所能达到的ABS及ASR等功能。
1-3线控系统控制内容
1-3线控系统控制内容
1-3线控系统控制内容
线控悬架系统
传统悬架： ●软：舒适性好、行驶稳定和操纵稳定性差 （车身位移过大、横摆纵摇） ●硬：舒适性差、行驶稳定和操纵稳定性好。 ●只减阻尼而不变刚度，振动到车身。 ●只减刚度而不变阻尼，稳定性和舒适性差。
汽车线控技术介绍
思考
注意观察前后制动块有何不同，为什么？
通风盘式制动器
钻孔通风盘式制动器
法拉利跑车采用的特殊材料的钻孔通风盘
布加迪跑车制动冷却空气流动示意图
布加迪跑车制动冷却空气流动示意图
• 传统轮式车辆制动系统的气体或液体传输管路 长，阀类元件多。对于长轴距或多轴车辆及远 距离控制车辆，由于管路长、速度慢，易产生 制动滞后现象，制动距离增加，安全性降低， 而且制动系统的成本也较高。
汽车线控转向的优势在于：
1. 提高了整车设计自由度， 便于操控系统布置。 例如没有了机械连接，可以很容易把左舵驾 驶换为右舵驾驶。
2. 转动效率高，响应时间短。控制单元接收各 种数据，可以在瞬时转向条件下， 立刻提供 转向动力，转动车轮。
3. 改善驾驶特性， 增强操纵性。基于车速、牵 引力控制以及其它相关参数基础上的转向比 率（转向盘转角和车轮转角的比值）不断变 化。
线控转向系统
线控转向系统在汽车中的布置
线控转向系统由方向盘总成、控制器（ECU）和 转向执行总成3部分以及自动防故障系统、电源 等辅助系统组成。
• 方向盘总成包括方向盘、方向盘转角传感器、 方向盘回正力矩电机等，具功能主要是将驾驶 员的转向意图(通过测量方向盘转角)转换成数 字信号，传递给控制器；同时接收控制器送来 的力矩信号，产生方向盘回正力矩，以提供给 驾驶员相应的路感信息。
• EHB电液制动系统是将电子与液压系统相结合 所形成多用途、多形式的制动系统。EHB由电 子系统提供柔性控制，液压系统提供动力。
• EMB电子机械制动系统则将传统制动系统中的 液压油或空气等传力介质完全由电制动取代， 是制动控制系统的发展方向。
线控制动系统
线控制动系统
线控制动系统主要由3部分组成：
汽车线控技术.
线控转向系统 Steer-by-Wire
• 线控转向系统取消了传统的机械式转向 装置，转向器与转向柱间无机械连接。 • 整个系统主要由转向盘位置传感器、力 反馈电动机、转向执行机构、转向ECU、 轮胎角度传感器、环境传感器组成，结 构如图3所示。
图3 线控转向系统原理图
图4 线控转向系统在汽车中的布置
主要内容
1. 应用背景 2. 典型线控系统 • 线控转向系统 • 线控制动系统 • 线控悬架系统 • throttle-by-wire、 clutch-bywire 3. 线控系统的关键技术 4. 总结
1
汽车线控技术的应用背景
• 线控技术（X-by-Wire） 源于飞机控制 系统，飞机的新型飞行控制系统是一种 线控系统（Fly-by-Wire），它将飞机驾 驶员的操纵命令转换成电信号，利用计 算机控制飞机飞行。 • 这种控制方式引入到汽车驾驶上，就是 将驾驶员的操作动作经过传感器转变成 电信号，通过电信号网络传输到攻率放 大再推动执行机构。图1是线控过程。
• 美国通用公司在2003年研制的HY-WIRE概 念车和2005年研制的Sequel概念车上都 采用了线控转向和线控制动技术。 • 下为通用的HY-WIRE概念车，它采用氢动 力和线传控制，通过电机驱动实现汽车 的启动、转向和制动等，是全新的一种 概念车。 • 下为它的车内乘坐舱的照片。
图1 通用公司的HY-WIRE概念车
• 采用线控技术，可以降低部件的复杂性， 减少液压与机械控制装置，可以减少杠 杆、轴承等金属连接件，减轻质量，降 低油耗和制造成本，相应也提高了可靠 性和安全性。还有重要的一点，由于电 线走向布置的灵活性，因此汽车操纵部 件的布置也具有灵活性，扩大了汽车设 计的自由空间。
• 目前所有大型汽车制造商都在开发线控 系统雏形及其产品。 • 美国TRW公司开发的线控驾驶系统使得燃 油经济性上升5％；DELPHI汽车在电子转 向系统中也作了类似改进；BOSCH、 VALEO公司和其他一些设备制造商已开发 或正在开发线控技术和产品； • HONDA在新一代雅阁V6轿车上采用线控油 门技术。 • 德国大众也有线控的概念车。
汽车线控技术系列6----线控转向的力反馈系统
2-3线控转向的力反馈系统
根据力反馈作用原理的不同，线控转向系统提供转向盘阻力矩的执行机构有基于 电机提供力反馈、基于磁流变液提供力反馈、操纵杆、基于液压作用等多种结构 形式。 1)基于电机的线控转向系统路感反馈装置
下图显示了力反馈执行机构采用电机的线控转向系统结构简图。电机可采用无刷 直流电机。转向轴的一端与转向盘连接，另一端与电机的蜗杆传动减速器中的轮 连接。蜗杆与电机输出轴连接。主控制单元发送转向盘反馈力矩目标值到力反电 机的驱动电路，控制电机的输出力矩，调节路感的大小，主控制单元综合左、右 横拉杆力信号，进行力矩值查表，产生目标转向盘反馈力矩值输出到转向盘执行 机构。
2-3线控转向的力反馈系统
1一转向柱;2一力反电机;3一电机转角传感器;4一力反馈电机照动电路:5一主控制单 元; 6一转向电机驱动电路;7一转向电机转角传感器;8一转向电机:9一丝杠传动; 10一车速传感器;11一蜗杆传动减速器
2-3线控转向的力反馈系统
1一转向盘执行机构:2一转向盘转矩传感器;3一转向盘转角传感器;4一转向盘力反馈 总成;5一车速传感器;6一车速信号;7ー前轮转角目标值;8一车轮转向单元;9一左横拉 杆力信号:10一右横拉杆力信号1ー主控制单元;12一力矩目标值;13一转向盘力矩信 号:14ー转向盘转角信号:15一左横拉杆力传感器16一右横拉杆力传感器;17一车轮转 角传感器
Hale Waihona Puke 2-3线控转向的力反馈系统
2)基于磁流变液的可调路感反馈装置
利用磁流变液具有“液”、“固”态瞬间转换的可逆性和可控性对阻尼力实施控制，能量消耗较低、结构 简单、成本低廉、可靠性高。低成本磁流变液的测试与讨论结果显示，磁流变液能够满足力反馈安 全可靠的需要。 如图所示，基于磁流变液的新型转向盘触感反馈装置，包括磁流变液、线圈、转子、控制器等。转 向盘通过转向轴与磁流变液触感反馈装置连接。壳里充满磁流变液，转子对磁流变液的机械阻力和 黏度敏感。可采用遗传算法进行磁流变液阻尼器阻尼力与位移和速度的非线性模型参数识别。基于 磁流变液的可调路感反馈装置工作原理见图。控制单元接收转向盘转矩或位置等传感器的信号，控 制线圈中的电流变化，进而控制产生的磁场，磁流变液的黏度随磁场变化而变化。增加磁流变液的 黏度时，转子自由旋转的阻力增加，驾驶员通过转向盘感受到转动阻力的变化。
根据力反馈作用原理的不同，线控转向系统提供转向盘阻力矩的执行机构有基于 电机提供力反馈、基于磁流变液提供力反馈、操纵杆、基于液压作用等多种结构 形式。 1)基于电机的线控转向系统路感反馈装置
下图显示了力反馈执行机构采用电机的线控转向系统结构简图。电机可采用无刷 直流电机。转向轴的一端与转向盘连接，另一端与电机的蜗杆传动减速器中的轮 连接。蜗杆与电机输出轴连接。主控制单元发送转向盘反馈力矩目标值到力反电 机的驱动电路，控制电机的输出力矩，调节路感的大小，主控制单元综合左、右 横拉杆力信号，进行力矩值查表，产生目标转向盘反馈力矩值输出到转向盘执行 机构。
2-3线控转向的力反馈系统
1一转向柱;2一力反电机;3一电机转角传感器;4一力反馈电机照动电路:5一主控制单 元; 6一转向电机驱动电路;7一转向电机转角传感器;8一转向电机:9一丝杠传动; 10一车速传感器;11一蜗杆传动减速器
2-3线控转向的力反馈系统
1一转向盘执行机构:2一转向盘转矩传感器;3一转向盘转角传感器;4一转向盘力反馈 总成;5一车速传感器;6一车速信号;7ー前轮转角目标值;8一车轮转向单元;9一左横拉 杆力信号:10一右横拉杆力信号1ー主控制单元;12一力矩目标值;13一转向盘力矩信 号:14ー转向盘转角信号:15一左横拉杆力传感器16一右横拉杆力传感器;17一车轮转 角传感器
Hale Waihona Puke 2-3线控转向的力反馈系统
2)基于磁流变液的可调路感反馈装置
利用磁流变液具有“液”、“固”态瞬间转换的可逆性和可控性对阻尼力实施控制，能量消耗较低、结构 简单、成本低廉、可靠性高。低成本磁流变液的测试与讨论结果显示，磁流变液能够满足力反馈安 全可靠的需要。 如图所示，基于磁流变液的新型转向盘触感反馈装置，包括磁流变液、线圈、转子、控制器等。转 向盘通过转向轴与磁流变液触感反馈装置连接。壳里充满磁流变液，转子对磁流变液的机械阻力和 黏度敏感。可采用遗传算法进行磁流变液阻尼器阻尼力与位移和速度的非线性模型参数识别。基于 磁流变液的可调路感反馈装置工作原理见图。控制单元接收转向盘转矩或位置等传感器的信号，控 制线圈中的电流变化，进而控制产生的磁场，磁流变液的黏度随磁场变化而变化。增加磁流变液的 黏度时，转子自由旋转的阻力增加，驾驶员通过转向盘感受到转动阻力的变化。
第三章 智能网联汽车线控底盘技术 电子课件
（ 息体线路 的3的验控）径体因。优转跟力素化向踪驱，驾系作和动驶统为紧，路路（急助感感S避力。t模e障转线e拟r控等向i的n转关系g依向键 统B据系y，技既统W并术利可i考r。用e以虑,S传驾筛到B选统驶W驾掉转员）驶路向的员是面系体的智颠习统力能簸惯有，网等，机又联不由械利利汽主的转用车控干向发自制扰和动器动因助机控转素制力的向，路转动的提感向力良取电两，出好机最种传硬产能，力件生够机件良基反械为好础映的转机，汽路向械它车感系结是实，统构际智提行主，能高驶要在网驾状依传驶联态靠递员汽和的驾过车路驾驶程进面驶员中行信 （占4）据节一省定空的间空，间提位高置被动。安线全控性转。向机系械统部件省的去减方少向，盘增和加转了向驾驶轮员的的机活械动连空接间，，使并方操便纵了系车统内与布执置行的系设计统；相降互低分了离转，向转系 统向强意度图，及使其转在向碰指撞令中由更电易子变控形，制在单汽元车对发转生向事电故机时，进减行少控了制转，向达系到统转对驾向驶系员统的控伤制害目。的，完成转向轮运行。线控转 向系统由于省去了常规机械式转向装置，能够降低车体重量，消除路面冲击，可以减小车辆的噪声，并起到 （5）提高转向效率，降低能源消耗。线控转向系统不依隔赖震于的机作械用传。递，其总线信号的传递速度，缩短了转向响应时间，转
线控转向系统（Steering By Wire,SBW）是智能网联汽车自动转向的良好硬件基础，它是智能网联汽车进行 路径跟踪和紧急避障等关键技术。传统转向系统有机械转向和助力转向两种，机械转向系统主要依靠驾驶员 的体力驱动，助力转向系统既利用驾驶员的体力，又利用发动机的动力，传力件为机械结构，在传递过程中 占据一定的空间位置。线控转向系统省去方向盘和转向轮的机械连接，使操纵系统与执行系统相互分离，转 向意图及转向指令由电子控制单元对转向电机进行控制，达到转向系统控制目的，完成转向轮运行。线控转 向系统由于省去了常规机械式转向装置，能够降低车体重量，消除路面冲击，可以减小车辆的噪声，并起到
线控转向系统（Steering By Wire,SBW）是智能网联汽车自动转向的良好硬件基础，它是智能网联汽车进行 路径跟踪和紧急避障等关键技术。传统转向系统有机械转向和助力转向两种，机械转向系统主要依靠驾驶员 的体力驱动，助力转向系统既利用驾驶员的体力，又利用发动机的动力，传力件为机械结构，在传递过程中 占据一定的空间位置。线控转向系统省去方向盘和转向轮的机械连接，使操纵系统与执行系统相互分离，转 向意图及转向指令由电子控制单元对转向电机进行控制，达到转向系统控制目的，完成转向轮运行。线控转 向系统由于省去了常规机械式转向装置，能够降低车体重量，消除路面冲击，可以减小车辆的噪声，并起到
模块一 智能网联汽车线控技术概述
线控技术的起源与发展
目前汽车的线控技术应用的系统主要有:线控转向系统、线控驱动系统、线控制动系统、线控悬架系统 和线控换挡系统等。
可以通过分布在车上的传感器实时获取驾驶员的操作意图和汽车行驶中的参数信息，将车辆信息反馈给控制器，控制器对这 些信息进行处理和分析，得出正确的控制参数传递给各个执行机构，从而实现对汽车的控制，提高车辆的转向性能、动力性 能、制动性能和乘坐舒适性能。
第一款使用线控技术的汽车-萨博9000
线控技术的起源与发展
国内外线控技术的发展历程与现状
奔驰公司于1990年开始了前轮线控转向系统的深入研究，并将其开发的线控转向系统应用于F400 Carving概念 车上。该技术在车辆的转向、制动、悬架及车身控制等系统均得到了应用。在 2000年9月的法兰克福卡车展览会上， 奔驰与采埃孚展示了它们的线控转向系统，随后欧美各大汽车厂家、研究机构都对汽车线控系统做了深入研究。
线控技术的起源与发展
线控技术的起源
随着汽车电子技术的发展，汽车逐渐趋向于集成化、模块化、 机电一体化及智能化方向发展。并且由于微电子器件的成本 降低、可靠性提高，电力电子装置的功能性增强，成本降低 等技术背景，使得线控技术得以逐渐在汽车上普遍应用。线 控转向模块等底盘系统相关的机电一体化产品和技术也进入 了一个新的发展高度。
线控技术的起源与发展
国内外线控技术的发展历程与现状
2020年3月，长安全新跨界车型长安UNI-T在重庆完成了首个L3级别自动驾驶的量产。 该车在交通拥堵情况下，需要驾驶员监控前方，可实现驾驶员的长时间脱脚、脱手，车载传 感器采集车速信号、转向盘转角等信号通过电子控制单元进行信息处理后给转向盘操纵模块 和制动器操纵模块发送指令，完成车辆横向运动与纵向运动的协调控制。
《智能网联汽车线控技术》第二章 PPT
将它转换为电信号用来计算扭力杆上的扭矩，然后将次信号输出到ECU。
③减速机构。 减速机构通过蜗杆和涡轮传动降低电动机的转速，增大扭矩，并将
其传到转向齿轮。
④电磁Байду номын сангаас合器
电磁离合器可以保证电动助力只在预定的范围内起作用。当车速、 电流超过限定的最大值或转向系统发生故障时，离合器便自动切断电动 机动力，恢复手动控制转向。
合适的前轮转角控制策略包括前馈控制和后馈控制，可以实 现汽车的理想转向。
线控转向系统可以根据车速的变化获得此时的理想传动比， 进而获得理想的前轮转角，该方法可以称为基于理想传动比 的前馈控制。
反馈控制策略是指横摆角速度、质心侧偏角等车辆状态参数 对前馈控制得到的前轮转角进行补偿，用于确保车辆在各种 付着系数路面和车速下都能获得理想的瞬时响应，防止车辆 侧滑和甩尾，削弱大侧向风干扰影响等，实现车辆的稳定转 向。
a.EPS控制。ECU接收各种传感器的信号，判断车辆当前的状况， 并测定施加到直流电机上相应的助力电流。对装有车辆稳定控制 系统（VSC）的车型，可以提高诊断与安全保护动机的助力电流 就减小以降低温度。 b.诊断与安全保护。
②扭矩传感器。 扭矩传感器用于检测作用与转向盘上的扭矩信号的大小和方向，并
• 软件容错方法：依靠控制器的容错算法来提高整个系统的冗余度，从而
改善系统的容错性能，一是对软件自身故障的处理；二是使用软件对系统 中出现的其它故障进行处理。
• 方案：软件容错算法在不改变转向系统结构、增加过多设备的情况下，
对故障后、剩余正常工作的转向系统装置进行控制。当部分装置故障时， 通过实时数据采样，定位故障类型与位置，通过整合剩余正常工作的装置 ，互相协同工作，从而达到正常工作状态。
③减速机构。 减速机构通过蜗杆和涡轮传动降低电动机的转速，增大扭矩，并将
其传到转向齿轮。
④电磁Байду номын сангаас合器
电磁离合器可以保证电动助力只在预定的范围内起作用。当车速、 电流超过限定的最大值或转向系统发生故障时，离合器便自动切断电动 机动力，恢复手动控制转向。
合适的前轮转角控制策略包括前馈控制和后馈控制，可以实 现汽车的理想转向。
线控转向系统可以根据车速的变化获得此时的理想传动比， 进而获得理想的前轮转角，该方法可以称为基于理想传动比 的前馈控制。
反馈控制策略是指横摆角速度、质心侧偏角等车辆状态参数 对前馈控制得到的前轮转角进行补偿，用于确保车辆在各种 付着系数路面和车速下都能获得理想的瞬时响应，防止车辆 侧滑和甩尾，削弱大侧向风干扰影响等，实现车辆的稳定转 向。
a.EPS控制。ECU接收各种传感器的信号，判断车辆当前的状况， 并测定施加到直流电机上相应的助力电流。对装有车辆稳定控制 系统（VSC）的车型，可以提高诊断与安全保护动机的助力电流 就减小以降低温度。 b.诊断与安全保护。
②扭矩传感器。 扭矩传感器用于检测作用与转向盘上的扭矩信号的大小和方向，并
• 软件容错方法：依靠控制器的容错算法来提高整个系统的冗余度，从而
改善系统的容错性能，一是对软件自身故障的处理；二是使用软件对系统 中出现的其它故障进行处理。
• 方案：软件容错算法在不改变转向系统结构、增加过多设备的情况下，
对故障后、剩余正常工作的转向系统装置进行控制。当部分装置故障时， 通过实时数据采样，定位故障类型与位置，通过整合剩余正常工作的装置 ，互相协同工作，从而达到正常工作状态。
《智能网联汽车线控技术》第一章 PPT
(1)线控转向系统 Steer-by-Wire
常规转向系
• 线控转向系统取ຫໍສະໝຸດ 了传统的机械式转向装置，转向器 与转向柱间无机械连接。
• 整个系统主要由转向盘位置传感器、力反馈电动机、 转向执行机构、转向ECU、轮胎角度传感器、环境传 感器组成，结构如图3所示。
图3 线控转向系统原理图 线控转向结构示意图.gif
图1 线控系统的组成框图
• 其实质就是在需要有机构动作的地方不是应用液压系统来传 递操纵动作，而是利用弱电信号再控制强电执行机构来完成。 线控（电控）系统中弱电信号早期用模拟信号较多，目前多 用数字信号。
• 线控技术就可理解为电控方式。这里的“X”代表着汽车 中传统上由机械或液压控制的各个功能部件，如：制动、 转向、悬架、油门、离合器、门锁等。
1.2.4 其他关键技术
（5）全矢量控制底盘线控技术 欠驱动系统是指系统的独立控制变量个数小于系统自由度个
数的一类非线性系统，在节约能量、降低造价、减轻重量、增强 系统灵活度等方面都较完全驱动系统优越。油门踏板、制动踏板 和转向盘3个关键操纵装置，控制车轮受到纵向、横向和垂向3个 独立的力，整车共12个作用力（4个车轮×3个方向）。
• 德国大众也有线控的概念车。
• 美国通用公司在2003年研制的HY-WIRE概念车和2005年研制 的Sequel概念车上都采用了线控转向和线控制动技术。
• 下为通用的HY-WIRE概念车，它采用氢动力和线传控制，通 过电机驱动实现汽车的启动、转向和制动等，是全新的一种概 念车。
• 下为它的车内乘坐舱的照片。
• 目前所有大型汽车制造商都在开发线控系统雏形及其产品。
• 美国TRW公司开发的线控驾驶系统使得燃油经济性上升5％； DELPHI（德尔福）汽车在电子转向系统中也作了类似改进； BOSCH、VALEO（法雷奥）公司和其他一些设备制造商已开 发或正在开发线控技术和产品。
汽车线控技术系列11----线控转向系统改造
驾驶员
转向盘
驾驶员 转向操作
转向盘 转角传感器 力矩传感器
转向 控制器
转向 电机
转向拉杆 位移传感器
2-8汽车线控转向改造
3.7 线控转向改造
2、使用部分原车转向部件
传统汽车转向机械结构
助力电机
助力电机
1、助力电机在管柱上 转向管柱空间受限，难度大 更换助力电机总成 破解协议+控制模块
2、助力电机在横拉杆上 转向管柱空间较大
上来说甚至可以取消掉方向盘，实现L4以上的自动驾驶级别，也是自动驾驶必须要的转向系统配 备。
2-8汽车线控转向改造
3.4 技术应用
率先在量产车上采用线控转向的英菲 尼迪Q50采用的就是这样的冗余方式。
正常情况下，多片离合器为断开 状态，就是说，虽然转向管柱仍然存 在，但并不起作用。只有当伺服机构 发生故障的紧急情况下，离合器才会 接通。接通后，通过方向盘与转向机 构（齿轮齿条机构）的刚性连接仍然 能够实现转向操作，只是手感会变重 一些。
2-8汽车线控转向改造 3.2 SBW（线控转向）系统结构及原理图
1.故障处理电机 2.转向执行电机 3.车轮角速度传感器 4.转向柱转角传感器 5.回正力矩电机 6.车速传感器、横摆角速度传感器、车身加速度传感器
2-8汽车线控转向改造 3.3 线控转向系统的关键-安全性
如果取消了转向管柱，传感器或者 伺服机构发生故障应当如何应对？
助力电机
助力电机
3、助力电机在横拉杆上 转向管柱空间较大
2-8汽车线控转向改造
3.8 线控转向改造
3、自主加装（电动观光车）
电动观光车、高尔夫球车、电动巡逻车转向机械结构
2-8汽车线控转向改造
3.9线控转向改造
汽车线控技术系列10----容错技术
2-7容错技术
执行机构的容错
由于容错控制的需要，建立了直流电机的模型。利用最小方差方法、 基于自适应 Kalman滤波技术在线估计参错水平一样数基于在线估计和 离线估计的对比结果、车辆试验等，评价电机的故障诊断和容错控制。 结果表明，故障诊断和容错控制有效改善了线控转向系统的可靠性和 安全性。采用双电机、双控制器架构不降低控制系统性能而对单点故 障容错仲裁总线、电机的机械布置、开发的控制算法使得在发生单点 故障时系统自动重构。
2-7容错技术
1一转向盘:2一转向盘转角传感器、力矩反执行机构:3-CAN总线;4一电 机控制器5一蜗杆传动减速器:6一小齿轮17一小齿轮2:8一齿条:9一小齿 轮转角传感器:10一钟裁总线
2-7容错技术
线控转向系统的容错技术 线控转向系统的容错方法包括硬件冗余容错方法和软件冗余容错方法两种。
基于观测器的解析冗余方法，可降低原基于三重冗余车轮转角传感器的线控转向 系统的冗余的传感器的总数而仍然保持高的可靠性。利用车辆和线控转向系统的 合并模型设计全状态观测器估计车身側偏角。由观测的、测量的车辆状态(质心 侧偏角和横摆角速度)估计转向角度。利用多数表决的方法建立障发现和隔离算 法，用于发现有故障的传感器保持安全行驶。提出的解析冗余算法和原来采用全 硬件冗余的系统的容错水平一样.
基于多维 Gauss I隐藏 Marko模型的容错控制策略，利用硬件冗余方法建立了转向盘转角 传感器容错控制策略。通过硬件在环试验验证控制策略的效果，结果表明控制策略有效改 善了线控转向车辆在发生传感器故障方面的可靠性和安全性。
以软件解析冗余为基础的线控转向系统传感器故障重构方法。以现有的线控转向系统为基 础，从最优控制角度出发，基于 Riccati型方程构建了线控转向系统主要传感器的最优软件 解析故障重构方法，并进行了传感器故障重构
汽车线控技术系列2----汽车线控技术特点
1-2汽车线控技术特点
智能网联汽车背 景下的线控技术
及应用
GPS定位天线
接收
DTU/4G
千寻
线控底盘改造部件
GPS+惯导 激光雷达 毫米波雷达 视觉图像处理
环境感知
显示器
DC/DC转换 12V、5V
COM RS232
RJ45 CAN
工控机
USB/RJ45
CAN
VCU
CANCAN决策来自电子档位 油门 转向 制动
控制执行
1-2汽车线控技术特点 环境感知
决策
控制
1-2汽车线控技术特点
汽车线控技术的优点：汽车线控技术采用导线柔性连接代 替了原来的机械、液压连接，是由控制器ECU、传感器、 执行器(主要是电机)、通信总线等组成的分布式实时系统， 符合安全、节能、环保的要求，具有很多优点。
1-2汽车线控技术特点
1.通过优化控制算法，实现主动控制 线控系统的最大优点是驾驶员的人机操纵界面和执行 机构之间的机械解耦，带来了控制性能的灵活性。线 控转向系统的转向盘和转向轮之间解耦，转向传动比 随车速等实时调整，提高了汽车的操纵稳定性，实现 了车辆的主动转向。并通过安装在转向柱上的力反馈 电机进行主动转向阻力反馈，优化转向感觉。线控制 动系统灵活控制各个车轮处制动电机的力矩，实现制 动防抱死、电子制动力分配等很多功能，提高其制动 性。
目前，安全可靠性是汽车线控技术的最大技术瓶颈。由于线控 系统取消了转向盘和转向轮之间、制动踏板和制动器之间的机 械或液压连接，传感器的不稳定性、数据传输的不准确性等方 面可能使系统发生故障，故必须引入故障诊断进行故障定位与 隔离，保证系统的安全可靠性。线控系统必须是容错的，保证 某一部件发生故障时汽车仍可实现安全转向和制动。因此，还 需要大量试验验证线控系统的安全可靠性。
汽车线控制动系统简介介绍
03
线控制动系统优势与 特点
安全性提升
故障容错能力
线控制动系统通过冗余设计和高级控制策略，具备故障检测和容错能力，确保 在部分组件发生故障时，制动系统仍能正常工作，从而提高行车安全性。
精确控制
线控制动系统采用高精度传感器和高速处理器，能够实现制动力的精确控制， 减少制动距离，提高制动稳定性，从而降低交通事故的风险。
通讯技术
线控制动系统需要快速、可靠的数据传输技术，以确保控制信号在 传输过程中的低延迟和高可靠性。
控制算法
开发高效、稳定的控制算法是线控制动系统的核心技术挑战，它需要 考虑到各种复杂路况和驾驶员行为。
市场挑战
1 2 3
成本压力
线控制动系统相对于传统制动系统成本更高，如 何在保证性能的同时降低成本是市场普及的关键 。
汽车线控制动系统简介介绍
汇报人： 日期:
目 录
• 线控制动系统概述 • 线控制动系统组成与结构 • 线控制动系统优势与特点 • 线控制动系统挑战与发展趋势
01
线控制动系统概述
线控制动系统定义
• 线控制动系统，也称为电子控制制动系统，是一种新型的车辆 制动技术。它采用电子传感器、执行器和控制器等部件，替代 传统制动系统中的部分或全部机械连接，通过电子信号传输实 现制动指令的控制。
节能环保
能量回收
线控制动系统可将制动过程中产生的 热能转化为电能进行回收，提高能源 利用效率，降低能源消耗，实现节能 环保。
无磨损
传统的机械制动系统存在磨损问题， 而线控制动系统采用无接触的电磁或 电液传动方式，避免了磨损产生的能 量损失和环境污染。
易于实现自动驾驶集成
响应速度快
线控制动系统采用先进的电子控制技术，具有快速的响应速度， 能够满足自动驾驶系统对制动系统的高要求。
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