丰田混合动力汽车线控换挡系统的分析

丰田混合动力汽车线控换挡系统的分析

2009年04月15日 09:26 来源：SAE论文集网

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系统配置

线控换挡系统包括如下主要部分：换挡选择模块、混合动力ECU、停车控制ECU、电源ECU、停车执行机构、混合动力系统和挡位位置指示灯。

挡位选择模块人机交互界面(HMI)可以是使驾驶员以更加舒适方式的换挡，它包括换挡操纵杆和停车开关。

混合动力ECU 其主要的功能是控制混合动力系统，此外，由于它的控制逻辑会影响换挡控制，所以它在线控换挡系统中有重要作用。这个ECU把指令发送给停车控制ECU，实现前进挡、倒挡和空挡的切换。混合动力ECU可以直接控制混合动力电机。

停车控制ECU 根据混合动力ECU发出的换挡指令，控制停车执行机构。

停车执行机构包括一个磁阻开关电机和一个减速机构，执行机构控制传动轴上的停车机构。

电源ECU 控制供电。

挡位指示灯显示当前挡位。

挡位选择模式

挡位选择模式使驾驶员能直接感受到这个系统改善了舒适性。通过最大限度的自由设计系统提供的换挡模式，过去无法达到的舒适性水平现在可以通过模拟人工程学来实现，因此一个独特的换挡模式被开发出来。

线控换挡系统最重要的特性是换挡操纵力和换挡模式，换挡操纵是一种瞬态，驾驶员的手从操纵杆放开后，操纵杆返回到预定位置上。因此，不必为了使操纵杆保持在某位置上而增加一种锁止机构。换挡操纵力的大小要优先于换挡时的感觉，不能大幅度的减小换挡操纵力，如图1所示。

另外，设计换挡模式时考虑了很多其它因素，可以使驾驶员容易记住各个挡位。换挡模式的特点如下(见图2)：

a．要选择所需的挡位，驾驶员只需操作换挡杆，而无需考虑挡位的当前位置，因为所有的换挡操作都是从同一位置开始，换挡模式也是一样的。

b．换挡时，换挡杆总产生正向的锁止，驾驶员无需试图去使操纵杆停在中间位置，或担心超出预定位置，这样可以减小换挡操纵力；

c．挂上前进挡或倒挡都会涉及到双向动作，使驾驶员意识到进行了换挡操作

d．停车换挡，系统提供了一个停车机构，驾驶员只需按一下即可，使用简便。

x-by-wire

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目录

1线控油门(Throttle-By-Wire)

2线控转向(Steering-By-Wire)

3线控换档(Shift-By-Wire)

4线控制动(Brake-By-Wire)

5线控悬架(Suspension-By-Wire)

6其他

随着汽车电子技术的不断发展和汽车系统的集成化，人们可以不需要传统的机械机构传递控制信号，而是通过电子手段来驾驶汽车。这一电子手段就是线控技术(X-By-Wire)。“By-Wire”可称为电子线控，“X”则代表汽车中各个系统。如线控转向(Steering-By-Wire)，线控制动(Brake-By-Wire)等。

X-By-Wire(4张)

线控技术是从应用于飞机驾驶控制上的Fly-By-Wire发展而来。该技术利用传感器将驾驶者输入信号传递到中央处理器、通过中央处理器的控制逻辑发送信号给相应的执行机构完成驾驶者的相关操作。这样可取代传统的机械结构，实现对汽车各种运动的电子线控。

1线控油门(Throttle-By-Wire)

线控油门主要由油门踏板、踏板位移传感器、电控单元(ECU)、数据总线、电机和油门执行机构组成。踏板位移传感器随时监测油门踏板位置，当监测到油门踏板高度位置发生变化时，会瞬间将此信息传送至伺服电机，由伺服电机驱动油门执行机构实行油门控制。

线控油门系统的优点：控制灵敏、精确，发动机能根据汽车的各种行驶信息精确地调节空燃比，改善发动机的燃烧状况，提高动力性和燃油经济性。还可与油压、温度和废气再循环电子信号结合，减少废气排放。减少机械组合零部件，相应减轻机械结构的重量，降低机械零部件的维修几率。

2线控转向(Steering-By-Wire)

线控转向系统(SBW)主要由转向盘模块、转向器模块和电控单元(ECU)组成。在SBW系统中，驾驶者通过转向盘上的传感器将转向信号传递给电控单元，电控单元将采集信号进行分析处理后将控制信号传递至转向电机，从而控制转向电机转向所需扭矩，带动车轮转向，实现驾驶者的转向意图。同时，转向轮上的传感器将车轮转向角、转向加速度反馈给电控单元，由电控单元向转向盘回正力矩电机发送信号，产生转向盘回正力矩，以提供驾驶者相应的传感信息。

线控转向系统的优点：1.提高了整车设计的自由度，便于操控系统的布置。

2.转向效率高，响应快，控制灵敏。

3.消除转向干涉，为实现自动控制以及汽车动态控制系统和汽车平顺性控制系统的集成提供先决条件。

4.可实现传动比的任意设置，从而改善汽车操纵性。

5.由于取消了机械转向柱，有利于提高汽车碰撞安全性和整车主动安全性。

3线控换档(Shift-By-Wire)

线控换档系统由换挡选择模块、换档电控单元、换挡执行模块、停车控制ECU、停车执行机构和档位指示灯等组成。在该系统中，驾驶者通过操纵杆的传感器将换档信号传递给电控单元，电控单元处理信号后将指令发给换档电机，实现前进档、倒档和空档的切换。其停车控制ECU会根据换档电控单元发出的换挡指令，控制停车执行机构。线控换档系统的优点：1. 线控换档消除了传统机械部件与变速器联动的约束，从而提升了设计自由度。2.换档齿轮的切换由电机驱动，减少了操纵力。3.结构简化，换档响应快，操控灵敏。驻车时，只需轻触驻车开关就可实现驻车换档。4.提高燃油经济性，可节油5%。5.减少维护费用。

4线控制动(Brake-By-Wire)

线控制动系统由制动踏板模块、车轮及制动执行机构、传感器和电控单元等所组成。驾驶者进行制动操作时，踏板行程传感器探测驾驶者的制动意图，把这一信息传递给电控单元，电控单元汇集轮速传感器、转向角传感器等各种信息，根据车辆行驶状态计算出每个车轮的最大制动力，再发指令给制动执行器对各个车轮实施制动。同时，控制系统也接受其它电控系统(ABS、ESP、ACC等)传感器