线控技术在汽车底盘中的应用

线控技术在汽车底盘中的应用

摘要：随着汽车工业与电了工业的不断发展，越来越多的线控类技术正在取代汽车传统的机械装置。本文描述了线控技术在汽车底盘中的应用，介绍线控制动系统和线控转向系统，重点阐述了线控转向系统的结构，工作原理以及关键技术在于传感器技术、总线技术、动力电源、容错控制技术等。

关键词：线控技术；线控制动系统；线控转向系统；线控转向关键技术

引论

线控技术已经被广泛用于航空业，用线控制系统来取代传统的液压和机械系统已经成为技术发展的趋势，采用线控技术的制动系统、转向系统、传动系统有望在未来汽车上率先获得应用。国外GM.DELPHI. KOYO. TRW. BENZ等公司已运用线控技术开发了概念车。

随着电子科技和网络技术的发展，出现了更加高效、节能的线控技术(X-by-wire)。一些笨重、精确度低的机械系统将被精确、敏感的电子传感器和执行元件所代替，汽车传统的操纵机构、操纵方式、执行机构也将会发生根本性的变革。结合线控技术和汽车制动系统而形成的线控制动（BBW）系统，将传统液压或气压制动执行元件改为了电驱动元件，将驾驶员的转向操作与转向车轮之间通过信号及控制器连接起来，由控制器根据驾驶员指令、当前车辆状态和路面状况确定合理的前轮转角，实现转向系统的智能控制，从而形成线控转向(SBW)系统。线控系统具有可控性好、响应速度快的特点，具有良好的发展前景。

正文

1.线控技术的结构原理

线控技术(by- wire)，就是由“电线”或者电信号实现传递控制，而不是通过机械连接装置来操作的。传统的操纵汽车的方式是:当驾驶员踩制动、踩油门、换档、打转向盘时，都是通过机械机构来操纵汽车。而线控技术则是将动作转化为电信号，由电线来传递指令操纵汽车。

线控技术是在控制单儿和执行器之问用电子装置取代传统的机械连接装置或液压连接装置，由电线取代机械械传动部件，取消了机械械结构，赋予汽车设计新的空问。

线控系统需要高性能的控制器，比如由Freescale半导体公司提供的MPC500 /MPC5500系列微处理器。还需要有精确高速的通讯协议网络、容错技术和分配独立处理功能的模块。

线控系统的基木结构原理是:驾驶员的操纵指令通过人机接口转换为电信号传到执行机构，控制执行机构的动作;传感器感知功能装置的状态，通过电信号传给人机接口，反馈给驾驶员，如图1所示。

线控系统在人机接口通讯、执行机构和传感机构之间，以及与其他的系统之间要进行大量的信息传输，要求网络的实时性好、可靠性高，而且要求具有冗余的“功能实现”，以保证在故障时仍可实现装置的基木功能。

2.汽车底盘线控技术的发展现状和特征

由于X-by-wire具有较高的效率，给设计者带来了更大的设计空间，并且更容易实现集成控制，使整车总质量减轻，因此便成为许多世界级汽车公司竞逐发展的目标。

宝马汽车公司在2000年巴黎车展上参展的概念车BMW Z22上应用了Steer-by-wire和Brake-by-wire技术。Z22车型取消了转向柱、脚踏板连杆等机械结构，可以减少在车辆发生撞击时机械部件对驾驶员的伤害。转向盘的转动范围减到160度，使紧急转向时驾驶员的忙碌程度得到了很大程度的降低。且操纵机构可以布置得更为合理，提高了乘坐舒适性与座椅位置的调整范围。目前X-by-wire应用较具代表性的例子有宝马新7系、奔驰SL、新E级和美洲虎新S 级等车型。

汽车底盘线控技术的特征有:操纵机构和执行机构没有机械联结和机械能量的传递;驾驶员操纵指令由传感元件感知，以电信号的形式由网络传递给电子控制器及执行机构；执行机构使用外来能源完成操纵指令及相应的任务，其执行过程和结果受电子控制器的监测和控制。

汽车底盘线控技术的关键是线控制动系统和线控转向系统。

2.1线控制动系统(Brake-by-wire )

线控制动系统目前分为两种类型，一种为电液制动系统EHB (electric-hydraulic brake)，另一种为电子机械制动系统EMB (electro-mechanic brake)。电液制动系统是将电子系统与液压系统相结合所形成的多用途、多形式的制动系统，由电子系统提供柔性控制，液压系统提供动力。而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。

线控制动系统主要由3部分组成:接收单元。包括制动踏板、踏板行程传感器等:制动控制器(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:执行单元。包括电制动器或液压制动器等。

线控制动的显著优点左于:线控制动系统能够优化制动防抱死功能和稳定性控制的性能，提高制动效能；结构简单，减少了制动液的使用，利于环保；线控制动系统制造、装配、测试简单快捷，制动总成模块化结构，减少了机械制动部件，利于车厢布置，同时提高了被动安全性；易于增加汽车的辅助制动功能，可加装多种电控功能。

线控制动技术是一种全新的制动理念，它极大地提高了汽车的制动安全性。现代汽车制动控制技术正朝着线控制动控制方向发展，线控制动系统将取代以液压或气压为主的传统制动控制系统。同时，随着其它汽车电子技术特别是尺寸不断减小的超大规模集成电路的发展，电子元件的成本不断下降、汽车线控制动控制系统将与其他汽车电子系统，如电子悬架系统、主动式方向稳定系统、电子导航系统、无人驾驶系统等融合在一起成为综合的汽车电子控制系统。

2.2 线控转向系统（Steer-by-wire）

2.2.1 SBW系统结构

SBW系统结构见图2，可以分为3个主要部分:第1部分是转向盘系统，包括转向盘、转矩传感器、转向角传感器、转矩反馈电动机和机械传动装置;第2部分是电子控制系统，包括车速传感器，也可以增加横摆角速度传感器、加速度传感器和电子控制单元以提高车辆的操纵稳定性;第3部分是转向系统，包括角