汽车电子新兴技术——线控技术！汽车电子毕业论文

　　线控手艺曾经被普遍用于航空业，用线节制系统来代替保守的液压和机械系统曾经成为手艺成长的趋向，采用线控手艺的制动系统、转向系统、传动系统无望在将来汽车上率先获得使用。国外GM、DELPHI、Koyo、TRW、BENZ等公司已使用线控手艺开辟了概念车。

　　汽车电子中各类线节制系统或线驱动系统将敏捷成长，汽车用线控手艺将在此后数年中大量呈现，如线节制动（brake by-wire）、线控转向（steer by-wire）、线控油门（throttle by-wire）、线控悬架（suspension by-wire）等正在加紧研究开辟。当线控这一方针实现时，汽车将是一种完全的高新手艺产物，策动机、变速器、传动轴、驱动桥、转向机全都不见了，汽车能够说是一台装在轮子上的计较机。

　　一、线控手艺简介

　　（一）线控手艺的布局道理

　　线控手艺（by-wire），就是由“电线”或者电信号实现传送节制，而不是通过机械毗连安装来操作的。保守的汽车的体例是：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汽车。而线控手艺则是将动作为电信号，由电线来传送指令汽车。

　　线控手艺是在节制单位和施行器之间用电子安装代替保守的机械毗连安装或液压毗连安装，由电线代替机械传动部件，打消了机械布局，付与汽车设想新的空间。

　　线控系统需要高机能的节制器，好比由Freescale半导体公司供给的MPC500/MPC5500系列微处置器。还需要有切确高速的通信和谈收集、容错手艺和分派处置功能的模块。

　　线控系统的根基布局道理是：驾驶员的指令通过人机接口转换为电信号传到施行机构，节制施行机构的动作；传感器功能安装的形态，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信、施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消息传输，要求收集的及时性好、靠得住性高，并且要求具有冗余的“功能实现”，以在毛病时仍可实现安装的根基功能。

　　（一）线控手艺的特点

　　1．线控手艺的长处

　　a.省力，人们能够不消间接操作机械力。

　　b.因为节制通过驾驶员的手完成，不需要转向盘、转向柱和脚踏板，如许就削减了反面碰撞时的潜在性，改善了汽车的平安性和舒服性，并为汽车设想供给了更大的设想空间。

　　c.便于实现个性化设想，因为驾驶特征如制动、转向、加快等过程都是法式设定的，设想师可设想分歧的法式供用户选择。

　　d.比质量轻，机能高（响应快）。线控系统打消了很多机械毗连安装、液压安装和气压安装，简化告终构和出产工艺，便于实现汽车轻量化。

　　e.用品可大大减小，削减费用。打消机械和液压毗连可削减车身质量并简化工作，可能磨损的部件更少了，如利用线节制动无需制动液，使汽车更为环保，削减。

　　f.能够将汽车的车内文娱安装也集成到收集之中，使得汽车和主动驾驶成为可能，整个汽车就是一个完整的电全体。

　　g.安装测试简单快速，更安定的电子接口（模块布局），隔板间无机械毗连，简单安插就能添加电子节制功能。

　　2．线控手艺的错误谬误

　　电子设备还相当的不靠得住——电磁干扰、器件失效、软件法式的设想、收集等等。一旦电失效而没无机械冗余就会导致灾难性的后果——转向失灵、油门难以节制和不克不及制动!所以线控手艺研究的重点该当是系统的靠得住性和平安性。

　　二、线控手艺在汽车上的使用

　　（一）线节制动（brake by-wire）

　　线节制动系统由实现电子化的供能安装、节制安装、传动安装、制动器4个部门构成。ECU（电控单位）对制动系统进行全体节制，采用全新的电子制动器，每个制动器有各自的节制单位。机械毗连逐步削减，制动踏板和制动器之间的动力传送分分开，取而代之的是电线毗连，电线传送能量，数据线传送信号。线节制动是自ABS在汽车上获得普遍使用以来制动系统的又一次飞跃式成长。

　　目火线节制动系统分为2品种型：一种是电液制动系统EHB（Electronic-hydraulic Brake），另一种是电子机械制动系统EMB（Electronic-Mechanical Brake）。电液制动系统是将电子与液压系统相连系，由电子系统节制，液压系统供给动力；电子机械制动系统则用电线代替保守制动系统中的空气或制动液等传力介质，电制动器代替保守制动器，电子机械制动系统是将来制动系统的成长标的目的。线节制动系统的配合特点是都具有踏板转角与踏板力可按比例调控的电子踏板；具有节制制动力矩与踏板转角相对应的法式节制单位；法式节制单位可基于其他传感器或节制器的输入信号实现自动制动及其它功能。电子机械制动系统与保守制动系统的对好比图2所示。

　　1．线节制动的长处

　　线节制动目前处于向汽车范畴使用的研究和改良阶段，跟着手艺前进，各类问题会逐渐获得处理，线节制动系统最终会代替保守的以液压为主的制动节制系统以及电液复合制动系统。线节制动是将来制动系统成长的标的目的。线节制动具有保守制动系统无法对比的长处。

　　a.布局简单，系统质量比保守制动系统削减良多，从而削减了整车质量。

　　b.制动响应时间短，提高了制动机能，缩短了制动距离。

　　c.系统不需要制动液，容易、简单，采用电线毗连，系统的耐久机能优良。

　　d.系统总成的制造、拆卸、调试、标定更快，易于采用模块化布局。

　　e.曾经开辟出具有容错功能的合用于汽车的收集通信和谈，如TTP/C，FlexRay等通信和谈能够使用到线节制动系统中。

　　f.易于进行改良和添加功能，能够并入汽车CAN通信收集进行集中办理和共享消息。

　　2．线节制动需要面临的问题

　　线节制动手艺为未来的智能化车辆供给了前提。基于此刻的手艺前提，要全面使用线节制动，还有良多问题需要面临。

　　a.驱动能源问题。采用线节制动需要较多的电能，目前12V的汽车电源无法供给足够大的能量，将来的汽车电源系统需采用高压电源（如42V电源系统），加大能源供应，以满足各系统能量的需求，同时需处理好高压电源的平安问题。

　　b.设想制动系统时必需考虑制动系统的失效问题。非论是ECU、传感器、制动器本身、线束失效，都应能使制动系统制动的基赋性能，除了ECU能够采用冗余设想外，实现线节制动的一个环节手艺是制动系统失效时的消息通信和谈，如TTP/C等的研究使用。

　　c.实现线节制动系统和汽车底盘其他节制系统的集成，仍有待研究。

　　d.成本比原有液动系统高，提高线节制动系统的性价比也是需要处理的问题。

　　3．线节制动的使用

　　跟着手艺的前进，上述的各类问题会逐渐获得处理。戴姆勒-克莱斯勒汽车公司曾经把一种线节制动系统——测控一体化制动系统安装在奔跑乘用车上，它是一种功能强大的机电一体化的系统。在汽车运转中，系统制动踏板的动作，并把相关消息传送给节制单位，节制单位发出指令给施行器，施行器节制各个车轮的制动，它能够按照制动踏板的加快度来识别能否是告急制动，并做出敏捷反映，缩短制动距离，这种系统会添加驾驶员的平安感和舒服感，使泊车过程平顺。不久的未来会有更多的线节制动系统获得使用，良多汽车和零部件厂商都进行了线节制动系统的研究和推广，博世、西门子、特维斯等公司曾经研制出一些试验，线节制动系统必将代替保守制动系统，汽车底盘进一步一体化、集成化，制动系统机能也会发生质的飞跃。

　　在2001年汽车展上表态的Bertone - SKFFilo概念车采用的线节制动系统就是由SKF与意大利出名制动系统出产商Brembo合作完成的。该车利用了驾驶员操作系统GUIDA，并进行了部门改良。当需要制动时，驾驶员只需双手挤压GUIDA的手柄。

　　一个数字化的号令通过导线传送给每个车轮上的SKF智能机电施行器单位，施行器将电信号转换成动作，对制动蹄片制动力，完成车辆制动。在SKF线节制动系统中，每个车轮的制动是的，而且都有备用系统。

　　（二）线控转向系统

　　线控转向系统简称SBW（Steering By Wire System），它由具有容错功能的收集相毗连的节制单位、施行器、传感器和冗余电控单位构成，如图3所示，打消了转向盘与转向轮之间的机械毗连，完全由电实现转向，脱节了保守转向系统的各类。不单能够设想汽车转向的力传送特征，并且能够设想汽车转向的角传送特征，给汽车转向特征的设想带来无限的空间。

　　驾驶员操作转向盘时，转向盘传感器检测驾驶员的转向数据（横摆角传感器、摄像机等），向转向辅助系统ECU供给检测数据，转向数据和检测数据通过收集总线及时传送给电子节制单位ECU，ECU按照驾驶员的转向数据和检测数据，节制转向施行器动作实现转向，并将车轮的转角、转矩和感等反馈给驾驶员。为确保转向系统平安靠得住，系统设置了冗余电控单位，在告急环境下，系统会忽略错误消息，使车辆平安平稳地运转。

　　1．线控转向系统长处

　　线控转向系统能满足环保、节能和平安的汽车工业成长标的目的，是整个汽车智能化和主动化的线控手艺的一个分支，具有优良的贸易化和财产化的市场前景。其长处次要有以下几点。

　　a.改善了平安性。打消了转向柱等机械毗连，避免了撞车变乱直达向柱对驾驶员的；电控单位按照汽车的行驶形态对驾驶员的操作做出响应的调整，当汽车运转在非一般工况时，可以或许主动对汽车进行不变节制。

　　b.提高了舒服性。因为打消了机械布局毗连，驾驶员的腿部勾当空间较着增大，并且地面的不安然平静转向轮的不均衡不会传送到转向轴上，从而减缓了驾驶员的委靡。

　　c.经济性好。打消了转向柱等机械毗连，减轻了转向机械布局的质量，降低了汽车零部件的制形成本，改善了整车燃油经济性。

　　d.不变性好。线控转向系统改善了保守汽车转向系统不克不及处理的汽车转向过程直达向力和转向响应时间的矛盾，使得转向系统和转向盘同步工作，节制愈加活络；具有变传动比特点的线控系统，降服了保守的固定转向角传动比所带来的转向特征跟着汽车行驶姿势的分歧而变化的错误谬误；通过优化节制不变性因数，能提高整车的不变性。

　　e.个性化的设置。能够按照驾驶员的要求设置转向传动比和转向盘反馈力矩，以满足分歧驾驶员的要乞降顺应分歧的驾驶，与转向相关的驾驶行为都能够通过软件来设置与实现。

　　2．线控转向系统使用

　　2005年12月6～9日，2005上海国际汽车零部件及汽车用品博览会在上海国际展览核心举行，同济大学自主研发的“春晖三号—嘉乐”微型电动轿车在展会中表态。“春晖三号—嘉乐”酷似甲壳虫，其最大亮点就是采用了线控转向手艺。属于线控转向四轮驱动的微型概念车。

　　863打算电动汽车专项首席科学家、同济大学校长万钢传授领衔研发了“线控转向四轮驱动微电动轿车手艺”汽车。汽车的4个车轮边上各有一个轮毂电机，通过线传电控手艺节制车轮的转向和车速，提高了整车的自动平安性和不变性。同时，该车采用了高能蓄电池和小型氢燃料电池的夹杂动力，凸显出环保、节能的。

　　（三）线控油门（throttle by-wire）

　　线控油门，也称为电控油门，即策动机的油门是通过电子节制的。保守的油门节制体例是驾驶员通过踩油门踏板，由油门拉杆间接节制策动机油门的开合程度，从而决定加快或减速，驾驶员的动作与油门动作之间是通过拉杆的机械感化毗连的。而线控油门用电子毗连取代机械毗连，驾驶员仍然通过踩油门踏板节制拉杆，拉杆不是间接毗连到油门，而是连着一个油门踏板传感器，传感器将拉杆的变化改变为电信号传送至汽车的电子节制单位，电子节制单位将采集到的相关传感器信号颠末处置后发送指令至油门施行器节制模块，油门施行器节制模块再发送信号给油门施行器，从而节制油门的开合程度。也就是说驾驶员的动作与油门的动作之间是通过电子元件的电信号毗连的。线控油门比保守油门节制体例切确，策动机可以或许按照汽车的各类行驶消息，切确调理进入气缸的燃油空气夹杂气，改良策动机的燃烧情况，从而大大提高了汽车的动力性和经济性。

　　丰田公司在Lexus旗舰车型LS430上采用了全电子的线控油门系统，如图4所示。系统有2个加快踏板传感器，都发送数据给策动机节制单位ECM，若是此中一个加快踏板传感器没有信号，汽车仍能行驶，同时策动机报警灯点亮；若是2个加快踏板传感器都没有信号，则策动机工作在怠速形态。线控油门系统按照驾驶员的动作，阐发驾驶员的企图，切确地节制油门，添加了驾驶不变性和动力经济性。

　　在新一代雅阁V6轿车的2.4L和3.0L策动机上就采用了线控油门的新手艺。通过传感器监测油门踏板，ECU对动力进行节制。其长处是改善了起步的平顺性、提高了燃油经济性，错误谬误是策动机响应稍有滞后。此外由线控手艺带来的另一个益处就是定速巡航功能，其节制键被集成在转向盘上，操作简单便利。

　　本田汽车公司Civic系列2005年演进至第八代。该车采用了1台1.8L四气缸策动机，此款最新开辟的1.8Li-VTEC（智能型电控可变气门正时和升程）直列4缸策动机可以或许迸发出103kW的最大功率，峰值转矩能够达到174Nm，几乎跨越了所有天然进气式同排量的国产车型。这台策动机使用了本田最新的i-VTEC手艺，配以采用线控手艺的节气门，可以或许很是无效地提高燃油经济性，降低无害物的排放。并且进气效率和压缩比都进一步提高，培养了强大的输出功率。

　　（四）第一辆可驾驶燃料电池线控汽车——通用HY

　　HY线控汽车一改保守机械连杆的传动体例，采用电子信号来油门、制动和转向机构。打消了保守的转向盘、油门、制动踏板，所有的操作都集中在一个手柄上，驾驶员能够用一只手完成所有的操作。当驾驶员要加快或减速时，能够向左或者向右鞭策手柄；制动按钮也安装在这个手柄上，要制动时按一下制动按钮；当转弯时，驾驶员只需向上或者向下鞭策手柄。

　　电子线控安装形成了一套操作矫捷便利的节制单位，这一套节制单位被称为“X-drive”。它代替了保守的转向盘等，使得驾驶员用一只手就能够完成所有的加快、减速（制动）、转弯等操作。

　　保守的汽车是通过一套机械安装，好比转向杆等，通过转向盘动弹而使车动。线控手艺是将驾驶员要转向的指令为电子脉冲信号，传感器捕获电子脉冲信号，这个电子脉冲信号驱动由电子节制的电机来使得车向架动弹。线控系统就是将驾驶员的指令成电信号，用这个电信号去驱动电机。因为软件决定了汽车行驶特征，好比加快、减速（制动）、转弯等，所有的工作只是转载、施行响应的软件法式。

　　三、汽车线控手艺的使用前景

　　在国内，除了同济大学研究完成的线控转向系统外，由理工大学完成的“一种电动车辆动力系统环节手艺产物及其使用”获得了2004年度国度手艺发现。此中的一项手艺就是操纵线控同步换档和传动手艺，打消了主离合器，简化了换档机构，研制了一种布局简单、机能婚配优秀的线控变速器。国内的一些高校也正在进行线控手艺的研究。

　　线控手艺研究的难点在于高机能节制器的研制，要求在整个系统中有切确高速的通信和谈收集，使节制核心和施行器之间能完全协调、婚配工作；并且需要高效的容错手艺，使得系统呈现毛病时可以或许保障必然的平安，即系统有好的靠得住性。

　　目火线控手艺在汽车中的使用还不成熟。但跟着汽车各系统的电子化、集成化的成长需要，线控手艺成长敏捷，作为一种汽车高新电子手艺，线控手艺必将获得普遍的使用。但电子化不成能完全代替机械化，机械系统的损坏凡是都是有过程的，而线节制系统的失效是霎时的。若是线节制系统失效那一刻汽车的速度行驶过高，形成的后果就可能很是严峻。电子节制要完全代替机械操作还需要时间。

　　消息来历于：中国汽车电子网