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1、汽车线控汽车线控(X(XBYBYWIRE)WIRE)技术技术陈南陈南 教授（博士生导师）教授（博士生导师）南京东南大学机械系南京东南大学机械系TelTel：025 0258379414483794144Email:Email:主要内容主要内容1.1.应用背景应用背景 2.典型线控系统典型线控系统线控转向系统线控转向系统线控制动系统线控制动系统线控悬架系统线控悬架系统throttle-by-wirethrottle-by-wire、clutch-by-wireclutch-by-wire3.线控系统的关键技术线控系统的关键技术4.总结总结1 1 汽车线控技术的应用背景汽车线控技术的应用背景 线控
2、技术（线控技术（X-by-WireX-by-Wire）源于飞机控制系统，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飞机的新型飞行控制系统是一种线控系统（Fly-by-WireFly-by-Wire），它将飞机驾驶员的操纵命），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。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。电信号网络传输到攻率放大再推动执行机构。图图1 1是线控过程
3、。是线控过程。图图1 1 线控系统的组成框图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。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。这里的线控技术就可理解为电控方式。这里的“X”“X”代表着汽车中传统上由机械或液压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、控制的各个功能部件，如
4、：制动、转向、悬架、油门、离合器、门锁等。悬架、油门、离合器、门锁等。典型的有线控转向（典型的有线控转向（Steer-by-Wire Steer-by-Wire）、）、线控制动（线控制动（Brake-by-WireBrake-by-Wire）等。）等。采用线控技术，可以降低部件的复杂性，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，由于电性和安全性。还有重要的一点，由于电线走
5、向布置的灵活性，因此汽车操纵部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，扩大了汽车设件的布置也具有灵活性，扩大了汽车设计的自由空间。计的自由空间。目前所有大型汽车制造商都在开发线控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。系统雏形及其产品。美国美国TRWTRW公司开发的线控驾驶系统使得燃公司开发的线控驾驶系统使得燃油经济性上升油经济性上升5 5；DELPHIDELPHI汽车在电子转汽车在电子转向系统中也作了类似改进；向系统中也作了类似改进；BOSCHBOSCH、VALEOVALEO公司和其他一些设备制造商已开发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；或正
6、在开发线控技术和产品；HONDAHONDA在新一代雅阁在新一代雅阁V6V6轿车上采用线控油轿车上采用线控油门技术。门技术。德国大众也有线控的概念车。德国大众也有线控的概念车。美国通用公司在美国通用公司在20032003年研制的年研制的HY-WIREHY-WIRE概念车概念车和和20052005年研制的年研制的SequelSequel概念车上都采用了线控概念车上都采用了线控转向和线控制动技术。转向和线控制动技术。下为通用的下为通用的HY-WIREHY-WIRE概念车，它采用氢动力和概念车，它采用氢动力和线传控制，通过电机驱动实现汽车的启动、转线传控制，通过电机驱动实现汽车的启动、转向和制动等，是
7、全新的一种概念车。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。下为它的车内乘坐舱的照片。图图1 1 通用公司的通用公司的HY-WIREHY-WIRE概念车概念车线控技术得以逐渐在汽车上普遍应用的线控技术得以逐渐在汽车上普遍应用的技术背景是技术背景是微电子器件的成本降低、可靠性提高，如单微电子器件的成本降低、可靠性提高，如单片机，片机，DSP等；等；电力电子装置的功能增强、成本降低，可靠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，传感性提高，如执行步进电机，伺服电机，传感器等等。器等等。随着汽车电子化的不断深入，线控技术随着汽车电子化的不断深入，线控技术
8、将在汽车上得到普遍应用，笨重、精确将在汽车上得到普遍应用，笨重、精确度低的机械系统将被精确、敏感的电子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、执行机构也将会操纵机构、操纵方式、执行机构也将会发生根本性的变革。发生根本性的变革。目前几乎所以汽车上要操纵控制动作的目前几乎所以汽车上要操纵控制动作的地方都可以用电（线）控，下介绍汽车地方都可以用电（线）控，下介绍汽车线控技术的几个具体应用。线控技术的几个具体应用。线控转向系统线控转向系统Steer-by-Wire Steer-by-Wire 线控转向系统取消了传统的机械
9、式转向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。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、转向反馈电动机、转向执行机构、转向ECUECU、轮胎角度传感器、环境传感器组成，结轮胎角度传感器、环境传感器组成，结构如图构如图3 3所示。所示。图图3 3 线控转向系统原理图线控转向系统原理图图图4 4 线控转向系统在汽车中的布置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（线控转向系统由方向盘总成、控制器（ECUECU）和）和转向执行总成转向执行总成3 3部分以及自动防故障系
10、统、电源部分以及自动防故障系统、电源等辅助系统组成。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员的转向意图(通过测量方向盘转角通过测量方向盘转角)转换成数转换成数字信号，传递给控制器；同时接收控制器送来字信号，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。驾驶员相应的路感信息。控制器对采集的信号进行分析处理，判控制器对采集的信号进行分析处理，判别汽车的运动状态，向
11、方向盘回正力矩别汽车的运动状态，向方向盘回正力矩电机和转向执行电机发送指令。保证各电机和转向执行电机发送指令。保证各种工况下都具有理想的车辆响应。种工况下都具有理想的车辆响应。转向执行总成包括前轮转角传感器、转转向执行总成包括前轮转角传感器、转向执行电机等。它接受控制器的命令，向执行电机等。它接受控制器的命令，由转向执行电机控制转向车轮转角，实由转向执行电机控制转向车轮转角，实现驾驶员的转向意图。现驾驶员的转向意图。自动防故障系统是线控转向系的重要模自动防故障系统是线控转向系的重要模块，它包括一系列的监控和实施算法，块，它包括一系列的监控和实施算法，针对不同的故障形式和故障等级做出相针对不同的
12、故障形式和故障等级做出相应的处理，以求最大限度地保持汽车的应的处理，以求最大限度地保持汽车的正常行驶。它采用严密的故障检测和处正常行驶。它采用严密的故障检测和处理逻辑，以保证汽车的安全性能。理逻辑，以保证汽车的安全性能。汽车线控转向的优势在于：汽车线控转向的优势在于：1.1.提高了整车设计自由度，提高了整车设计自由度，便于操控系统布置。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。驶换为右舵驾驶。2.2.转动效率高，响应时间短。控制单元接收各转动效率高，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，种数据，可以在瞬时转向
13、条件下，立刻提供立刻提供转向动力，转动车轮。转向动力，转动车轮。3.3.改善驾驶特性，改善驾驶特性，增强操纵性。基于车速、牵增强操纵性。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）不断变率（转向盘转角和车轮转角的比值）不断变化。化。低速行驶时，转向比率低，可以减少转弯低速行驶时，转向比率低，可以减少转弯或停车时转向盘转动的角度；或停车时转向盘转动的角度；高速行驶时，转向比率变大，能够获得更高速行驶时，转向比率变大，能够获得更好的直线行驶条件。好的直线行驶条件。4.4.取消转向柱、转向器后，有利于提高汽车碰取消转向柱、转
14、向器后，有利于提高汽车碰撞安全性和整车主动安全性。撞安全性和整车主动安全性。5.5.有利于整合底盘技术有利于整合底盘技术目前越来越多的主动安全控制系统投入车辆的目前越来越多的主动安全控制系统投入车辆的应用。如应用。如DYCDYC、ESPESP等是通过对车轮纵向力进行等是通过对车轮纵向力进行控制，以补偿由车辆横向加速度或横摆角速度控制，以补偿由车辆横向加速度或横摆角速度变化引起的行驶方向失控和车身姿态不稳，增变化引起的行驶方向失控和车身姿态不稳，增加车辆道路保持性能并改善操纵稳定性能，采加车辆道路保持性能并改善操纵稳定性能，采用线控转向系统后有利于整合底盘技术，综合用线控转向系统后有利于整合底盘
15、技术，综合利用主动悬架、利用主动悬架、ASRASR、DYCDYC或或ESPESP等系统的传感等系统的传感器，实现数据共享。同时对于控制软件方面，器，实现数据共享。同时对于控制软件方面，可以综合考虑车辆弯道行驶和车身横向稳定性可以综合考虑车辆弯道行驶和车身横向稳定性控制，进一步提高车辆操纵稳定性和安全性。控制，进一步提高车辆操纵稳定性和安全性。6.6.降低底盘综合开发成本降低底盘综合开发成本采用线控转向系统后，在底盘开发过程中就不采用线控转向系统后，在底盘开发过程中就不必考虑左侧驾驶和右侧驾驶车辆的区别，可降必考虑左侧驾驶和右侧驾驶车辆的区别，可降低公司的底盘开发成本。低公司的底盘开发成本。今后
16、线控转向系统的最终发展趋势是使用操纵今后线控转向系统的最终发展趋势是使用操纵杆的杆的xbywirexbywire系统，它取消了转向柱、皮带系统，它取消了转向柱、皮带轮和皮带等部件，给发动机舱节省了空间，方轮和皮带等部件，给发动机舱节省了空间，方便了底盘总布置的设计。线控转向系统通过修便了底盘总布置的设计。线控转向系统通过修改部分参数就可以应用于其它车型，为新车型改部分参数就可以应用于其它车型，为新车型的设计开发节省了大量的时间，有利于厂家在的设计开发节省了大量的时间，有利于厂家在竞争日益激烈的汽车业中尽快发布新车型，抢竞争日益激烈的汽车业中尽快发布新车型，抢得市场先机。得市场先机。关键技术关键技术线控转向系统最为显著的特点是驾驶员线控转向系统最为显著的特点是驾驶员的转向操作和车轮转向实施之间通过的转向操作和车轮转向实施之间通过ECUECU进行协调处理，从而实现线控转向系统进行协调处理，从而实现线控转向系统的一系列优点。因此线控转向系统设汁的一系列优点。因此线控转向系统设汁中的关键技术包括：中的关键技术包括：合理的转向控制策略，能正确执行驾驶员转合理的转向控制策略，能正确执行驾驶员转向意
