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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
2、景 线控技术（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
3、是线控过程。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
4、能部件，如：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
5、，由于电线走向布置的灵活性，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
6、和产品；或正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
7、和制动等，是全新的一种概念车。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
8、入，线控技术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
9、了传统的机械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
10、自动防故障系统、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
11、别汽车的运动状态，向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
12、等级做出相针对不同的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，
13、种数据，可以在瞬时转向条件下， 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
14、于提高汽车碰取消转向柱、转向器后，有利于提高汽车碰撞安全性和整车主动安全性。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
15、用线控转向系统后有利于整合底盘技术，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
16、发成本。低公司的底盘开发成本。今后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
17、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图；向意图；系统稳定可靠，具有高的容错性；系统稳定可靠，具有高的容错性；符合人们当前的驾驶习惯，准确地向驾驶员符合人们当前的驾驶习惯，准确地向驾驶员反馈车辆行驶状态信
18、息。反馈车辆行驶状态信息。1 1 线控转向系统理想传动比的确定线控转向系统理想传动比的确定为了使汽车的转向特性在各种行驶工况下保持为了使汽车的转向特性在各种行驶工况下保持一致，从而能使驾驶员轻松地驾驶汽车沿期望一致，从而能使驾驶员轻松地驾驶汽车沿期望的轨迹行驶，由这一思想引出了转向系统理想的轨迹行驶，由这一思想引出了转向系统理想传动比的概念，可以针对传统转向系统的不足传动比的概念，可以针对传统转向系统的不足并根据驾驶员的实际期望进行方向盘转角与车并根据驾驶员的实际期望进行方向盘转角与车辆路径行驶角之间的合理设计。现有传动比设辆路径行驶角之间的合理设计。现有传动比设计方案中大致集中在随车速变化、
19、随方向盘转计方案中大致集中在随车速变化、随方向盘转角变化以及随车速和方向盘转角同时变化这角变化以及随车速和方向盘转角同时变化这3 3种方案。种方案。2 线控转向系统的容错技术线控转向系统的容错技术线控转向系统除了能向车辆使用者提供线控转向系统除了能向车辆使用者提供良好的性能之外，还必须证明它的安全良好的性能之外，还必须证明它的安全可靠性。线控转向系统中方向盘与转向可靠性。线控转向系统中方向盘与转向轮之间的机械连接不再存在，完全依靠轮之间的机械连接不再存在，完全依靠电子和电气元件工作，需要采用容错措电子和电气元件工作，需要采用容错措施。容错技术的实现主要依靠冗余，即施。容错技术的实现主要依靠冗余
20、，即所设计的系统在功能上或者数量上有一所设计的系统在功能上或者数量上有一定的冗余，当某个零部件出现故障时，定的冗余，当某个零部件出现故障时，其冗余部分就承担起相应的功能。其冗余部分就承担起相应的功能。目前使用的主要容错措施除了系统的故目前使用的主要容错措施除了系统的故障分析、故障等级划分，以及针对不同障分析、故障等级划分，以及针对不同等级的故障处理等微观方面之外，关于等级的故障处理等微观方面之外，关于线控转向系统的容错设计硬件上主要有线控转向系统的容错设计硬件上主要有如下如下3 3种形式：种形式：采用液压转向系统作为应急转向系统；采用液压转向系统作为应急转向系统；采用双套互相监控的线控转向系统
21、；采用双套互相监控的线控转向系统；采用机械转向系统作为后备转向系统。采用机械转向系统作为后备转向系统。3 线控转向系统方向盘力感模拟线控转向系统方向盘力感模拟对于传统的转向系统来说，驾驶员在转对于传统的转向系统来说，驾驶员在转向时需要克服的力包括回正力矩和摩擦向时需要克服的力包括回正力矩和摩擦力矩，其中回正力矩对应了前轮侧向力力矩，其中回正力矩对应了前轮侧向力的信息，使汽车的运动状态的信息，使汽车的运动状态( (包括车轮与包括车轮与路面的附着状态路面的附着状态) )与驾驶员手上的力有一与驾驶员手上的力有一种对应关系，也就是所谓的种对应关系，也就是所谓的”路感路感”。因此驾驶员可通过方向盘反馈的
22、路感信因此驾驶员可通过方向盘反馈的路感信息来感知车辆的运动状态。息来感知车辆的运动状态。在线控转向系统方向盘的力感设计中可在线控转向系统方向盘的力感设计中可不计系统的干摩擦，常用建立不计系统的干摩擦，常用建立基于经验基于经验的汽车转向系统回正力矩算法模型，通的汽车转向系统回正力矩算法模型，通过驾驶员主观评价方法确定经验模型中过驾驶员主观评价方法确定经验模型中的参数的参数。这种方法简单实用，被大多数。这种方法简单实用，被大多数线控转向系统采用。如戴克公司和博线控转向系统采用。如戴克公司和博世联合开发的线控转向系统原型车。其世联合开发的线控转向系统原型车。其方向盘反力矩的生成是通过模拟的回正方向盘
23、反力矩的生成是通过模拟的回正力矩和测量转向轮的实际力矩计算得到。力矩和测量转向轮的实际力矩计算得到。路感和转向轻便性是路感和转向轻便性是一对矛盾一对矛盾，合理的，合理的路感特性模拟目前仍是一重要课题。路感特性模拟目前仍是一重要课题。Steer-by-wireSteer-by-wire的前景的前景围绕汽车开发的节能、环保和安全主题，围绕汽车开发的节能、环保和安全主题，未来汽车的主体将是零排放汽车。混合未来汽车的主体将是零排放汽车。混合动力电动汽车（动力电动汽车（HEVHEV）、燃料电池电动汽）、燃料电池电动汽车（车（FCEVFCEV）等新型电动汽车，它们的逐）等新型电动汽车，它们的逐步推广应用为
24、线控电动转向系统的应用步推广应用为线控电动转向系统的应用带来了非常广阔的前景。带来了非常广阔的前景。线控制动系统线控制动系统Brake-by-Wire Brake-by-Wire 传统轮式车辆制动系统的气体或液体传输管路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，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。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，可线控制动
25、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类控制件所能达到的ABSABS及及ASRASR等功能。等功能。线控制动系统目前分为两种类型，一种为电液线控制动系统目前分为两种类型，一种为电液制动系统制动系统EHBEHB（Electro-Hydraulic Brake)Electro-Hydraulic Brake)，另一种为电子机械制动系统另一种为电子机械
26、制动系统EMBEMB（ Electro- Electro-Mechanical BrakeMechanical Brake）。）。EHBEHB电液制动系统是将电子与液压系统相结合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。所形成多用途、多形式的制动系统。EHBEHB由电由电子系统提供柔性控制，液压系统提供动力。子系统提供柔性控制，液压系统提供动力。EMBEMB电子机械制动系统则将传统制动系统中的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，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。是制动控制系统的发展方向。线控制动系
27、统主要由线控制动系统主要由3 3部分组成：部分组成：接收单元。包括制动踏板、踏板行程传感器接收单元。包括制动踏板、踏板行程传感器等。等。制动控制器（制动控制器（ECUECU）。）。ECUECU接收制动踏板发出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，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，并兼顾其它系力，实现防抱死和驱动防滑，并兼顾其它系统的控制。统的控制。执行单元。包括电制动器或液压制动器等。执行单元。包括
28、电制动器或液压制动器等。对于对于EMBEMB系统系统每一个制动执行机构都有自己的动力控每一个制动执行机构都有自己的动力控制单元，而动力控制单元所需的控制信制单元，而动力控制单元所需的控制信号（如制动执行机构应该产生的力矩），号（如制动执行机构应该产生的力矩）， 由中心控制模块来提供。由中心控制模块来提供。控制单元同样也从执行机构获得反馈回控制单元同样也从执行机构获得反馈回来的信号，如电机转子转角、实际产生来的信号，如电机转子转角、实际产生力矩、制动垫块和制动盘的触点压力等。力矩、制动垫块和制动盘的触点压力等。中心模块通过不同的传感器（如制动力中心模块通过不同的传感器（如制动力传感器、踏板位移传
29、感器、轮速传感器传感器、踏板位移传感器、轮速传感器等）获取自己所需的变量参数，等）获取自己所需的变量参数， 识别驾识别驾驶员的意图，经过处理后发送给每一个驶员的意图，经过处理后发送给每一个车轮，以此来控制制动效果。车轮，以此来控制制动效果。驾驶员意图来自制动踏板单元，它包括驾驶员意图来自制动踏板单元，它包括制动踏板、踏板位移传感器、踏板力传制动踏板、踏板位移传感器、踏板力传感器和踏板力模拟机构。踏板位移传感感器和踏板力模拟机构。踏板位移传感器和力传感器并不是必须同时存在的。器和力传感器并不是必须同时存在的。图图4 4 EMBEMB电子机电子机械制动械制动系统简系统简图图可看出系统中分为前轴和后
30、轴两套制动可看出系统中分为前轴和后轴两套制动回路回路A A、B B，每一套回路都有自己的中心，每一套回路都有自己的中心控制模块和动力源。动力源为蓄电池控制模块和动力源。动力源为蓄电池1 1和和2 2。两个中心控制模块相对独立工作，同。两个中心控制模块相对独立工作，同时也通过双向的信号线互相通讯，在这时也通过双向的信号线互相通讯，在这种结构下，可以做到当其中某一套制动种结构下，可以做到当其中某一套制动线路失灵或出现故障时，另外一套线路线路失灵或出现故障时，另外一套线路可以照常工作，保证制动的安全性。可以照常工作，保证制动的安全性。EMBEMB系统中的执行机构是与制动盘直接相系统中的执行机构是与制
31、动盘直接相连的部分，是连的部分，是EMBEMB与液压制动系统差别最与液压制动系统差别最大的部分。一个典型的执行机构应该：大的部分。一个典型的执行机构应该：结构紧凑、体积小巧；结构紧凑、体积小巧；有提供驱动力的力矩电机；有提供驱动力的力矩电机；具有把圆周运动转化为直线运动的机构；具有把圆周运动转化为直线运动的机构；具有力的放大机构；具有力的放大机构；为保证更可靠的性能，最好在内部设有力或为保证更可靠的性能，最好在内部设有力或位移等传感器。位移等传感器。主要优点主要优点 相对传统的液压制动系统，相对传统的液压制动系统，EMBEMB具有以具有以下主要优点。下主要优点。1.1.机械连接少，没有制动管路
32、，结构简洁，机械连接少，没有制动管路，结构简洁，体积小。体积小。2.2.载荷传递平稳、柔和，制动性能稳定。载荷传递平稳、柔和，制动性能稳定。3.3.采用机械和电气连接，信号传递迅速，采用机械和电气连接，信号传递迅速，反应灵敏，反应灵敏，“路感路感”好。好。4.4.传动效率高，节省能源。传动效率高，节省能源。5.5.电子智能控制功能强大，可以通过修改电子智能控制功能强大，可以通过修改ECUECU中的软件，配置相关的参数来改进中的软件，配置相关的参数来改进制动性能，易于实现制动性能，易于实现ABSABS、TCSTCS、ESPESP、ACCACC等功能。等功能。6.6.模块式结构更加整体化，装配简单
33、，维模块式结构更加整体化，装配简单，维修方便。修方便。7.7.利于环保，没有液压制动管路和制动液，利于环保，没有液压制动管路和制动液，不存在液压油泄漏的问题，系统没有不不存在液压油泄漏的问题，系统没有不可回收的部件，对环境几乎没有污染。可回收的部件，对环境几乎没有污染。电子机械制动系统有着传统液压制动系电子机械制动系统有着传统液压制动系统无法比拟的诸多优势，在未来最终取统无法比拟的诸多优势，在未来最终取代液压制动系统已经成为汽车业界的一代液压制动系统已经成为汽车业界的一个共识。目前发展个共识。目前发展EMBEMB需要解决的难题主需要解决的难题主要有以下几个。要有以下几个。力矩电机的设计。在制动
34、时，当制动垫力矩电机的设计。在制动时，当制动垫块和制动盘接触后，块和制动盘接触后，EMBEMB中的力矩电机将中的力矩电机将工作在工作在“憋死憋死”这样的恶劣工作条件下。这样的恶劣工作条件下。 EMBEMB不仅要求电机性能优越、反应迅速、不仅要求电机性能优越、反应迅速、可以提供足够大的力矩，而且必须结构可以提供足够大的力矩，而且必须结构紧凑、体积小巧、能够安装在狭小的制紧凑、体积小巧、能够安装在狭小的制动空间内，还需要在冷、热、泥水、电动空间内，还需要在冷、热、泥水、电磁干扰等恶劣环境下能够可靠工作。磁干扰等恶劣环境下能够可靠工作。动执行机构的设计。执行机构中的机械动执行机构的设计。执行机构中的
35、机械零件较多，结构复杂，如何有效地传递零件较多，结构复杂，如何有效地传递转矩，增大转矩，并且保证体积小巧是转矩，增大转矩，并且保证体积小巧是一个难题。一个难题。成本的降低。有效降低成本的降低。有效降低EMBEMB中的力矩电机、中的力矩电机、42V42V电源、诸多传感器、电源、诸多传感器、MCUMCU、集成电路、集成电路等器件的成本，将会更快推动等器件的成本，将会更快推动EMBEMB的发展的发展和应用。和应用。线控悬架系统线控悬架系统suspension-by-wiresuspension-by-wire（主动悬架系统）（主动悬架系统）理想的悬架系统在不同的行驶条件下应有不同理想的悬架系统在不同
36、的行驶条件下应有不同的性能表现，例如，汽车直线行驶且车速稳定的性能表现，例如，汽车直线行驶且车速稳定时，汽车应具有良好的平顺性；在转向或制动时，汽车应具有良好的平顺性；在转向或制动时，汽车应具有高的操纵稳定性。平顺性要求时，汽车应具有高的操纵稳定性。平顺性要求悬架悬架“柔软柔软”，稳定性要求悬架，稳定性要求悬架“坚硬坚硬”，但，但在传统式悬架设计中，这两种性能相互排斥，在传统式悬架设计中，这两种性能相互排斥，只能寻找一个最佳的折中方案来选择设计参数。只能寻找一个最佳的折中方案来选择设计参数。悬架参数一旦确定，也就确定了悬架的性能，悬架参数一旦确定，也就确定了悬架的性能，因而汽车行驶的平顺性和操
37、纵稳定性不能随行因而汽车行驶的平顺性和操纵稳定性不能随行驶条件和运行状况的变化而变化。驶条件和运行状况的变化而变化。线控悬架系统主要由模式选择开关、传线控悬架系统主要由模式选择开关、传感器、悬架感器、悬架ECUECU、可调阻尼减振器、高度、可调阻尼减振器、高度控制阀、弹性元件等部件组成。控制阀、弹性元件等部件组成。线控悬架可以克服传统悬架的不足。线线控悬架可以克服传统悬架的不足。线控悬架除了传统悬架的功能以外，还可控悬架除了传统悬架的功能以外，还可以根据不同的路面条件、不同的载质量、以根据不同的路面条件、不同的载质量、不同的行车速度等行驶状况来调节减振不同的行车速度等行驶状况来调节减振器阻尼力
38、的大小，控制弹性元件的刚度、器阻尼力的大小，控制弹性元件的刚度、车身高度和姿势。车身高度和姿势。线控悬架的优点在于：线控悬架的优点在于：1.1.刚度可调，可改善汽车转弯时出现的侧倾以刚度可调，可改善汽车转弯时出现的侧倾以及制动和加速等引起车身点头和后坐等问题。及制动和加速等引起车身点头和后坐等问题。2.2.汽车载荷变化时，能自动维持车身高度不变。汽车载荷变化时，能自动维持车身高度不变。3.3.碰到障碍物时，能瞬时提高车轮，越过障碍，碰到障碍物时，能瞬时提高车轮，越过障碍， 使汽车的通过性得到提高。使汽车的通过性得到提高。4.4.可抑制制动时的点头，充分利用车轮与地面可抑制制动时的点头，充分利用
39、车轮与地面的附着条件，加速制动过程，缩短制动距离。的附着条件，加速制动过程，缩短制动距离。5.5.使车轮与地面保持良好的接触，提高车轮与使车轮与地面保持良好的接触，提高车轮与地面的附着力，增加汽车抵抗侧滑的能力。地面的附着力，增加汽车抵抗侧滑的能力。线控油门系统线控油门系统throttle-by-wirethrottle-by-wire线控油门系统由油门位置传感器、力反线控油门系统由油门位置传感器、力反馈电动机、油门馈电动机、油门ECUECU、油门作动器控制模、油门作动器控制模块、油门作动器、环境传感器组成。块、油门作动器、环境传感器组成。传统油门控制方式是驾驶员通过踩油门传统油门控制方式是驾
40、驶员通过踩油门踏板，由油门拉索直接控制发动机油门踏板，由油门拉索直接控制发动机油门的开合程度，从而决定加速或减速，驾的开合程度，从而决定加速或减速，驾驶员的动作与油门的开合是通过拉索的驶员的动作与油门的开合是通过拉索的机械运动联系的。机械运动联系的。线控油门将这种机械联系改为电子联系，线控油门将这种机械联系改为电子联系，驾驶员仍然通过踩油门踏板控制拉索，驾驶员仍然通过踩油门踏板控制拉索，但拉索并不是直接连接到油门，而是连但拉索并不是直接连接到油门，而是连着一个油门踏板位置传感器，传感器将着一个油门踏板位置传感器，传感器将拉索的位置变化转化为电信号传送至油拉索的位置变化转化为电信号传送至油门门E
41、CUECU，ECUECU将收集到的相关传感器信号将收集到的相关传感器信号经过处理后，发送命令至油门作动器控经过处理后，发送命令至油门作动器控制模块，油门作动器控制模块再发送信制模块，油门作动器控制模块再发送信号给油门作动器，从而控制油门的开合号给油门作动器，从而控制油门的开合程度。程度。线控油门的优点在于：线控油门的控制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信息，精确调节进入气缸的空气燃油混合比，合比， 改善发动机的燃烧状况，从而大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。大提高了
42、汽车的动力性和经济性。线控离合系统线控离合系统clutch-by-wireclutch-by-wire线控离合系统由离合器电子踏板、离合线控离合系统由离合器电子踏板、离合器执行部分、离合器器执行部分、离合器ECUECU这这3 3部分组成。部分组成。电子踏板上的传感器测量离合器踏板的电子踏板上的传感器测量离合器踏板的具体位置，具体位置， 并将数据输入并将数据输入ECUECU，ECUECU控制控制离合器执行部分，使之达到最佳安全性离合器执行部分，使之达到最佳安全性和可靠性。和可靠性。线控离合的优点在于：线控离合的优点在于：1.1.提高操纵性能。使离合器能够更加平稳提高操纵性能。使离合器能够更加平稳
43、地接合；减少驾驶员的不当操作，如释地接合；减少驾驶员的不当操作，如释放离合器过快等。放离合器过快等。2.2.可以提供全自动或半自动的离合模式。可以提供全自动或半自动的离合模式。3.3.检测离合器磨损情况，并不断调整接合检测离合器磨损情况，并不断调整接合方式。方式。4.4.操作舒适，减轻腿部疲劳，更加符合人操作舒适，减轻腿部疲劳，更加符合人机工程学。机工程学。汽车线控技术要求的关键技术汽车线控技术要求的关键技术容错控制技术容错控制技术为了提高汽车的可靠性和安全性，汽车为了提高汽车的可靠性和安全性，汽车线控系统必须采取容错控制，即当有些线控系统必须采取容错控制，即当有些部件出现故障或失效的时候，它
44、们在系部件出现故障或失效的时候，它们在系统中的功能可以用系统中的其它部件完统中的功能可以用系统中的其它部件完全或部分代替，使系统能继续保持规定全或部分代替，使系统能继续保持规定的性能或不丧失最基本的功能，或进一的性能或不丧失最基本的功能，或进一步实现故障系统的性能最优。步实现故障系统的性能最优。汽车网络协议汽车网络协议线控技术的全面应用将意味着汽车由机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，以保证在出控部分要求功能实现冗余，以保证在出现一定的
45、故障时仍可实现这个装置的基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。生时间是确定的）和可靠性高。线控系统网络协议主要有两个选择线控系统网络协议主要有两个选择: :一个是一个是TTP/C (Time Triggered TTP/C (Time Triggered Protocol,SAE Class C)Protocol,SAE Class C)，即满足，即满足SAE CSAE C级网络的时间触发协议），级网络的时间触发协议）， 目前有目前有
46、VOLKSWAGEN VOLKSWAGEN 、AUDIAUDI、HONEYWELLHONEYWELL和和DELPHIDELPHI等选用这个协议作为线控网络的等选用这个协议作为线控网络的协议标准。协议标准。TTPTTP协议原先应用于航空产品，安全性设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的每一个节点都和其他节点由2 2个重复的个重复的通道连接。这些节点可以被复制，并分通道连接。这些节点可以被复制，并分组成为容错单元（组成为容错单元（FTUFT
47、U）来弥补通讯错误。）来弥补通讯错误。由于重复信息同时在由于重复信息同时在2 2个不同的通道上发个不同的通道上发送，所以传输信息的时间和量值都被复送，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制。该协议的节点成本比其他协议的成本更高。本更高。另一个是另一个是FlexRayFlexRay（动态部分（动态部分byteflightbyteflight协议），协议）， 这是一种既支持时间触发，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。又支持事件触发访问方式的协议。FlexRayFlexRay得到众多实力厂商例如宝马、大得到众多实力厂商例如宝马、大众、通用的支持，最近
48、包括丰田、日产、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本田等一些亚洲汽车厂商也加入了FlexRayFlexRay标准组织，使之有可能成为事实标准组织，使之有可能成为事实标准。标准。FlexRayFlexRay协议主要是满足两方面的要求：协议主要是满足两方面的要求：1.1.可靠性。可靠性。 FlexRayFlexRay采用冗余备份的办法，采用冗余备份的办法，分别由分别由2 2条总线和条总线和2 2个网络控制器构成一个网络控制器构成一个完整网络，每个个完整网络，每个ECUECU分别和分别和2 2条总线相条总线相连，正常情况下可以利用双通道进行数连，正常情况下可以利用双通
49、道进行数据传递，当其中一个网络发生故障时也据传递，当其中一个网络发生故障时也可以由另一个备份网络承担通讯任务。可以由另一个备份网络承担通讯任务。2.2.速度。发动机、制动和方向等控制有很速度。发动机、制动和方向等控制有很强的实时特性，必须有很高的数据传输强的实时特性，必须有很高的数据传输速率才能满足。速率才能满足。汽车电源技术汽车电源技术随着线控技术在汽车中的应用，汽车上的电子随着线控技术在汽车中的应用，汽车上的电子元件也变得越来越多，对电量的需求也越来越元件也变得越来越多，对电量的需求也越来越大，传统的大，传统的14V14V电源已经不能满足将来的需要，电源已经不能满足将来的需要，甚至阻碍了线
50、控技术的发展。这就需要对汽车甚至阻碍了线控技术的发展。这就需要对汽车现有的电源技术进行革新。现有的电源技术进行革新。众所周知，电压值的提高可使系统电流减小。众所周知，电压值的提高可使系统电流减小。而小的电流可使导线上的损耗减少，从而可使而小的电流可使导线上的损耗减少，从而可使用更细更小的线束。提高电压值，也可以减少用更细更小的线束。提高电压值，也可以减少电器装置本身的体积、质量和损耗，也有利于电器装置本身的体积、质量和损耗，也有利于控制装置的小型化，提高集成度。控制装置的小型化，提高集成度。目前提出新系统标准为目前提出新系统标准为42V42V。实验证明，电压。实验证明，电压越高，电流越小，在传
51、输过程中损失的能量越越高，电流越小，在传输过程中损失的能量越小，电源系统越有效。但为什么止于小，电源系统越有效。但为什么止于42V42V呢？呢？因为对于直流电，因为对于直流电，60V60V是一个安全极限，超过是一个安全极限，超过60V60V将要考虑到系统的安全性，需要使用更加将要考虑到系统的安全性，需要使用更加先进的材料，这无疑增加了汽车的生产成本。先进的材料，这无疑增加了汽车的生产成本。而对于而对于42V42V来说，工作峰值电压来说，工作峰值电压58V58V在安全极限在安全极限之内，既满足了增加电压的要求，也不会增加之内，既满足了增加电压的要求，也不会增加太多的生产成本。太多的生产成本。线控技术对汽车电源技术提出了新的要求，汽线控技术对汽车电源技术提出了新的要求，汽车车42V42V电源技术的发展为线控技术提供了可靠电源技术的发展为线控技术提供了可靠的能量保证。的能量保证。总结结束语总结结束语汽车线控技术作为汽车发展的一个重要汽车线控技术作为汽车发展的一个重要方向，将对全球汽车制造业产生重大影方向，将对全球汽车制造业产生重大影响。汽车线控技术给汽车设计提供了新响。汽车线控技术给汽车设计提供了新的思路，对汽车电子技术、控制技术、的思路，对汽车电子技术、控制技术、网络技术等方面提出了新的课题，给汽网络技术等方面提出了新的课题，给汽车整体结构带来了新的变革。车整体结构带来了新的变革。
