線控技術(shù)認(rèn)知

線控技術(shù)（X by Wire），是將駕駛員的操作動(dòng)作經(jīng)過傳感器轉(zhuǎn)變成電信號(hào)來實(shí)現(xiàn)傳遞控制，替代傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)或者液壓系統(tǒng)，并由電信號(hào)直接控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)控制目的，基本原理如圖1所示。

該技術(shù)源于美國(guó)國(guó)家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）1972年推出的線控飛行技術(shù)（Fly by Wire）的飛機(jī)。

其中，“X”就像數(shù)學(xué)方程中的未知數(shù)，代表汽車中傳統(tǒng)上由機(jī)械或液壓控制的各個(gè)部件及相關(guān)的操作。

圖1 線控技術(shù)的基本原理圖

由于線控系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)的氣動(dòng)、液壓及機(jī)械連接，取而代之的是傳感器、控制單元及電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所以具有安全、響應(yīng)快、維護(hù)費(fèi)用低、安裝測(cè)試簡(jiǎn)單快捷的優(yōu)點(diǎn)。

智能網(wǎng)聯(lián)線控技術(shù)主要包括線控轉(zhuǎn)向技術(shù)、線控制動(dòng)技術(shù)、線控驅(qū)動(dòng)技術(shù)、線控?fù)Q擋技術(shù)和線控懸架技術(shù)等。

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)認(rèn)知

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡(jiǎn)介

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Steering By Wire，SBW），是智能網(wǎng)聯(lián)汽車實(shí)現(xiàn)路徑跟蹤與避障避險(xiǎn)必要的關(guān)鍵技術(shù)，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車實(shí)現(xiàn)自主轉(zhuǎn)向提供了良好的硬件基礎(chǔ)，其性能直接影響主動(dòng)安全與駕乘體驗(yàn)。

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)的機(jī)械式轉(zhuǎn)向裝置，轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪之間無機(jī)械連接，可以減輕車體重量，消除路面沖擊，具有減小噪聲和隔震等優(yōu)點(diǎn)。

針對(duì)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究，國(guó)外起步相對(duì)較早。

著名汽車公司和汽車零部件廠家，如美國(guó)Delphi公司、天合TRW公司、日本三菱公司、德國(guó)博士公司、ZF公司、寶馬公司等都相繼在研制各自的SBW系統(tǒng)。

TRW公司最早提出用控制信號(hào)代替轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪之間的機(jī)械連接。

但受制于電子控制技術(shù)，直到20世紀(jì)90年代，線控轉(zhuǎn)向技術(shù)才有較大進(jìn)展。

英菲尼迪的“Q50”成為第1款應(yīng)用線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的量產(chǎn)車型。

2017年，耐世特（Nexteer）公司開發(fā)了由“靜默轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)”和“隨需轉(zhuǎn)向系統(tǒng)”組成的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該系統(tǒng)可隨需轉(zhuǎn)向，在自動(dòng)駕駛時(shí)轉(zhuǎn)向盤可以保持靜止，并可收縮至組合儀表上，從而提供更大的車內(nèi)空間。

國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)線控汽車的研究起步相對(duì)較晚，與國(guó)外差距較大，各高校對(duì)線控系統(tǒng)的研究主要以理論為主。

2004年，同濟(jì)大學(xué)在上海國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)上展示了配備線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)微型電動(dòng)車“春暉三號(hào)”，如圖2所示。

圖2 線控轉(zhuǎn)向電動(dòng)車春暉三號(hào)

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，主要由方向盤模塊、轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊和ECU三個(gè)主要部分以及自動(dòng)防故障系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等輔助模塊組成，如圖3所示。

圖3 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖

轉(zhuǎn)向盤模塊包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、扭矩電機(jī)。

其主要功能是將駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖，通過測(cè)量轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并傳遞給主控制器；同時(shí)接受ECU送來的力矩信號(hào)產(chǎn)生轉(zhuǎn)向盤回正力矩，向駕駛員提供相應(yīng)的路感信號(hào)。

轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊包括轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)、轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器和前輪轉(zhuǎn)向組件等，其主要功能是接受ECU的命令，控制轉(zhuǎn)向電機(jī)實(shí)現(xiàn)要求的前輪轉(zhuǎn)角，完成駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖。

ECU對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行分析處理，判別汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，向扭矩電機(jī)和轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)發(fā)送命令，控制兩個(gè)電機(jī)的工作，其中轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)完成車輛航向角的控制，扭矩電機(jī)模擬產(chǎn)生方向盤回正力矩以保障駕駛員駕駛感受。

電源系統(tǒng)，承擔(dān)控制器、執(zhí)行電機(jī)以及其他車用電機(jī)的供電任務(wù)，用以保證電網(wǎng)在大負(fù)荷下穩(wěn)定工作。

自動(dòng)防故障系統(tǒng)，是保證在線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障時(shí)，提供冗余式安全保障。

它包括一系列監(jiān)控和實(shí)施算法，針對(duì)不同的故障形式和等級(jí)作出相應(yīng)處理，以求最大限度地保持汽車的正常行駛。

當(dāng)檢測(cè)到ECU、轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)等關(guān)鍵零部件產(chǎn)生故障時(shí)，故障處理ECU自動(dòng)工作，首先發(fā)出指令使ECU和轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)完全失效，其次緊急啟動(dòng)故障執(zhí)行電機(jī)以保障車輛航向的安全控制。

英菲尼迪Q50線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

通過傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向管柱將轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接在一起，基本形態(tài)與普通燃油車無異，但在轉(zhuǎn)向管柱與轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間由電控多片離合器相連。

如下圖4所示。

圖4 英菲尼迪Q50線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

正常行駛過程中，多片離合器為斷開狀態(tài)，雖然轉(zhuǎn)向管柱仍然存在，但并不對(duì)前輪直接起作用。

只有當(dāng)線控轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)發(fā)生故障的緊急情況下，多片離合器自動(dòng)接通，方向盤、轉(zhuǎn)向柱與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)（齒輪齒條機(jī)構(gòu)）的剛性連接實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向操作，保證駕駛安全。

博世公司線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

博世系統(tǒng)與英菲尼迪Q50的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有很大的區(qū)別，博世公司開發(fā)的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，完全取消了轉(zhuǎn)向柱，由上轉(zhuǎn)向執(zhí)行器SWA構(gòu)成的上轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和全冗余式下轉(zhuǎn)向執(zhí)行器SRA構(gòu)成的下轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成，而且上轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和下轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之間沒有剛性連接。如下圖5所示。

圖5 博世公司線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理

圖6 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理圖

如圖6所示，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理是：當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器和轉(zhuǎn)向角傳感器將測(cè)量到的駕駛員轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸入到電子控制單元ECU，ECU依據(jù)車速傳感器和安裝在轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上的角位移傳感器的信號(hào)來控制轉(zhuǎn)矩反饋電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，并根據(jù)轉(zhuǎn)向力模擬生成反饋轉(zhuǎn)矩，同時(shí)控制轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向、轉(zhuǎn)矩大小和旋轉(zhuǎn)角度，通過機(jī)械轉(zhuǎn)向裝置控制轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向位置，使汽車沿著駕駛員期望的軌跡行駛。

學(xué)習(xí)小結(jié)

1. 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)取消了部分傳統(tǒng)的機(jī)械式轉(zhuǎn)向裝置，轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪之間無機(jī)械連接，可以減輕車體重量，消除路面沖擊，具有降低噪聲和隔震等優(yōu)點(diǎn)。

2. 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，主要由轉(zhuǎn)向盤模塊、轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊和ECU三個(gè)主要部分以及自動(dòng)防故障系統(tǒng)、電源等輔助模塊組成。

線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)認(rèn)知

線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（Drive By Wire，DBW），是智能網(wǎng)聯(lián)汽車實(shí)現(xiàn)的必要關(guān)鍵技術(shù)，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車實(shí)現(xiàn)自主行駛提供了良好的硬件基礎(chǔ)，也稱為線控節(jié)氣門或者電控節(jié)氣門（Throttle by Wire）。

發(fā)動(dòng)機(jī)通過線束代替拉索或者拉桿，在節(jié)氣門側(cè)安裝驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)節(jié)氣門改變開度，根據(jù)汽車的各種行駛信息，精確調(diào)節(jié)進(jìn)入氣缸的油氣混合物，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒狀況，大大提高汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。

而且，線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以使汽車更為便捷的實(shí)現(xiàn)定速巡航、自適應(yīng)巡航等功能。

線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

線控油門系統(tǒng)主要由加速踏板、加速踏板位置傳感器、ECU、數(shù)據(jù)總線、伺服電動(dòng)機(jī)和加速踏板執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。

該系統(tǒng)取消了加速踏板和節(jié)氣門之間的機(jī)械結(jié)構(gòu)，通過加速踏板位置傳感器檢測(cè)加速踏板的絕對(duì)位移。

ECU計(jì)算得到最佳的節(jié)氣門開度后，輸出指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制節(jié)氣門保持最佳開度。如下圖7所示。

圖7 線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分類

目前，與智能網(wǎng)聯(lián)汽車的兩種主要類型相匹配，線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分為傳統(tǒng)汽車線控驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)汽車線控驅(qū)動(dòng)兩種類型。

傳統(tǒng)汽車線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

對(duì)于傳統(tǒng)汽車而言，加速踏板的自動(dòng)控制是實(shí)現(xiàn)線控驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵，如圖8所示。主要有以下兩種方式。

圖8 傳統(tǒng)汽車線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制原理圖

方式一

在加速踏板的位置增加一套執(zhí)行機(jī)構(gòu)，去模擬駕駛員踩加速踏板。同時(shí)還要增加一同閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)，輸入是目標(biāo)車速信號(hào)，實(shí)際車速作為反饋。通過控制系統(tǒng)計(jì)算，去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)具體動(dòng)作（圖9）

方式二

接管節(jié)氣門控制單元加速踏板的位置信號(hào)，只需要增加一套控制系統(tǒng)，輸入目標(biāo)車速信號(hào)，把實(shí)際的車速作為反饋，最后控制系統(tǒng)計(jì)算輸出加速踏板位置信號(hào)給節(jié)氣門控制單元。

圖9 傳統(tǒng)汽車線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制方式圖

電動(dòng)汽車線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

如下圖10所示，由于電動(dòng)汽車整車控制單元（VCU）的主要功能是通過接收車速信號(hào)、加速度信號(hào)以及加速踏板位移信號(hào)，實(shí)現(xiàn)扭矩需求的計(jì)算，然后發(fā)送轉(zhuǎn)矩指令給電機(jī)控制單元，進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制，所以通過整車控制單元VCU的速度控制接囗來實(shí)現(xiàn)線控驅(qū)動(dòng)控制。

圖10 電動(dòng)汽車線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制原理圖

學(xué)習(xí)小結(jié)

1. 線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是智能網(wǎng)聯(lián)汽車實(shí)現(xiàn)的必要關(guān)鍵技術(shù)，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車實(shí)現(xiàn)自主行駛提供了良好的硬件基礎(chǔ)，也稱為線控節(jié)氣門或者電控節(jié)氣門。

2. 線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由加速踏板、加速踏板位置傳感器、ECU、數(shù)據(jù)總線、伺服電動(dòng)機(jī)和加速踏板執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。

3. 根據(jù)汽車類型的不同，線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分為傳統(tǒng)汽車線控驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)汽車線控驅(qū)動(dòng)兩種類型。

線控制動(dòng)系統(tǒng)認(rèn)知

線控制動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

線控制動(dòng)系統(tǒng)（Brake by Wire，BBW），是智能網(wǎng)聯(lián)汽車“控制執(zhí)行層”的必要關(guān)鍵技術(shù)，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車實(shí)現(xiàn)自主停車提供了良好的硬件基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)高級(jí)自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵部件之一。

它是將原有的制動(dòng)踏板機(jī)械信號(hào)通過改裝轉(zhuǎn)變?yōu)殡娍匦盘?hào)，通過加速踏板位置傳感器接收駕駛?cè)说闹苿?dòng)意圖，產(chǎn)生制動(dòng)電控信號(hào)并傳遞給控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并根據(jù)一定的算法模擬踩踏感覺反饋給駕駛?cè)恕?/p>

傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)與線控制動(dòng)系統(tǒng)的區(qū)別如圖11所示， 線控制動(dòng)技術(shù)在F1賽車上的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，但因其成本及技術(shù)問題，并未在乘用車上普及。

圖11 傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)與線控制動(dòng)系統(tǒng)的區(qū)別

早期的寶馬M3，曾經(jīng)采用過線控制動(dòng)系統(tǒng)這種制動(dòng)方式。

由于線控制動(dòng)通過ECU實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制，ECU的可靠性、抗干擾性、容錯(cuò)性以及多控制系統(tǒng)之間通信的實(shí)時(shí)性，都有可能對(duì)制動(dòng)控制產(chǎn)生影響，制約了線控制動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用與推廣。

線控制動(dòng)系統(tǒng)分類、組成及原理

圖12 線控制動(dòng)控制技術(shù)分類

電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)EHB

電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)EHB，是Electronic Hydraulic Brake的簡(jiǎn)稱，是從傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展來的。

但與傳統(tǒng)制動(dòng)方式的不同點(diǎn)在于，EHB以電子元件替代了原有的部分機(jī)械元件，將電子系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)相結(jié)合，是一個(gè)先進(jìn)的機(jī)電液一體化系統(tǒng)，其控制單元及執(zhí)行機(jī)構(gòu)布置集中。

因?yàn)槭褂弥苿?dòng)液作為制動(dòng)力傳遞的媒介，也稱為集中式、濕式制動(dòng)系統(tǒng)。

EHB主要由電子踏板、電子控制單元（ECU）、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分組成。

電子踏板是由制動(dòng)踏板和踏板傳感器（踏板位移傳感器）組成。

加速踏板位置傳感器用于檢測(cè)踏板行程，然后將位移信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)傳給ECU，實(shí)現(xiàn)踏板行程和制動(dòng)力按比例進(jìn)行調(diào)控。如圖13所示。

圖13 電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)（EHB）結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)正常工作時(shí)，制動(dòng)踏板與制動(dòng)器之間的液壓連接斷開，備用閥處于關(guān)閉狀態(tài)。ECU通過傳感器信號(hào)判斷駕駛?cè)说闹苿?dòng)意圖，并通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵進(jìn)行制動(dòng)。當(dāng)電子系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，備用閥打開，EHB變成傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)。制動(dòng)踏板輸入信號(hào)后驅(qū)動(dòng)制動(dòng)主缸中的制動(dòng)液通過備用閥流入連接各個(gè)車輪制動(dòng)器的制動(dòng)輪缸，進(jìn)入常規(guī)的液壓系統(tǒng)制動(dòng)模式，保證車輛制動(dòng)的必要安全保障。

EHB能通過軟件集成如ABS（防抱死制動(dòng)系統(tǒng)）、ESP（車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)）、TCS（牽引力控制系統(tǒng)）等功能模塊，可以進(jìn)一步提高行車的安全性及舒適性。當(dāng)制動(dòng)器涉水后，EHB系統(tǒng)可以通過適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)動(dòng)作，恢復(fù)制動(dòng)器的干燥，保持制動(dòng)器的工作性能。

與傳統(tǒng)的液壓或氣壓制動(dòng)系統(tǒng)相比，EHB 系統(tǒng)增加了制動(dòng)系統(tǒng)的安全性，使車輛在線控制動(dòng)系統(tǒng)失效時(shí)還可以進(jìn)行制動(dòng)。但是備用系統(tǒng)中仍然包含復(fù)雜的制動(dòng)液傳輸管路，使得EHB并不完全具備線控制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。

電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)EMB

電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)EMB（Electronic Mechanical Brake），基于一種全新的設(shè)計(jì)理念，完全摒棄了傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)液及液壓管路等部件，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生制動(dòng)力，每個(gè)車輪上安裝一個(gè)可以獨(dú)立工作的電子機(jī)械制動(dòng)器，也稱為分布式、干式制動(dòng)系統(tǒng)。EMB系統(tǒng)，主要由電子機(jī)械制動(dòng)器、ECU和傳感器等組成，如圖14所示。

EMB結(jié)構(gòu)極為簡(jiǎn)單緊湊，制動(dòng)系統(tǒng)的布置、裝配和維修都非常方便，同時(shí)由于減少了一些制動(dòng)零部件，大大減輕了系統(tǒng)的重量，更為顯著的優(yōu)點(diǎn)是隨著制動(dòng)液的取消，使汽車底盤使用、工作及維修環(huán)境得到很大程度地改善。

圖14 EMB的結(jié)構(gòu)圖

EMB工作時(shí)，制動(dòng)控制單元ECU接收制動(dòng)踏板傳來的踏板行程信號(hào)，ECU計(jì)算出踩制動(dòng)踏板的速度信號(hào)并結(jié)合車輛速度、加速度等其他電信號(hào)，明確汽車行駛狀態(tài)，分析各個(gè)車輪上的制動(dòng)需求，計(jì)算出各個(gè)車輪的最佳制動(dòng)力矩大小后輸出對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，分別控制各車輪上的電子機(jī)械制動(dòng)器中工作電機(jī)的電流大小和轉(zhuǎn)角，通過電子機(jī)械制動(dòng)器中的減速增矩以及運(yùn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)換，將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為制動(dòng)鉗塊的夾緊，產(chǎn)生足夠的制動(dòng)摩擦力矩。

EMB系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一是電子機(jī)械制動(dòng)器，它通過ECU改變輸出電流的大小和方向?qū)崿F(xiàn)執(zhí)行電機(jī)的力矩和運(yùn)動(dòng)方向的改變，將電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)變換為制動(dòng)鉗塊的開合，通過相應(yīng)的機(jī)構(gòu)或控制算法補(bǔ)償由于摩擦片的磨損造成的制動(dòng)間隙變化。電子機(jī)械制動(dòng)器按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理可以分為無自增力制動(dòng)器、自增力制動(dòng)器兩大類。

無自增力制動(dòng)器：電動(dòng)機(jī)通過減速增矩的機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生夾緊力作用到制動(dòng)盤上，制動(dòng)力矩與制動(dòng)盤和摩擦片之間的壓力、摩擦系數(shù)成線性正相關(guān)，控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸轉(zhuǎn)角大小即可實(shí)現(xiàn)對(duì)于制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的控制，控制系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，制動(dòng)器的工作性能穩(wěn)定，但對(duì)于電機(jī)的功率要求較高，因而尺寸較大，如圖15所示。

圖15 無自增力制動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖

自增力制動(dòng)器：在制動(dòng)盤與制動(dòng)鉗塊之間增加一個(gè)楔塊，制動(dòng)工作時(shí)，制動(dòng)盤的摩擦力使楔塊進(jìn)一步楔入制動(dòng)盤和制動(dòng)鉗塊，增大夾緊力，從而產(chǎn)生自增力效果，產(chǎn)生更強(qiáng)的制動(dòng)效能。該系統(tǒng)電機(jī)的功率較小，裝置的體積和重量也較小，但是其制動(dòng)效能取決于楔塊的工作狀況，因此對(duì)楔塊的工藝及精度要求很高，不易加工，且其制動(dòng)穩(wěn)定性相對(duì)較差，難于控制。如圖16所示。

圖16 自增力制動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖

與EHB相比，EMB中沒有液壓驅(qū)動(dòng)部分，系統(tǒng)的響應(yīng)速度更高，工作穩(wěn)定性和可靠性更好，但由于完全采取線控的方式，不存在備用的制動(dòng)系統(tǒng)，因而對(duì)系統(tǒng)的工作可靠性和容錯(cuò)要求更高。另外，使用電信號(hào)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使制動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間縮短，同時(shí)，傳感器信號(hào)的共享以及制動(dòng)系統(tǒng)和其他模塊功能的集成，便于對(duì)汽車的所有行駛工況進(jìn)行全面的綜合控制，提高了汽車的行駛安全性。

線控制動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)

1）由于EHB以液壓為控制能量源，液壓的產(chǎn)生和電控化相對(duì)來說比較困難，不容易做到和其他電控系統(tǒng)的整合，而且液壓系統(tǒng)的復(fù)雜性相對(duì)系統(tǒng)輕量化不利；

2）EMB技術(shù)的安全優(yōu)勢(shì)極為突出，制動(dòng)響應(yīng)迅速，沒有復(fù)雜的液壓、氣壓傳遞機(jī)構(gòu)，直接從電信號(hào)轉(zhuǎn)化為制動(dòng)動(dòng)作，可大幅提升響應(yīng)速度，反應(yīng)時(shí)間在100 ms以內(nèi)，大幅度縮短剎車距離，進(jìn)而提升安全性；

3）線控制動(dòng)系統(tǒng)在ABS模式下無回彈震動(dòng)，可以消除靜音；

4）線控制動(dòng)系統(tǒng)便于集成電子駐車、防抱死、制動(dòng)力分配等附加功能；

5）工作環(huán)境惡劣，特別是高速制動(dòng)下的高溫。剎車片溫度達(dá)幾百度，且振動(dòng)高，制約現(xiàn)有EMB零部件的設(shè)計(jì)。

學(xué)習(xí)小結(jié)

1. 線控制動(dòng)系統(tǒng)BBW是Brake by Wire的簡(jiǎn)稱，將原有的制動(dòng)踏板機(jī)械信號(hào)用加速踏板位置傳感器電信號(hào)替代，用以接受駕駛員的制動(dòng)意圖，產(chǎn)生制動(dòng)電信號(hào)并傳遞給控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，根據(jù)一定的算法模擬踩踏感覺反饋給駕駛?cè)恕?/p>

2. 根據(jù)工作原理的不同，線控制動(dòng)控制技術(shù)分為電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)（EHB）和電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)（EMB）兩種。

3. EHB，是Electronic Hydraulic Brake的簡(jiǎn)稱，是從傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展來的，但與傳統(tǒng)制動(dòng)方式的控制有很大的不同，EHB以電子元件替代了原有的部分機(jī)械元件，將電子系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)相結(jié)合，是一個(gè)先進(jìn)的機(jī)電液一體化系統(tǒng)，其控制單元及執(zhí)行機(jī)構(gòu)布置的比較集中。

由于使用制動(dòng)液作為制動(dòng)力傳遞的媒介，也稱為集中式、濕式制動(dòng)系統(tǒng)。

4. EMB，是Electronic Mechanical Brake的簡(jiǎn)稱，基于一種全新的設(shè)計(jì)理念，完全摒棄了傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)液及液壓管路等部件，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生制動(dòng)力，每個(gè)車輪上安裝一個(gè)可以獨(dú)立工作的電子機(jī)械制動(dòng)器，也稱為分布式、干式制動(dòng)系統(tǒng)。

4、線控?fù)Q擋系統(tǒng)認(rèn)知

線控?fù)Q擋系統(tǒng)簡(jiǎn)介

線控?fù)Q擋系統(tǒng)（Shift By Wire，SBW），是將現(xiàn)有的擋位與變速器之間的機(jī)械連接結(jié)構(gòu)完全取消，通過電動(dòng)執(zhí)行控制變速器動(dòng)作執(zhí)行的電子系統(tǒng)，線控?fù)Q擋系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的檔位操作模式，通過旋鈕、按鍵等新式交互件電子控制車輛換擋，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車實(shí)現(xiàn)速度控制提供良好的硬件基礎(chǔ)，也稱為電子換擋。

線控?fù)Q擋取消了傳統(tǒng)的換擋操縱機(jī)構(gòu)與變速箱之間連接的拉索或推桿，變速桿和變速器之間無直接機(jī)械連接，可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的部分結(jié)構(gòu)，便于設(shè)計(jì)換擋桿的位置與操作界面（例如，安裝在儀表板上），使換擋操作更加輕便容易。

寶馬汽車公司最早引入了線控?fù)Q擋系統(tǒng)與其MDKG七前速雙離合器變速器相搭配，使得駕駛?cè)藫Q擋的動(dòng)作變得簡(jiǎn)單、輕松，而且不會(huì)出現(xiàn)駐車P檔的卡滯問題，被廣泛應(yīng)用于寶馬集團(tuán)的全系列車型，其變速桿形式如圖17所示。

圖17 寶馬線控?fù)Q擋系統(tǒng)變速桿

線控?fù)Q擋系統(tǒng)，主要由換擋操縱機(jī)構(gòu)、換擋ECU、換擋執(zhí)行模塊、駐車控制ECU和擋位指示器等組成。

豐田混動(dòng)車型線控?fù)Q擋系統(tǒng)

圖18所示為豐田混動(dòng)車型的線控?fù)Q擋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，由變速桿、駐車開關(guān)、混合動(dòng)力系統(tǒng)HV ECU、駐車控制ECU、駐車執(zhí)行器和擋位指示器組成。

圖18 豐田混動(dòng)車型的線控?fù)Q擋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

人機(jī)交互通過換擋操縱桿和駐車開關(guān)實(shí)現(xiàn)。

車輛正常行駛過程中涉及到R、N、D三個(gè)擋位，駕駛員作用于變速桿的動(dòng)作轉(zhuǎn)換為執(zhí)行電信號(hào)傳遞給混合動(dòng)力系統(tǒng)HV ECU，經(jīng)過HV ECU計(jì)算后向變速器輸出對(duì)應(yīng)的擋位信號(hào)，完成車輛行駛擋位的變換，同時(shí)儀表盤上的擋位指示器對(duì)應(yīng)擋位信號(hào)燈亮起。

當(dāng)駕駛員操控駐車開關(guān)時(shí)，混合動(dòng)力系統(tǒng)HV ECU將采集到的執(zhí)行電信號(hào)經(jīng)計(jì)算傳遞給駐車控制ECU，駐車控制ECU通過磁阻式傳感器時(shí)刻采集駐車執(zhí)行器電機(jī)轉(zhuǎn)角信號(hào)以判定車輛是否處于靜止?fàn)顟B(tài)，若駐車執(zhí)行器電機(jī)轉(zhuǎn)角為0則執(zhí)行駐車動(dòng)作，儀表盤駐車指示燈亮起；反之，駐車控制ECU檢測(cè)到電機(jī)轉(zhuǎn)角信號(hào)不為0，駐車指令會(huì)被駁回到混合動(dòng)力系統(tǒng)HV ECU且無法完成車輛駐車動(dòng)作。

執(zhí)行邏輯如下：

變速桿→混動(dòng)ECU→駐車執(zhí)行器（R、N、D三個(gè)檔位）→擋位指示器

駐車開關(guān)→混動(dòng)ECU→駐車ECU→駐車執(zhí)行器（P檔位）→駐車P指示器

在該系統(tǒng)中，換擋操作是一種瞬時(shí)狀態(tài)，駕駛員能夠輕松舒適地操縱換擋。

駕駛員松開變速桿后，變速桿立即返回到初始位置。

因此，當(dāng)駕駛?cè)瞬倏v變速桿換到某個(gè)目標(biāo)擋位時(shí)，不需要考慮目前的擋位狀態(tài)，車輛工作過程中擋位更換完成后，擋位指示器會(huì)準(zhǔn)確顯示當(dāng)前擋位，使駕駛員意識(shí)到完全進(jìn)行了換擋操作。由于采用電控系統(tǒng)控制變速器的換擋操作，由各個(gè)部件協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)換擋，可以有效的防止人為誤操作，增強(qiáng)安全性。若換擋ECU檢測(cè)到不正確的操作時(shí)，會(huì)將擋位控制在安全的范圍內(nèi)，并且向駕駛?cè)税l(fā)出警告。

例如，只有當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，才能從P位掛入其他的擋位；當(dāng)汽車正在向前行駛時(shí)，若駕駛員將變速桿掛入R位，換擋ECU也會(huì)控制變速器置入空擋；當(dāng)汽車正在倒車時(shí)，若駕駛員將變速桿掛入D位，換擋ECU也會(huì)控制變速器置入空擋，只有當(dāng)制動(dòng)踏板完全踩下時(shí)才能順利的從R位切換為D位；當(dāng)換擋ECU監(jiān)測(cè)到變速桿不在P位時(shí)，將控制車輛不能切斷電源。各個(gè)擋位之間的操作關(guān)系如表1所示。

表1 豐田混動(dòng)車型的線控?fù)Q擋操作關(guān)系表

奧迪Q7線控?fù)Q擋系統(tǒng)

目前，奧迪Q7的線控?fù)Q擋系統(tǒng)擋桿由蓋罩、變速桿、解鎖鍵、P位鍵、防塵罩、換擋操縱機(jī)構(gòu)蓋板、換擋范圍顯示、換擋操縱機(jī)構(gòu)和多組插接器組成。如圖19、20所示。

圖19 奧迪Q7的線控?fù)Q擋系統(tǒng)

圖20 奧迪Q7的線控?fù)Q擋系統(tǒng)變速桿結(jié)構(gòu)圖

奧迪Q7的線控?fù)Q擋系統(tǒng)與豐田混動(dòng)車型線控?fù)Q擋系統(tǒng)不同，變速桿的底部包含擋位位置鎖止電磁閥和Tiptronic擋位鎖止電機(jī)，用于支持復(fù)雜的安全換擋邏輯和用戶體感交互。如圖21所示。

變速桿可分別向前和向后移動(dòng)兩個(gè)位置，當(dāng)進(jìn)入D位后，變速桿被底部的擋位位置鎖止電磁閥通過鎖止桿鎖定。此時(shí)，變速桿將只能向后移動(dòng)在D/S位之間切換，而無法向前移動(dòng)進(jìn)入N/R位。為了有效準(zhǔn)確的識(shí)別變速桿的位置，線控?fù)Q擋系統(tǒng)內(nèi)部配備了多組位置傳感器，分別用于感知自動(dòng)擋位位置和Tiptronic擋位位置以及變速桿橫向鎖位置，以便基于檔位位置或換擋邏輯做出具體的換擋動(dòng)作。

圖21 鎖止機(jī)構(gòu)圖

學(xué)習(xí)小結(jié)

1. 線控?fù)Q擋系統(tǒng)（Shift By Wire，SBW），是一種完全取消傳統(tǒng)換擋系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，僅通過電子控制即可實(shí)現(xiàn)車輛換擋的系統(tǒng)，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車實(shí)現(xiàn)速度控制提供良好的硬件基礎(chǔ)，也稱為電子換擋。

2. 線控?fù)Q擋系統(tǒng)，主要由換擋操縱機(jī)構(gòu)、換擋ECU、換擋執(zhí)行模塊、駐車控制ECU和擋位指示器等組成。

3. 由于采用電控系統(tǒng)控制變速器的換擋操作，由各個(gè)部件協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)換擋，可以有效的防止人為誤操作。

若ECU檢測(cè)到不正確的操作時(shí)，會(huì)將擋位控制在安全的范圍內(nèi)，并且向駕駛員發(fā)出警告。

線控懸架系統(tǒng)認(rèn)知

線控懸架系統(tǒng)簡(jiǎn)介

線控懸架系統(tǒng)（Suspension By Wire），也稱為主動(dòng)懸架系統(tǒng)，是智能網(wǎng)聯(lián)車輛的重要組成部分，可實(shí)現(xiàn)緩沖振動(dòng)、保持平穩(wěn)行駛的功能，直接影響車輛操控性能以及駕乘感受。

1980年，BOSE公司成功研發(fā)了一款電磁主動(dòng)懸架系統(tǒng)。1984年，電控空氣懸架開始出現(xiàn)，林肯汽車成為第一個(gè)采用可調(diào)整線控空氣懸架系統(tǒng)的汽車。目前，寶馬汽車安裝的“魔毯”懸架系統(tǒng)，凱迪拉克汽車安裝的MRC主動(dòng)電磁懸架系統(tǒng)，以及自適應(yīng)空氣懸架系統(tǒng)，均屬于線控懸架系統(tǒng)的不同形式。奔馳新一代S級(jí)采用的MAGIC BODY CONTROL線控懸架系統(tǒng)，可以根據(jù)前方路面狀況，自動(dòng)調(diào)節(jié)減震器的阻尼系數(shù)、車身高度等車輛參數(shù)，懸架剛度、阻尼等關(guān)鍵參數(shù)跟隨汽車載荷、行駛速度而變化。如圖22所示。

圖22 MAGIC BODY CONTROL線控懸架系統(tǒng)

線控懸架系統(tǒng)，主要由模式選擇開關(guān)、傳感器、ECU和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分組成，如圖23所示。

圖23 典型線控懸架系統(tǒng)工作原理示意圖

傳感器負(fù)責(zé)采集汽車的行駛路況（主要是顛簸情況）、車速以及起動(dòng)、加速、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)等工況轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)簡(jiǎn)單處理后傳輸給線控懸架ECU。其中，主要涉及車輛的加速度傳感器、高度傳感器、速度傳感器和轉(zhuǎn)角傳感器等關(guān)鍵傳感器?？諝鈴椈筛鶕?jù)ECU的控制信號(hào)，準(zhǔn)確、快速、及時(shí)地作出反應(yīng)動(dòng)作，包括氣缸內(nèi)氣體質(zhì)量、氣體壓力及電磁閥設(shè)定氣壓等關(guān)鍵參量的改變，實(shí)現(xiàn)對(duì)車身彈簧剛度、減振器阻尼以及車身高度的調(diào)節(jié)。線控懸架系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由執(zhí)行器、阻尼器、電磁閥、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、氣泵電動(dòng)機(jī)等組成。

如圖24所示，線控懸架系統(tǒng)ECU可以實(shí)現(xiàn)減振器阻尼、空氣彈簧剛度以及空氣彈簧長(zhǎng)度（車身高度）的控制等主要功能。

圖24 線控懸架系統(tǒng)ECU控制示意圖

減振器阻尼和彈簧剛度的控制主要保證車身在多種工況下的穩(wěn)定性和舒適性，具體工況包括防側(cè)傾控制、防點(diǎn)頭控制、防下蹲控制、高車速控制、不平整路面控制等，如圖25所示。

圖25 典型線控懸架系統(tǒng)工作原理示意圖

車身高度的控制，主要是控制車身在水平方向的高度，包括靜止?fàn)顟B(tài)控制、行駛工況控制及自動(dòng)水平控制等。靜止?fàn)顟B(tài)控制，是指車輛靜止時(shí)，由于乘員和貨物等因素引起車載載荷的變化，線控懸架系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)改變車身高度，以減少懸架系統(tǒng)的負(fù)荷，改善汽車的外觀形象。

行駛工況控制，將車輛靜態(tài)載荷和動(dòng)態(tài)載荷綜合考慮，當(dāng)汽車在高速行駛時(shí)，線控懸架系統(tǒng)主動(dòng)降低車身高度以改善行車的操縱穩(wěn)定性和氣動(dòng)特性；當(dāng)汽車行駛在起伏不平的路面時(shí)，主動(dòng)升高車身以避免車身與地面或懸架的磕碰，同時(shí)改變懸掛系統(tǒng)的剛度以適應(yīng)駕駛舒適性的要求。

自動(dòng)水平控制，在道路平坦開闊的行駛工況下，車身高度不受動(dòng)態(tài)載荷和靜態(tài)載荷影響，保持基本恒定的姿態(tài)，以保證駕乘舒適性和前大燈光束方向不變，提高行車的安全性。美國(guó)BOSE公司推出的動(dòng)力-發(fā)電減震器PGSA（Power-Generating Shock Absorber），完全由線性電動(dòng)機(jī)電磁系統(tǒng)LMES(Linear Motion Electromagnetic System)組成電磁減震器，每個(gè)車輪單獨(dú)配置一套該系統(tǒng)，組件車身獨(dú)立懸掛系統(tǒng)。如圖26所示。

圖26 美國(guó)BOSE公司的動(dòng)力-發(fā)電減震器PGSA

其工作原理為：每個(gè)車輪的調(diào)節(jié)控制信號(hào)通過BOSE功率放大器進(jìn)行放大，以改變驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作電流，從而驅(qū)動(dòng)電磁式線性電機(jī)改變懸架的伸縮狀態(tài)。該系統(tǒng)不但可以為電機(jī)提供電流，而且還可以在整車行駛工況下由電機(jī)發(fā)電產(chǎn)生電流為電動(dòng)車電池充電，形成一套能量回收機(jī)制，非常有利于純電力驅(qū)動(dòng)的新能源汽車使用，可以增加蓄電池的電力，延長(zhǎng)電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程。

線控懸架系統(tǒng)特點(diǎn)

線控懸架系統(tǒng)可以針對(duì)汽車不同的工況，控制執(zhí)行器產(chǎn)生不同的彈簧剛度和減震器阻尼，既能滿足平順性和操縱穩(wěn)定性的要求，也要保障駕乘的舒適性要求。其主要優(yōu)點(diǎn)如下：

1）剛度可調(diào)，可改善汽車轉(zhuǎn)彎側(cè)傾、制動(dòng)前傾和加速抬頭等情況；

2）汽車載荷變化時(shí)，能制動(dòng)維持車身高度不變；

3）在顛簸路面行駛時(shí)，能自動(dòng)改變底盤高度，提高汽車通過性；

4）可抑制制動(dòng)點(diǎn)頭和加速抬頭現(xiàn)象，充分利用車輪與地面的附著條件，加速制動(dòng)過程，縮短制動(dòng)距離；

5）使車輪與地面保持良好的接觸，提高車輪與地面的附著力，增加汽車抵抗側(cè)滑的能力。

盡管線控懸架系統(tǒng)有諸多優(yōu)點(diǎn)，但其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)也決定了線控懸架系統(tǒng)具有不可避免的缺點(diǎn)：

1）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障概率和頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)。由于線控懸架要求每個(gè)車輪懸架都有控制單元，得到路面數(shù)據(jù)后的優(yōu)化處理算法難度非常大，容易造成調(diào)節(jié)過度或失效；

2）采用空氣作為調(diào)整底盤高度的“推進(jìn)動(dòng)力”，減震器的密封性要求非常高，若空氣減震器出現(xiàn)漏氣，則整個(gè)系統(tǒng)將處于“癱瘓”狀態(tài)，而且頻繁地調(diào)整底盤高度，有可能造成氣泵系統(tǒng)局部過熱，大大縮短氣泵的使用壽命。

學(xué)習(xí)小結(jié)

1. 線控懸架系統(tǒng)（Suspension By Wire），也稱為主動(dòng)懸架，是智能網(wǎng)聯(lián)車輛的重要組成部分，可實(shí)現(xiàn)振動(dòng)緩沖、保持平穩(wěn)行駛的功能，直接影響車輛操控性能以及駕乘體驗(yàn)。

2. 線控懸架系統(tǒng)，主要由模式選擇開關(guān)、傳感器、ECU和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分組成。

3. 線控懸架系統(tǒng)ECU的控制可以實(shí)現(xiàn)減振器阻尼、彈簧剛度以及車身高度的控制等主要功能。