汽車電子技術(shù)--線控技術(shù)
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汽車電子中各種線控制系統(tǒng)或線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將迅速發(fā)展，汽車用線控技術(shù)將在今后數(shù)年中大量出現(xiàn)，如線控制動(dòng)（brake by-wire）、線控轉(zhuǎn)向（steer by-wire）、線控油門（throttle by-wire）、線控懸架（suspension by-wire）等正在加緊研究開發(fā)。當(dāng)線控這一目標(biāo)實(shí)現(xiàn)時(shí)，汽車將是一種完全的高新技術(shù)產(chǎn)品，發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)橋、轉(zhuǎn)向機(jī)全都不見了，汽車可以說是一臺(tái)裝在輪子上的計(jì)算機(jī)。
一、線控技術(shù)簡介
（一）線控技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理
線控技術(shù)（by-wire），就是由“電線”或者電信號(hào)實(shí)現(xiàn)傳遞控制，而不是通過機(jī)械連接裝置來操作的。傳統(tǒng)的操縱汽車的方式是：當(dāng)駕駛員踩制動(dòng)、踩油門、換檔、打轉(zhuǎn)向盤時(shí)，都是通過機(jī)械機(jī)構(gòu)來操縱汽車。而線控技術(shù)則是將動(dòng)作轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，由電線來傳遞指令操縱汽車。
線控技術(shù)是在控制單元和執(zhí)行器之間用電子裝置取代傳統(tǒng)的機(jī)械連接裝置或液壓連接裝置，由電線取代機(jī)械傳動(dòng)部件，取消了機(jī)械結(jié)構(gòu)，賦予汽車設(shè)計(jì)新的空間。
線控系統(tǒng)需要高性能的控制器，比如由Freescale半導(dǎo)體公司提供的MPC500/MPC5500系列微處理器。還需要有精確高速的通訊協(xié)議網(wǎng)絡(luò)、容錯(cuò)技術(shù)和分配獨(dú)立處理功能的模塊。
線控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)原理是：駕駛員的操縱指令通過人機(jī)接口轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作；傳感器感知功能裝置的狀態(tài)，通過電信號(hào)傳給人機(jī)接口，反饋給駕駛員，如圖1所示。
線控系統(tǒng)在人機(jī)接口通訊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感機(jī)構(gòu)之間，以及與其他的系統(tǒng)之間要進(jìn)行大量的信息傳輸，要求網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性好、可靠性高，而且要求具有冗余的“功能實(shí)現(xiàn)”，以保證在故障時(shí)仍可實(shí)現(xiàn)裝置的基本功能。
（一）線控技術(shù)的特點(diǎn)
1．線控技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
a.省力，人們可以不用直接操作機(jī)械力。
b.由于操縱控制通過駕駛員的手完成，不需要轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向柱和腳踏板，這樣就減少了正面碰撞時(shí)的潛在危險(xiǎn)性，改善了汽車的安全性和舒適性，并為汽車設(shè)計(jì)提供了更大的設(shè)計(jì)空間。
c.便于實(shí)現(xiàn)個(gè)性化設(shè)計(jì)，由于駕駛特性如制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、加速等過程都是程序設(shè)定的，設(shè)計(jì)師可設(shè)計(jì)不同的程序供用戶選擇。
d.比質(zhì)量輕，性能高（響應(yīng)快）。線控系統(tǒng)取消了許多機(jī)械連接裝置、液壓裝置和氣壓裝置，簡化了結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝，便于實(shí)現(xiàn)汽車輕量化。
e.維護(hù)用品可大大減小，減少維護(hù)費(fèi)用。取消機(jī)械和液壓連接可減少車身質(zhì)量并簡化維護(hù)工作，可能磨損的部件更少了，如使用線控制動(dòng)無需制動(dòng)液，使汽車更為環(huán)保，減少維護(hù)。
f.可以將汽車的車內(nèi)娛樂裝置也集成到網(wǎng)絡(luò)之中，使得汽車導(dǎo)航和自動(dòng)駕駛成為可能，整個(gè)汽車就是一個(gè)完整的電路整體。
g.安裝測試簡單快捷，更穩(wěn)固的電子接口（模塊結(jié)構(gòu)），隔板間無機(jī)械連接，簡單布置就能增加電子控制功能。
2．線控技術(shù)的缺點(diǎn)
電子設(shè)備還相當(dāng)?shù)牟豢煽俊姶鸥蓴_、器件失效、軟件程序的設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)攻擊等等。一旦電路失效而沒有機(jī)械冗余就會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的后果——轉(zhuǎn)向失靈、油門難以控制和不能制動(dòng)!所以線控技術(shù)研究的重點(diǎn)應(yīng)該是系統(tǒng)的可靠性和安全性。
二、線控技術(shù)在汽車上的運(yùn)用
（一）線控制動(dòng)（brake by-wire）
線控制動(dòng)系統(tǒng)由實(shí)現(xiàn)電子化的供能裝置、控制裝置、傳動(dòng)裝置、制動(dòng)器4個(gè)部分組成。ECU（電控單元）對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行整體控制，采用全新的電子制動(dòng)器，每個(gè)制動(dòng)器有各自的控制單元。機(jī)械連接逐漸減少，制動(dòng)踏板和制動(dòng)器之間的動(dòng)力傳遞分離開，取而代之的是電線連接，電線傳遞能量，數(shù)據(jù)線傳遞信號(hào)。線控制動(dòng)是自ABS在汽車上得到廣泛應(yīng)用以來制動(dòng)系統(tǒng)的又一次飛躍式發(fā)展。
目前線控制動(dòng)系統(tǒng)分為2種類型：一種是電液制動(dòng)系統(tǒng)EHB（Electronic-hydraulic Brake），另一種是電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)EMB（Electronic-Mechanical Brake）。電液制動(dòng)系統(tǒng)是將電子與液壓系統(tǒng)相結(jié)合，由電子系統(tǒng)控制，液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力；電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)則用電線取代傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)中的空氣或制動(dòng)液等傳力介質(zhì)，電制動(dòng)器取代傳統(tǒng)制動(dòng)器，電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)是未來制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展方向。線控制動(dòng)系統(tǒng)的共同特點(diǎn)是都具有踏板轉(zhuǎn)角與踏板力可按比例調(diào)控的電子踏板；具有控制制動(dòng)力矩與踏板轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)的程序控制單元；程序控制單元可基于其他傳感器或控制器的輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)制動(dòng)及其它功能。電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)的對(duì)比如圖2所示。
1．線控制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)
線控制動(dòng)目前處于向汽車領(lǐng)域應(yīng)用的研究和改進(jìn)階段，隨著技術(shù)進(jìn)步，各種問題會(huì)逐步得到解決，線控制動(dòng)系統(tǒng)最終會(huì)取代傳統(tǒng)的以液壓為主的制動(dòng)控制系統(tǒng)以及電液復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)。線控制動(dòng)是未來制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展的方向。線控制動(dòng)具有傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。
a.結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)質(zhì)量比傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)減少很多，從而減少了整車質(zhì)量。
b.制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間短，提高了制動(dòng)性能，縮短了制動(dòng)距離。
c.系統(tǒng)不需要制動(dòng)液，維護(hù)容易、簡單，采用電線連接，系統(tǒng)的耐久性能良好。
d.系統(tǒng)總成的制造、裝配、調(diào)試、標(biāo)定更快，易于采用模塊化結(jié)構(gòu)。
e.已經(jīng)開發(fā)出具有容錯(cuò)功能的適用于汽車的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，如TTP/C，F(xiàn)lexRay等通訊協(xié)議可以應(yīng)用到線控制動(dòng)系統(tǒng)中。
f.易于進(jìn)行改進(jìn)和增加功能，可以并入汽車CAN通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中管理和共享信息。
2．線控制動(dòng)需要面對(duì)的問題
線控制動(dòng)技術(shù)為將來的智能化車輛提供了條件。基于現(xiàn)在的技術(shù)條件，要全面應(yīng)用線控制動(dòng)，還有很多問題需要面對(duì)。
a.驅(qū)動(dòng)能源問題。采用線控制動(dòng)需要較多的電能，目前12V的汽車電源無法提供足夠大的能量，未來的汽車電源系統(tǒng)需采用高壓電源（如42V電源系統(tǒng)），加大能源供應(yīng)，以滿足各系統(tǒng)能量的需求，同時(shí)需解決好高壓電源的安全問題。
評(píng)論