汽車線性控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

左冬曉 黃曉云

(鄭州交通職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450062)

1 引言

隨著汽車晶體管技術(shù)的發(fā)展、以及計算機技術(shù)的發(fā)展，汽車線控技術(shù)也逐步得以發(fā)展。汽車線性技術(shù)、汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及42V電壓系統(tǒng)影響著著汽車未來的發(fā)展趨勢。汽車線控技術(shù)源于飛機控制系統(tǒng)，新型飛行控制系統(tǒng)是一種線控系統(tǒng)(Fly－by－Wire)，它將飛機駕駛員的操縱命令轉(zhuǎn)換成電信號，利用計算機控制飛機飛行。汽車線性控制技術(shù)應(yīng)用在汽車上是將駕駛員的操作動作經(jīng)過傳感器轉(zhuǎn)變成電信號，通過電信號網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦ヂ史糯笱b置上再推動執(zhí)行機構(gòu)運行，從而取消了傳統(tǒng)的機械連接。

2 線性控制技術(shù)的發(fā)展

2.1 什么是線性控制技術(shù)

汽車線控技術(shù)將駕駛員的操縱動作經(jīng)過傳感器變成電信號，通過電纜直接傳輸?shù)綀?zhí)行機構(gòu)的一種系統(tǒng)。當(dāng)前比較成熟的的線控技術(shù)主要有:線控懸架系統(tǒng)、線控增壓系統(tǒng)、線控油門系統(tǒng)、線控?fù)Q檔系統(tǒng)、線控制動系統(tǒng)和線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。其中線性油門控制技術(shù)應(yīng)用相對比較多，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要應(yīng)用在高級轎車、跑車及概念車上;線控制動系統(tǒng)在工業(yè)車輛上應(yīng)用較多。線性控制技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了自動駕駛技術(shù)的飛速向前發(fā)展，線控技術(shù)將會越來越多地應(yīng)用于普通車輛。

2.2 線性控制技術(shù)的工作原理

汽車線控技術(shù)(by－wire)，取消了傳統(tǒng)的通過機械連接裝置來操作的，而是由電線或信號實現(xiàn)傳遞和控制。傳統(tǒng)的汽車操縱的方式是:當(dāng)駕駛員踩制動、踩油門、換檔、打轉(zhuǎn)向盤時，都是通過機械機構(gòu)來操縱汽車。而線控技術(shù)則是將動作轉(zhuǎn)化為電信號，由電線來傳遞指令操縱汽車。其實質(zhì)就是在需要有機構(gòu)動作的地方不是應(yīng)用機械系統(tǒng)來傳遞操縱動作，而是利用弱電信號再控制強電執(zhí)行機構(gòu)來完成。線控(電控)系統(tǒng)中弱電信號早期用模擬信號較多，目前多用數(shù)字信號。

汽車線性控制技術(shù)由檢測反饋單元、指令及信號處理單元、轉(zhuǎn)換放大單元、執(zhí)行器和動力源組成。檢測反饋單元功用在于通過各種傳感器檢測受控參數(shù)或其它中間變量，經(jīng)放大、轉(zhuǎn)換后用以顯示或作為反饋信號。指令及信號處理單元可以接受人機對話隨機指令或定值、程序指令，并接受反饋信號，一般具有信號比較、變換、運算、邏輯等處理功能。轉(zhuǎn)換放大單元將指令信號按不同方式進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換和線性放大，使放大后的功率足以控制執(zhí)行器并驅(qū)動受控對象，執(zhí)行器直接驅(qū)動受控對象的部件。動力源可以為為各單元提供能源。

2.3 汽車線性控制技術(shù)的的優(yōu)缺點

線性技術(shù)可以省力，提升汽車的安全性和舒適性，能夠為汽車設(shè)計提供了更大的設(shè)計空間，滿足時尚個性化設(shè)計的需求，比質(zhì)量輕，性能高(響應(yīng)快)，此外維護(hù)用品可大大減小，減少維護(hù)費用;但是電子設(shè)備還相當(dāng)?shù)牟豢煽?，一旦電路失效為沒有機械裝置就會使轉(zhuǎn)向失靈、油門難以控制和不能制動;所以線控技術(shù)研究的重點應(yīng)該是系統(tǒng)的可靠性和安全性。

3 目前線性控制技術(shù)汽車上的主要應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 線性油門系統(tǒng)

線控油門即電子油門系統(tǒng)，即發(fā)動機的油門是通過電子控制的。傳統(tǒng)機械的油門控制方式是駕駛員通過踩油門踏板，由油門拉桿通過拉鎖直接控制發(fā)動機油門的開合程度，從而決定加速或減速。線控油門用電子連接代替機械連接，駕駛員仍然通過踩油門踏板控制拉桿，拉桿不是直接連接到油門，而是連著一個油門踏板位置傳感器，傳感器將拉桿的位置變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘杺魉椭疗嚨碾娮涌刂茊卧?，電子控制單元將采集到的相關(guān)傳感器信號經(jīng)過處理后發(fā)送指令至油門執(zhí)行器控制模塊，油門執(zhí)行器控制模塊再發(fā)送信號給油門執(zhí)行器，從而控制油門的開合程度如圖。

3.2 線性制動系統(tǒng)

汽車線控制動系統(tǒng)的組成包括電子化的供能裝置、控制裝置、傳動裝置、制動器。ECU(電控單元)對制動系統(tǒng)進(jìn)行整體控制，應(yīng)用了全新的電子制動器，每個制動器都有獨立的控制單元。制動踏板和制動器之間的無機械連接，而是采用電線連接，電線傳遞能量，數(shù)據(jù)線傳遞信號。

4 大眾汽車線性控制技術(shù)

上海大眾斯柯達(dá)昊銳應(yīng)用了很多鮮為人知的航空航天技術(shù)，線控駕駛技術(shù)就是其中非常重要的一種領(lǐng)先科技。這種技術(shù)在昊銳身上的應(yīng)用集中體現(xiàn)在其采用的E－Gas電子油門、EPS電子精確控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、GRA定速巡航系統(tǒng)上。昊銳采用的電子線控系統(tǒng)大大地取代了汽車和駕駛員直接的機械連接，采用電子線控技術(shù)的E－Gas電子油門是一種實現(xiàn)發(fā)動機精密控制的執(zhí)行機構(gòu)，統(tǒng)一協(xié)調(diào)和管理汽車各方面對發(fā)動機扭矩和輸出功率的要求，當(dāng)駕駛員踩下油門踏板時，就傳送了一個油門踩踏深淺與快慢的訊號，引擎監(jiān)理系統(tǒng)會接收和解讀這個訊號，然后再發(fā)出控制指令要求節(jié)流閥依指令快速或緩和開啟它應(yīng)當(dāng)張開的角度，使發(fā)動機在每一工況點的運轉(zhuǎn)均達(dá)到排放和油耗以及行駛性能的最優(yōu)組合，在降低油耗的同時又進(jìn)一步提升行駛性能和安全性。采用這種電子線控技術(shù)的E－Gas電子油門，不僅精準(zhǔn)與快速，而且非接觸式傳感器還有不會有機械磨耗的問題。此外，昊銳采用的EPS電子精確控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)同樣是線控駕駛技術(shù)在汽車上的應(yīng)用演化之一，這種主動式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過CAN數(shù)據(jù)總線接收行駛速度、方向盤轉(zhuǎn)動力矩以及方向盤轉(zhuǎn)動角度等數(shù)據(jù)，做出最佳的反應(yīng)，這種先進(jìn)的線控駕駛技術(shù)應(yīng)用不僅故障率低、能耗低、噪音低，還能夠根據(jù)車速的不同提供不同的助力，大大提高了駕駛和轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性，低速時輕便，高速時更安全，實現(xiàn)了操控、舒適與安全的完美結(jié)合。

5 總結(jié)

目前由于成本、線性可靠性、容錯技術(shù)、傳感器技術(shù)、蓄電池電壓不穩(wěn)等因素的影響，線控系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用范圍還比較小。但隨著電子產(chǎn)品成本的降低，汽車線控技術(shù)作為未來汽車發(fā)展的重點，將對全球汽車制造業(yè)產(chǎn)生重大影響。

［1］別輝，過學(xué)迅.汽車底盤線控技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢.專用汽車.2007，(03).

［2］孫寧，陳南，萬亦強.汽車底盤控制系統(tǒng)總線的應(yīng)用現(xiàn)狀研究.汽車技術(shù).2007，(12).