汽车线控技术系列1----汽车线控技术简介
汽车是如何工作的？(二十三)——线控技术
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线控转向系统技术综述与实车应用(一)
◆文/江苏 高惠民线控转向系统技术综述与实车应用(一)一、概述汽车线控技术(X-by-wire)起源于飞机的电传操纵系统，飞行员不再通过传统的机械回路或液压回路来控制飞机的飞行姿态，而是通过安装在操纵杆处的传感器检测飞行员施加在其上的力和位移，并将其转换为电信号，在电控单元中将信号进行处理，然后传递到执行机构，从而实现对飞机的控制。
随着线控技术的发展，这一技术逐渐应用到汽车。
图1所示为集成线控系统线控转向(Steer by Wire,简称 SBW)系统、线控制动(Brake by Wire,简称BBW)系统示意图。
汽车线控技术就是将驾驶员的操纵动作经过传感器转变为电信号，通过电缆直接传输到执行机构的一种系统。
目前，汽车的线控技术主要有线控转向(Steer by Wire,简称 SBW)系统、线控制动(Brake by Wire,简称BBW)系统、线控驱动(Drive by Wire,简称DBW)系统、线控悬架(Suspension by Wire)系统、线控换挡(Shift by Wire)系统。
通过分布在汽车各处的传感器实时获取驾驶员的操作意图和汽车行驶过程中的各种参数信息，传递给电控单元，电控单元将这些信息进行分析和处理，得到合适的控制参数传递给各个执行机构，进行对汽车的控制，极大的提高车辆的动力性、制动性、操纵稳定性和平顺性。
其中，SBW作为线控底盘系统的关键组成部分，一直是国内外汽车厂商及学术界研究的热点。
根据我国《智能网联汽车技术路线图》规划，将在2025年实现智能线控底盘系统产业化推广应用。
SBW就是通过线控化、智能化实现个性驾驶、辅助驾驶、自动驾驶等目标，是智能网联汽车落地的关键技术。
二、SBW系统的结构及工作原理汽车转向系统大致经历了机械转向系统、液压助力转向系统(Hydraulic Power Steering，HPS)、电控液压助力转向系统 (Electro Hydraulic Power Steering，EH PS)、电动助力转向系统 (El ectr ic Power Steering，EPS)的一个发展过程。
线控技术
SBW的英文全称是Steering By Wire。
中文意思是“线控转向系统”。
该系统去掉了转向盘和转向轮之间的机械连接，减轻了大约5kg重量，消除了路面的冲击，具有降低噪声和隔振等优点。
目前国外著名汽车公司和汽车零部件厂家竞相研究具有智能化的新一代转向系统，如美国Delphi公司、TRW公司、日木三菱公司、Koyo公司、德国Bosch 公司、ZF公司、BMW公司等都相继在研制各自的SBW系统，国内也开始涉足这一相关研究领域。
SBW系统由方向盘模块、转向执行模块和ECU3个主要部分以及自动防故障系统、电源等辅助模块组成。
方向盘模块包括方向盘、方向盘转角、力矩传感器、方向盘回正力矩电机。
方向盘模块的主要功能是将驾驶员的转向意图（通过测量方向盘转角）转换成数字信号并传递给主控制器;同时接受ECU送来的力矩信号，产生方向盘回正力矩以提供给驾驶员相应的路感信号。
转向执行模块包括前轮转角传感器、转向执行电机、转向电机控制器和前轮转向组件等。
转向执行模块的功能是接受ECU的命令，控制转向电机实现要求的前轮转角，完成驾驶员的转向意图。
ECU对采集的信号进行分析处理，判别汽车的运动状态，向方向盘回正力电机和转向电机发送命令，控制两个电机的工作。
自动防故障系统是线控转向系的重要模块，它包括一系列监控和实施算法，针对不同的故障形式和等级作出相应处理，以求最大限度地保持汽车的正常行驶。
汽车的安全性是必须首先考虑的因素，是一切研究的基础，因而故障的自动检测和自动处理是线控转向系统最重要的组成系统之一。
SBW的工作原理是当转向盘转动时，转向传感器和转向角传感器将测量到的驾驶员转矩和转向盘的转角转变成电信号输入到ECU，ECU依据车速传感器和安装在转向传动机构上的位移传感器的信号来控制转矩反馈电动机的旋转方向，并根据转向力模拟，生成反馈转矩，控制转向电动机的旋转方向、转矩大小和旋转角度，通过机械转向装置控制转向轮的转向位置，使汽车沿着驾驶员期望的轨迹行驶。
汽车线控制动技术分析
汽车线控制动技术的发展简介展摘要:线控制动系统是未来汽车制动系统发展的方向，相比于传统制动系统，它具有制动响应速度快、制动性能高和制动系统结构简化等优点。
本文介绍了汽车线控制动技术的研究现状，对电子液压制动系统和电子机械制动系统的工作原理及特点进行了介绍和比较，论述了线控制动系统的关键技术和发展趋势。
关键词：线控制动系统；电子液压制动；电子机械制动Abstract:The wire braking system is the future direction of the development of automotive braking systems, compared to traditional braking system, it has a brake fast response, high braking performance, and simplify the structure of the brake system, etc. This article describes the e-wire braking technology of vehicle status, the electronic hydraulic brake system and electronic mechanical braking system works and features are introduced and compared, wire braking system discussed key technologies and trends.Keywords: by-wire brake system; electronic hydraulic brake; electro-mechanical brake1线控制动系统的概述1.1制动系统的发展状况随着消费者对车辆安全性日益提高的重视，车辆制动系统也历经了数次变迁和改进。
智能网联汽车技术- 第5章 智能网联汽车线控技术
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5.3 汽车线控油门技术——特点
➢ （1）舒适性和经济性好。线控油门可根据驾驶员踩下踏板 的动作幅度判断驾驶员意图，综合车况精确合理控制节气门 开度，以实现不同负荷和工况下发动机的空燃比都能接近于 最佳理论状态——14.7:1，使燃油经济性和驾驶舒适性同时 达到最佳状态。
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5.1 汽车线控转向技术—组成
第 10 页
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
汽车工程学院
SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING
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5.1 汽车线控转向技术—原理
第 11 页
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电脑控制伺服电机来实现驱动转向的转向系统。驾驶员对转
向盘的操作仅仅只是在驱动一个转角传感器，并由转向盘电
机提供转动阻尼和回馈，转向盘与前轴转向机构之间没有任
何刚性连接
第5页
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5.2 汽车线控制动技术——产品
➢ 它采用齿轮-梯形丝杠减速增扭机构，将电机的转动转化为
制动总泵活塞的平动，建立制动压力。
第 22 页
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5.2 汽车线控制动技术——产品
➢ 采埃孚的集成式制动控制系统（IBC）将全电子制
汽车线控技术的原理与应用
汽车线控技术的原理与应用1. 汽车线控技术简介汽车线控技术是一种通过电子信号传输方式，实现对汽车各种功能的远程控制。
通过线控技术，可以方便地操控汽车的各项功能，提高驾驶的便利性和安全性。
本文将介绍汽车线控技术的原理以及其在汽车行业中的应用。
2. 汽车线控技术的原理汽车线控技术的原理可以分为以下几个方面：2.1 电子信号传输汽车线控技术通过电子信号传输实现对汽车功能的控制。
通过设备发送特定的电子信号，将指令传输到汽车的控制模块，从而实现对汽车功能的操控。
传输的电子信号可以通过有线连接或者无线连接来实现。
2.2 控制模块汽车线控技术需要汽车内部安装相应的控制模块，用于接收并解析传输的电子信号。
控制模块根据接收到的信号，对汽车的各项功能进行控制。
控制模块一般与汽车的中央控制系统相连，通过与中央控制系统的通信，实现对汽车各项功能的控制。
2.3 安全性与可靠性在汽车线控技术的设计中，安全性和可靠性是非常重要的考虑因素。
汽车线控技术必须确保控制信号的传输不被干扰，并且传输过程中不会出现误操作。
因此，在设计控制信号传输协议时，需要考虑到数据的加密和校验，以及异常情况的处理机制，从而保证汽车线控技术的安全性和可靠性。
3. 汽车线控技术的应用汽车线控技术在汽车行业中有着广泛的应用。
下面列举了几个常见的应用场景：3.1 远程启动通过汽车线控技术，驾驶员可以通过遥控器或者手机App等设备，远程控制汽车的启动。
这对于冬季寒冷天气中预热汽车或夏季炎热天气中通风车内空气来说非常实用。
3.2 门锁解锁利用汽车线控技术，驾驶员能够通过遥控器或者手机App对汽车的门锁进行远程控制。
这使得驾驶员可以在离开汽车后，随时随地锁定或解锁车门，提高了汽车的安全性。
3.3 车灯控制通过汽车线控技术，驾驶员可以远程控制汽车的大灯、示宽灯、雾灯等灯光装置。
这对于在夜间找到自己的车辆或者提醒其他驾驶员注意自己的存在非常有帮助。
3.4 空调控制利用汽车线控技术，驾驶员可以通过遥控器或者手机App对汽车的空调系统进行远程控制。
汽车线控技术系列3----线控系统控制内容
制； • （2）以改善舒适性和操纵稳定性为目的的减振器阻尼控制； • （3）以改善舒适性和操纵稳定性为目的的弹簧刚度控制。 • （4）以改善操纵稳定性为目的的侧倾刚度控制。 • （5）综合以上各种考虑的综合性悬架。
• 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信息，精确调节进入气缸的空气 燃油混合比， 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。
• 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；
• 高速行驶时，转向比率变大，能够获得更好的直线 行驶条件。
4. 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。
1-3线控系统控制内容
线控制动系统
1-3线控系统控制内容
• 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 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， 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 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 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ABS及ASR等功能。
1-3线控系统控制内容
1-3线控系统控制内容
1-3线控系统控制内容
线控悬架系统
传统悬架： ●软：舒适性好、行驶稳定和操纵稳定性差 （车身位移过大、横摆纵摇） ●硬：舒适性差、行驶稳定和操纵稳定性好。 ●只减阻尼而不变刚度，振动到车身。 ●只减刚度而不变阻尼，稳定性和舒适性差。
线控技术概述
线控技术X-by-Wire
线控技术概述 线控技术的特点及应用 线控技术的关键问题
一、 线控技术概述
• 传统的汽车操纵方式：驾驶员踩制动、踩油门、换档、打转向盘 时，动作通过机械连接装置传递，操纵执行机构动作. • 线控技术( X-by-Wire)将驾驶员动作转化为电信号，由导线来传 递控制指令操纵执行机构动作. • 线控技术在控制单元和执行器之间用电子装置取代传统的机械连 接装置或液压气压连接装置，由导线取代机械传动部件.
2.线控技术的缺点 • 电子设备可靠性问题：电磁干扰、器件失效、软件程序稳定性 • 如果没有机械冗余，一旦电路失效，就会导致灾难性后果：油 门、转向、制动失灵.
二、 线控技术的特点及应用
1.线控转向Steer-by-Wire
• 由转向盘位置传感器、力反 馈电动机、转向执行机构、 转向ECU、轮胎角度传感器、 环境传感器组成。
二、 线控技术的特点及应用
3.线控制动Brake-by-Wire
• 线控制动系统由供能装置、控制装置、传动装置、制动器4个 部分组成。
• ECU对制动系统进行整体控制，电子制动器有各自的控制单元， 制动踏板和制动器之间导线连接，电线传递能量，数据线传 递信号。
二、 线控技术的特点及应用
•（1）电液制动系统EHB
本章 小节
1、汽车线控技术定义 2、汽车线控技术特点及应用 3、汽车线控技术的关键问题
1、汽车线控技术在底盘应用有哪些？ 2、为什么线控系统技术还无法普及原因是什么？
课后作业
一、 线控技术概述
• 驾驶员的操纵动作通过人机接口转换为电信号，传到执行机 构，控制执行机构的动作. • 传感器感知功能装置的状态，通过电信号传给人机.
二、 线控技术的特点及应用
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1-1汽车线控技术简介
• 另一个是FlexRay（动态部分byteflight 协议）， 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。
• FlexRay得到众多实力厂商例如宝马、大 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 FlexRay标准组织，使之有可能成为事实 标准。
1-1汽车线控技术简介
• TTP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 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2个重复的 通道连接。这些节点可以被复制，并分 组成为容错单元（FTU）来弥补通讯错误。
• 由于重复信息同时在2个不同的通道上发 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 本更高。
1-1汽车线控技术简介
• HONDA在新一代雅阁V6轿车上采用线控油门技术。 • 德国大众也有线控的概念车。 • 美国通用公司在2003年研制的HY-WIRE概念车和2005年研制的Sequel
概念车上都采用了线控转向和线控制动技术。
• 下为通用的HY-WIRE概念车，它采用氢动力和线控控制，通过电机驱动 实现汽车的启动、转向和制动等，是全新的一种概念车。
1-1汽车线控技术简介
通用公司的HY-WIRE概念车
1-1汽车线控技术简介
• 线控技术得以逐渐在汽车上普遍应用的 技术背景：
– 微电子器件的成本降低、可靠性提高，如单 片机，DSP等；
– 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 器等等。
1-1汽车线控技术简介
1-1汽车线控技术简介
汽车网络协议
• 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 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 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 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。
1-1汽车线控技术简介
• 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 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 用模拟信号较多，目前多用数字信号。
1-1汽车线控技术简介
• 线控技术就可理解为电控方式。这里的 “X”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、 悬架、油门、离合器、门锁等。
• 线控技术对汽车电源技术提出了新的要求，汽 车42V电源技术的发展为线控技术提供了可靠 的能量保证。
• 随着汽车电子化的不断深入，线控技术将在汽车上 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。
1-1汽车线控技术简介
• 线控技术（X-by-Wire） 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 （Fly-by-Wire），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。
• 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 电信号网络传输到攻率放大再推动执行机构。
1-1汽车线控技术简介
汽车线控技术要求的关键技术
容错控制技术
• 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 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 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 步实现故障系统的性能最优。
1-1汽车线控技术简介
FlexRay协议主要是满足两方面的要求： 1. 可靠性。 FlexRay采用冗余备份的办法，
分别由2条总线和2个网络控制器构成一 个完整网络，每个ECU分别和2条总线相 连，正常情况下可以利用双通道进行数 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。 2. 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 速率才能满足。
1-1汽车线控技术简介
• 线控系统网络协议主要有两个选择: • 一个是TTP/C (Time Triggered
Protocol,SAE Class C)，即满足SAE C 级网络的时间触发协议）， 目前有 VOLKSWAGEN 、AUDI、HONEYWELL和 DELPHI等选用这个协议作为线控网络的 协议标准。
• 典型的有线控转向（ Steer-by-Wire）、 线控制动（Brake-by-Wire）等。
1-1汽车线控技术简介
• 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。
• 美国TRW公司开发的线控驾驶系统使得燃 油经济性上升5％；DELPHI汽车在电子转 向系统中也作了类似改进；BOSCH、 VALEO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；
1-1汽车线控技术简介
• 目前提出新系统标准为42V。实验证明，电压 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42V呢？ 因为对于直流电，60V是一个安全极限，超过 60V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。 而对于42V来说，工作峰值电压58V在安全极限 之内，既满足了增ห้องสมุดไป่ตู้电压的要求，也不会增加 太多的生产成本。
1-1汽车线控技术简介
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 元件也变得越来越多，对电量的需求也越来越 大，传统的14V电源已经不能满足将来的需要， 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。
• 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 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 控制装置的小型化，提高集成度。