汽车线控技术.

线控转向系统 Steer-by-Wire
• 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。 • 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ECU、 轮胎角度传感器、环境传感器组成，结 构如图3所示。
图3 线控转向系统原理图
图4 线控转向系统在汽车中的布置
主要内容
1. 应用背景 2. 典型线控系统 • 线控转向系统 • 线控制动系统 • 线控悬架系统 • throttle-by-wire、 clutch-bywire 3. 线控系统的关键技术 4. 总结
1
汽车线控技术的应用背景
• 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。图1是线控过程。
• 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 力和线传控制，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。 • 下为它的车内乘坐舱的照片。
图1 通用公司的HY-WIRE概念车
• 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 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 性和安全性。还有重要的一点，由于电 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 计的自由空间。
• 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； • 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。
线控转向系统由方向盘总成、控制器（ECU）和 转向执行总成3部分以及自动防故障系统、电源 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、 方向盘回正力矩电机等，具功能主要是将驾驶 员的转向意图(通过测量方向盘转角)转换成数 字信号，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 驾驶员相应的路感信息。
• 线控技术得以逐渐在汽车上普遍应用的 技术背景是
– 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。
• 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。
5. 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 应用。如DYC、ESP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 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 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、ASR、DYC或ESP等系统的传感 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 控制，进一步提高车辆操纵稳定性和安全性。
• 控制器对采集的信号进行分析处理，判 别汽车的运动状态，向方向盘回正力矩 电机和转向执行电机发送指令。保证各 种传感器、转 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 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 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等级做出相 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 理逻辑，以保证汽车的安全性能。
汽车线控转向的优势在于：
1. 提高了整车设计自由度， 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
驶换为右舵驾驶。
2. 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， 立刻提供 转向动力，转动车轮。
3. 改善驾驶特性， 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 率（转向盘转角和车轮转角的比值）不断变 化。 • 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。
图1 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 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。
• 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。 • 典型的有线控转向（ Steer-by-Wire）、 线控制动（Brake-by-Wire）等。
6. 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 必考虑左侧驾驶和右侧驾驶车辆的区别，可降 低公司的底盘开发成本。 • 今后线控转向系统的最终发展趋势是使用操纵 杆的x—by—wire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 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 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 得市场先机。