線控手藝曾經(jīng)被普遍用于航空業(yè)，用線節(jié)制系統(tǒng)來代替保守的液壓和機(jī)械系統(tǒng)曾經(jīng)成為手藝成長的趨向，采用線控手藝的制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)無望在將來汽車上率先獲得使用。國外GM、DELPHI、Koyo、TRW、BENZ等公司已使用線控手藝開辟了概念車。

　　汽車電子中各類線節(jié)制系統(tǒng)或線驅(qū)動系統(tǒng)將敏捷成長，汽車用線控手藝將在此后數(shù)年中大量呈現(xiàn)，如線節(jié)制動（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）等正在加緊研究開辟。當(dāng)線控這一方針實現(xiàn)時，汽車將是一種完全的高新手藝產(chǎn)物，策動機(jī)、變速器、傳動軸、驅(qū)動橋、轉(zhuǎn)向機(jī)全都不見了，汽車能夠說是一臺裝在輪子上的計較機(jī)。

　　一、線控手藝簡介

　�。ㄒ唬┚�控手藝的布局道理

　　線控手藝（by-wire），就是由“電線”或者電信號實現(xiàn)傳送節(jié)制，而不是通過機(jī)械毗連安裝來操作的。保守的汽車的體例是：當(dāng)駕駛員踩制動、踩油門、換檔、打轉(zhuǎn)向盤時，都是通過機(jī)械機(jī)構(gòu)來汽車。而線控手藝則是將動作為電信號，由電線來傳送指令汽車。

　　線控手藝是在節(jié)制單位和施行器之間用電子安裝代替保守的機(jī)械毗連安裝或液壓毗連安裝，由電線代替機(jī)械傳動部件，打消了機(jī)械布局，付與汽車設(shè)想新的空間。

　　線控系統(tǒng)需要高機(jī)能的節(jié)制器，好比由Freescale半導(dǎo)體公司供給的MPC500/MPC5500系列微處置器。還需要有切確高速的通信和談收集、容錯手藝和分派處置功能的模塊。

　　線控系統(tǒng)的根基布局道理是：駕駛員的指令通過人機(jī)接口轉(zhuǎn)換為電信號傳到施行機(jī)構(gòu)，節(jié)制施行機(jī)構(gòu)的動作；傳感器功能安裝的形態(tài)，通過電信號傳給人機(jī)接口，反饋給駕駛員，如圖1所示。

　　線控系統(tǒng)在人機(jī)接口通信、施行機(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)行大量的消息傳輸，要求收集的及時性好、靠得住性高，并且要求具有冗余的“功能實現(xiàn)”，以在毛病時仍可實現(xiàn)安裝的根基功能。

　　（一）線控手藝的特點(diǎn)

　　1．線控手藝的長處

　　a.省力，人們能夠不消間接操作機(jī)械力。

　　b.因為節(jié)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，如許就削減了反面碰撞時的潛在性，改善了汽車的平安性和舒服性，并為汽車設(shè)想供給了更大的設(shè)想空間。

　　c.便于實現(xiàn)個性化設(shè)想，因為駕駛特征如制動、轉(zhuǎn)向、加快等過程都是法式設(shè)定的，設(shè)想師可設(shè)想分歧的法式供用戶選擇。

　　d.比質(zhì)量輕，機(jī)能高（響應(yīng)快）。線控系統(tǒng)打消了很多機(jī)械毗連安裝、液壓安裝和氣壓安裝，簡化告終構(gòu)和出產(chǎn)工藝，便于實現(xiàn)汽車輕量化。

　　e.用品可大大減小，削減費(fèi)用。打消機(jī)械和液壓毗連可削減車身質(zhì)量并簡化工作，可能磨損的部件更少了，如利用線節(jié)制動無需制動液，使汽車更為環(huán)保，削減。

　　f.能夠?qū)⑵�車的車�?nèi)文娛安裝也集成到收集之中，使得汽車和主動駕駛成為可能，整個汽車就是一個完整的電全體。

　　g.安裝測試簡單快速，更安定的電子接口（模塊布局），隔板間無機(jī)械毗連，簡單安插就能添加電子節(jié)制功能。

　　2．線控手藝的錯誤謬誤

　　電子設(shè)備還相當(dāng)?shù)牟豢康米?mdash;—電磁干擾、器件失效、軟件法式的設(shè)想、收集等等。一旦電失效而沒無機(jī)械冗余就會導(dǎo)致災(zāi)難性的后果——轉(zhuǎn)向失靈、油門難以節(jié)制和不克不及制動!所以線控手藝研究的重點(diǎn)該當(dāng)是系統(tǒng)的靠得住性和平安性。

　　二、線控手藝在汽車上的使用

　�。ㄒ唬┚�節(jié)制動（brake by-wire）

　　線節(jié)制動系統(tǒng)由實現(xiàn)電子化的供能安裝、節(jié)制安裝、傳動安裝、制動器4個部門構(gòu)成。ECU（電控單位）對制動系統(tǒng)進(jìn)行全體節(jié)制，采用全新的電子制動器，每個制動器有各自的節(jié)制單位。機(jī)械毗連逐步削減，制動踏板和制動器之間的動力傳送分分開，取而代之的是電線毗連，電線傳送能量，數(shù)據(jù)線傳送信號。線節(jié)制動是自ABS在汽車上獲得普遍使用以來制動系統(tǒng)的又一次飛躍式成長。

　　目火線節(jié)制動系統(tǒng)分為2品種型：一種是電液制動系統(tǒng)EHB（Electronic-hydraulic Brake），另一種是電子機(jī)械制動系統(tǒng)EMB（Electronic-Mechanical Brake）。電液制動系統(tǒng)是將電子與液壓系統(tǒng)相連系，由電子系統(tǒng)節(jié)制，液壓系統(tǒng)供給動力；電子機(jī)械制動系統(tǒng)則用電線代替保守制動系統(tǒng)中的空氣或制動液等傳力介質(zhì)，電制動器代替保守制動器，電子機(jī)械制動系統(tǒng)是將來制動系統(tǒng)的成長標(biāo)的目的。線節(jié)制動系統(tǒng)的配合特點(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；具有節(jié)制制動力矩與踏板轉(zhuǎn)角相對應(yīng)的法式節(jié)制單位；法式節(jié)制單位可基于其他傳感器或節(jié)制器的輸入信號實現(xiàn)自動制動及其它功能。電子機(jī)械制動系統(tǒng)與保守制動系統(tǒng)的對好比圖2所示。

　　1．線節(jié)制動的長處

　　線節(jié)制動目前處于向汽車范疇使用的研究和改良階段，跟著手藝前進(jìn)，各類問題會逐漸獲得處理，線節(jié)制動系統(tǒng)最終會代替保守的以液壓為主的制動節(jié)制系統(tǒng)以及電液復(fù)合制動系統(tǒng)。線節(jié)制動是將來制動系統(tǒng)成長的標(biāo)的目的。線節(jié)制動具有保守制動系統(tǒng)無法對比的長處。

　　a.布局簡單，系統(tǒng)質(zhì)量比保守制動系統(tǒng)削減良多，從而削減了整車質(zhì)量。

　　b.制動響應(yīng)時間短，提高了制動機(jī)能，縮短了制動距離。

　　c.系統(tǒng)不需要制動液，容易、簡單，采用電線毗連，系統(tǒng)的耐久機(jī)能優(yōu)良。

　　d.系統(tǒng)總成的制造、拆卸、調(diào)試、標(biāo)定更快，易于采用模塊化布局。

　　e.曾經(jīng)開辟出具有容錯功能的合用于汽車的收集通信和談，如TTP/C，F(xiàn)lexRay等通信和談能夠使用到線節(jié)制動系統(tǒng)中。

　　f.易于進(jìn)行改良和添加功能，能夠并入汽車CAN通信收集進(jìn)行集中辦理和共享消息。

　　2．線節(jié)制動需要面臨的問題

　　線節(jié)制動手藝為未來的智能化車輛供給了前提。基于此刻的手藝前提，要全面使用線節(jié)制動，還有良多問題需要面臨。

　　a.驅(qū)動能源問題。采用線節(jié)制動需要較多的電能，目前12V的汽車電源無法供給足夠大的能量，將來的汽車電源系統(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，同時需處理好高壓電源的平安問題。

　　b.設(shè)想制動系統(tǒng)時必需考慮制動系統(tǒng)的失效問題。非論是ECU、傳感器、制動器本身、線束失效，都應(yīng)能使制動系統(tǒng)制動的基賦性能，除了ECU能夠采用冗余設(shè)想外，實現(xiàn)線節(jié)制動的一個環(huán)節(jié)手藝是制動系統(tǒng)失效時的消息通信和談，如TTP/C等的研究使用。

　　c.實現(xiàn)線節(jié)制動系統(tǒng)和汽車底盤其他節(jié)制系統(tǒng)的集成，仍有待研究。

　　d.成本比原有液動系統(tǒng)高，提高線節(jié)制動系統(tǒng)的性價比也是需要處理的問題。

　　3．線節(jié)制動的使用

　　跟著手藝的前進(jìn)，上述的各類問題會逐漸獲得處理。戴姆勒-克萊斯勒汽車公司曾經(jīng)把一種線節(jié)制動系統(tǒng)——測控一體化制動系統(tǒng)安裝在奔跑乘用車上，它是一種功能強(qiáng)大的機(jī)電一體化的系統(tǒng)。在汽車運(yùn)轉(zhuǎn)中，系統(tǒng)制動踏板的動作，并把相關(guān)消息傳送給節(jié)制單位，節(jié)制單位發(fā)出指令給施行器，施行器節(jié)制各個車輪的制動，它能夠按照制動踏板的加快度來識別能否是告急制動，并做出敏捷反映，縮短制動距離，這種系統(tǒng)會添加駕駛員的平安感和舒服感，使泊車過程平順。不久的未來會有更多的線節(jié)制動系統(tǒng)獲得使用，良多汽車和零部件廠商都進(jìn)行了線節(jié)制動系統(tǒng)的研究和推廣，博世、西門子、特維斯等公司曾經(jīng)研制出一些試驗，線節(jié)制動系統(tǒng)必將代替保守制動系統(tǒng)，汽車底盤進(jìn)一步一體化、集成化，制動系統(tǒng)機(jī)能也會發(fā)生質(zhì)的飛躍。

　　在2001年汽車展上表態(tài)的Bertone - SKFFilo概念車采用的線節(jié)制動系統(tǒng)就是由SKF與意大利出名制動系統(tǒng)出產(chǎn)商Brembo合作完成的。該車?yán)�用了駕駛員操作系統(tǒng)GUIDA，并進(jìn)行了部門改良。當(dāng)需要制動時，駕駛員只需雙手?jǐn)D壓GUIDA的手柄。

　　一個數(shù)字化的號令通過導(dǎo)線傳送給每個車輪上的SKF智能機(jī)電施行器單位，施行器將電信號轉(zhuǎn)換成動作，對制動蹄片制動力，完成車輛制動。在SKF線節(jié)制動系統(tǒng)中，每個車輪的制動是的，而且都有備用系統(tǒng)。

　�。ǘ�）線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

　　線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡稱SBW（Steering By Wire System），它由具有容錯功能的收集相毗連的節(jié)制單位、施行器、傳感器和冗余電控單位構(gòu)成，如圖3所示，打消了轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的機(jī)械毗連，完全由電實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，脫節(jié)了保守轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各類。不單能夠設(shè)想汽車轉(zhuǎn)向的力傳送特征，并且能夠設(shè)想汽車轉(zhuǎn)向的角傳送特征，給汽車轉(zhuǎn)向特征的設(shè)想帶來無限的空間。

　　駕駛員操作轉(zhuǎn)向盤時，轉(zhuǎn)向盤傳感器檢測駕駛員的轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)（橫擺角傳感器、攝像機(jī)等），向轉(zhuǎn)向輔助系統(tǒng)ECU供給檢測數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)和檢測數(shù)據(jù)通過收集總線及時傳送給電子節(jié)制單位ECU，ECU按照駕駛員的轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)和檢測數(shù)據(jù)，節(jié)制轉(zhuǎn)向施行器動作實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，并將車輪的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)矩和感等反饋給駕駛員。為確保轉(zhuǎn)向系統(tǒng)平安靠得住，系統(tǒng)設(shè)置了冗余電控單位，在告急環(huán)境下，系統(tǒng)會忽略錯誤消息，使車輛平安平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　1．線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)長處

　　線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能滿足環(huán)保、節(jié)能和平安的汽車工業(yè)成長標(biāo)的目的，是整個汽車智能化和主動化的線控手藝的一個分支，具有優(yōu)良的貿(mào)易化和財產(chǎn)化的市場前景。其長處次要有以下幾點(diǎn)。

　　a.改善了平安性。打消了轉(zhuǎn)向柱等機(jī)械毗連，避免了撞車變亂直達(dá)向柱對駕駛員的；電控單位按照汽車的行駛形態(tài)對駕駛員的操作做出響應(yīng)的調(diào)整，當(dāng)汽車運(yùn)轉(zhuǎn)在非一般工況時，可以或許主動對汽車進(jìn)行不變節(jié)制。

　　b.提高了舒服性。因為打消了機(jī)械布局毗連，駕駛員的腿部勾當(dāng)空間較著增大，并且地面的不安然平靜轉(zhuǎn)向輪的不均衡不會傳送到轉(zhuǎn)向軸上，從而減緩了駕駛員的委靡。

　　c.經(jīng)濟(jì)性好。打消了轉(zhuǎn)向柱等機(jī)械毗連，減輕了轉(zhuǎn)向機(jī)械布局的質(zhì)量，降低了汽車零部件的制形成本，改善了整車燃油經(jīng)濟(jì)性。

　　d.不變性好。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)改善了保守汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不克不及處理的汽車轉(zhuǎn)向過程直達(dá)向力和轉(zhuǎn)向響應(yīng)時間的矛盾，使得轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向盤同步工作，節(jié)制愈加活絡(luò)；具有變傳動比特點(diǎn)的線控系統(tǒng)，降服了保守的固定轉(zhuǎn)向角傳動比所帶來的轉(zhuǎn)向特征跟著汽車行駛姿勢的分歧而變化的錯誤謬誤；通過優(yōu)化節(jié)制不變性因數(shù)，能提高整車的不變性。

　　e.個性化的設(shè)置。能夠按照駕駛員的要求設(shè)置轉(zhuǎn)向傳動比和轉(zhuǎn)向盤反饋力矩，以滿足分歧駕駛員的要乞降順應(yīng)分歧的駕駛，與轉(zhuǎn)向相關(guān)的駕駛行為都能夠通過軟件來設(shè)置與實現(xiàn)。

　　2．線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使用

　　2005年12月6～9日，2005上海國際汽車零部件及汽車用品博覽會在上海國際展覽核心舉行，同濟(jì)大學(xué)自主研發(fā)的“春暉三號—嘉樂”微型電動轎車在展會中表態(tài)。“春暉三號—嘉樂”酷似甲殼蟲，其最大亮點(diǎn)就是采用了線控轉(zhuǎn)向手藝。屬于線控轉(zhuǎn)向四輪驅(qū)動的微型概念車。

　　863打算電動汽車專項首席科學(xué)家、同濟(jì)大學(xué)校長萬鋼傳授領(lǐng)銜研發(fā)了“線控轉(zhuǎn)向四輪驅(qū)動微電動轎車手藝”汽車。汽車的4個車輪邊上各有一個輪轂電機(jī)，通過線傳電控手藝節(jié)制車輪的轉(zhuǎn)向和車速，提高了整車的自動平安性和不變性。同時，該車采用了高能蓄電池和小型氫燃料電池的夾雜動力，凸顯出環(huán)保、節(jié)能的。

　　（三）線控油門（throttle by-wire）

　　線控油門，也稱為電控油門，即策動機(jī)的油門是通過電子節(jié)制的。保守的油門節(jié)制體例是駕駛員通過踩油門踏板，由油門拉桿間接節(jié)制策動機(jī)油門的開合程度，從而決定加快或減速，駕駛員的動作與油門動作之間是通過拉桿的機(jī)械感化毗連的。而線控油門用電子毗連取代機(jī)械毗連，駕駛員仍然通過踩油門踏板節(jié)制拉桿，拉桿不是間接毗連到油門，而是連著一個油門踏板傳感器，傳感器將拉桿的變化改變?yōu)殡娦盘杺魉椭疗�車的電子�?jié)制單位，電子節(jié)制單位將采集到的相關(guān)傳感器信號顛末處置后發(fā)送指令至油門施行器節(jié)制模塊，油門施行器節(jié)制模塊再發(fā)送信號給油門施行器，從而節(jié)制油門的開合程度。也就是說駕駛員的動作與油門的動作之間是通過電子元件的電信號毗連的。線控油門比保守油門節(jié)制體例切確，策動機(jī)可以或許按照汽車的各類行駛消息，切確調(diào)理進(jìn)入氣缸的燃油空氣夾雜氣，改良策動機(jī)的燃燒情況，從而大大提高了汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性。

　　豐田公司在Lexus旗艦車型LS430上采用了全電子的線控油門系統(tǒng)，如圖4所示。系統(tǒng)有2個加快踏板傳感器，都發(fā)送數(shù)據(jù)給策動機(jī)節(jié)制單位ECM，若是此中一個加快踏板傳感器沒有信號，汽車仍能行駛，同時策動機(jī)報警燈點(diǎn)亮；若是2個加快踏板傳感器都沒有信號，則策動機(jī)工作在怠速形態(tài)。線控油門系統(tǒng)按照駕駛員的動作，闡發(fā)駕駛員的企圖，切確地節(jié)制油門，添加了駕駛不變性和動力經(jīng)濟(jì)性。

　　在新一代雅閣V6轎車的2.4L和3.0L策動機(jī)上就采用了線控油門的新手藝。通過傳感器監(jiān)測油門踏板，ECU對動力進(jìn)行節(jié)制。其長處是改善了起步的平順性、提高了燃油經(jīng)濟(jì)性，錯誤謬誤是策動機(jī)響應(yīng)稍有滯后。此外由線控手藝帶來的另一個益處就是定速巡航功能，其節(jié)制鍵被集成在轉(zhuǎn)向盤上，操作簡單便利。

　　本田汽車公司Civic系列2005年演進(jìn)至第八代。該車采用了1臺1.8L四氣缸策動機(jī)，此款最新開辟的1.8Li-VTEC（智能型電控可變氣門正時和升程）直列4缸策動機(jī)可以或許迸發(fā)出103kW的最大功率，峰值轉(zhuǎn)矩能夠達(dá)到174Nm，幾乎跨越了所有天然進(jìn)氣式同排量的國產(chǎn)車型。這臺策動機(jī)使用了本田最新的i-VTEC手藝，配以采用線控手藝的節(jié)氣門，可以或許很是無效地提高燃油經(jīng)濟(jì)性，降低無害物的排放。并且進(jìn)氣效率和壓縮比都進(jìn)一步提高，培養(yǎng)了強(qiáng)大的輸出功率。

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　　HY線控汽車一改保守機(jī)械連桿的傳動體例，采用電子信號來油門、制動和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。打消了保守的轉(zhuǎn)向盤、油門、制動踏板，所有的操作都集中在一個手柄上，駕駛員能夠用一只手完成所有的操作。當(dāng)駕駛員要加快或減速時，能夠向左或者向右鞭策手柄；制動按鈕也安裝在這個手柄上，要制動時按一下制動按鈕；當(dāng)轉(zhuǎn)彎時，駕駛員只需向上或者向下鞭策手柄。

　　電子線控安裝形成了一套操作矯捷便利的節(jié)制單位，這一套節(jié)制單位被稱為“X-drive”。它代替了保守的轉(zhuǎn)向盤等，使得駕駛員用一只手就能夠完成所有的加快、減速（制動）、轉(zhuǎn)彎等操作。

　　保守的汽車是通過一套機(jī)械安裝，好比轉(zhuǎn)向桿等，通過轉(zhuǎn)向盤動彈而使車動。線控手藝是將駕駛員要轉(zhuǎn)向的指令為電子脈沖信號，傳感器捕獲電子脈沖信號，這個電子脈沖信號驅(qū)動由電子節(jié)制的電機(jī)來使得車向架動彈。線控系統(tǒng)就是將駕駛員的指令成電信號，用這個電信號去驅(qū)動電機(jī)。因為軟件決定了汽車行駛特征，好比加快、減速（制動）、轉(zhuǎn)彎等，所有的工作只是轉(zhuǎn)載、施行響應(yīng)的軟件法式。

　　三、汽車線控手藝的使用前景

　　在國內(nèi)，除了同濟(jì)大學(xué)研究完成的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)外，由理工大學(xué)完成的“一種電動車輛動力系統(tǒng)環(huán)節(jié)手藝產(chǎn)物及其使用”獲得了2004年度國度手藝發(fā)現(xiàn)。此中的一項手藝就是操縱線控同步換檔和傳動手藝，打消了主離合器，簡化了換檔機(jī)構(gòu)，研制了一種布局簡單、機(jī)能婚配優(yōu)秀的線控變速器。國內(nèi)的一些高校也正在進(jìn)行線控手藝的研究。

　　線控手藝研究的難點(diǎn)在于高機(jī)能節(jié)制器的研制，要求在整個系統(tǒng)中有切確高速的通信和談收集，使節(jié)制核心和施行器之間能完全協(xié)調(diào)、婚配工作；并且需要高效的容錯手藝，使得系統(tǒng)呈現(xiàn)毛病時可以或許保障必然的平安，即系統(tǒng)有好的靠得住性。

　　目火線控手藝在汽車中的使用還不成熟。但跟著汽車各系統(tǒng)的電子化、集成化的成長需要，線控手藝成長敏捷，作為一種汽車高新電子手藝，線控手藝必將獲得普遍的使用。但電子化不成能完全代替機(jī)械化，機(jī)械系統(tǒng)的損壞凡是都是有過程的，而線節(jié)制系統(tǒng)的失效是霎時的。若是線節(jié)制系統(tǒng)失效那一刻汽車的速度行駛過高，形成的后果就可能很是嚴(yán)峻。電子節(jié)制要完全代替機(jī)械操作還需要時間。

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