線控手藝曾經被普遍用于航空業，用線節制系統來代替保守的液壓和機械系統曾經成為手藝成長的趨向，采用線控手藝的制動系統、轉向系統、傳動系統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制系統或線驅動系統將敏捷成長，汽車用線控手藝將在此后數年中大量呈現，如線節制動（brake by-wire）、線控轉向（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。當線控這一方針實現時，汽車將是一種完全的高新手藝產物，策動機、變速器、傳動軸、驅動橋、轉向機全都不見了，汽車能夠說是一臺裝在輪子上的計較機。

　　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”或者電信號實現傳送節制，而不是通過機械毗連安裝來操作的。保守的汽車的體例是：當駕駛員踩制動、踩油門、換檔、打轉向盤時，都是通過機械機構來汽車。而線控手藝則是將動作為電信號，由電線來傳送指令汽車。

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

　　線控系統需要高機能的節制器，好比由Freescale半導體公司供給的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。

　　線控系統的根基布局道理是：駕駛員的指令通過人機接口轉換為電信號傳到施行機構，節制施行機構的動作；傳感器功能安裝的形態，通過電信號傳給人機接口，反饋給駕駛員，如圖1所示。

　　線控系統在人機接口通信、施行機構和傳感機構之間，以及與其他的系統之間要進行大量的消息傳輸，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”，以在毛病時仍可實現安裝的根基功能。

　　（一）線控手藝的特點

　　1．線控手藝的長處

　　a.省力，人們能夠不消間接操作機械力。

　　b.因為節制通過駕駛員的手完成，不需要轉向盤、轉向柱和腳踏板，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，并為汽車設想供給了更大的設想空間。

　　c.便于實現個性化設想，因為駕駛特征如制動、轉向、加快等過程都是法式設定的，設想師可設想分歧的法式供用戶選擇。

　　d.比質量輕，機能高（響應快）。線控系統打消了很多機械毗連安裝、液壓安裝和氣壓安裝，簡化告終構和出產工藝，便于實現汽車輕量化。

　　e.用品可大大減小，削減費用。打消機械和液壓毗連可削減車身質量并簡化工作，可能磨損的部件更少了，如利用線節制動無需制動液，使汽車更為環保，削減。

　　f.能夠將汽車的車內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），隔板間無機械毗連，簡單安插就能添加電子節制功能。

　　2．線控手藝的錯誤謬誤

　　電子設備還相當的不靠得住——電磁干擾、器件失效、軟件法式的設想、收集等等。一旦電失效而沒無機械冗余就會導致災難性的后果——轉向失靈、油門難以節制和不克不及制動!所以線控手藝研究的重點該當是系統的靠得住性和平安性。

　　二、線控手藝在汽車上的使用

　�。ㄒ唬┚�節制動（brake by-wire）

　　線節制動系統由實現電子化的供能安裝、節制安裝、傳動安裝、制動器4個部門構成。ECU（電控單位）對制動系統進行全體節制，采用全新的電子制動器，每個制動器有各自的節制單位。機械毗連逐步削減，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，數據線傳送信號。線節制動是自ABS在汽車上獲得普遍使用以來制動系統的又一次飛躍式成長。

　　目火線節制動系統分為2品種型：一種是電液制動系統EHB（Electronic-hydraulic Brake），另一種是電子機械制動系統EMB（Electronic-Mechanical Brake）。電液制動系統是將電子與液壓系統相連系，由電子系統節制，液壓系統供給動力；電子機械制動系統則用電線代替保守制動系統中的空氣或制動液等傳力介質，電制動器代替保守制動器，電子機械制動系統是將來制動系統的成長標的目的。線節制動系統的配合特點是都具有踏板轉角與踏板力可按比例調控的電子踏板；具有節制制動力矩與踏板轉角相對應的法式節制單位；法式節制單位可基于其他傳感器或節制器的輸入信號實現自動制動及其它功能。電子機械制動系統與保守制動系統的對好比圖2所示。

　　1．線節制動的長處

　　線節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，各類問題會逐漸獲得處理，線節制動系統最終會代替保守的以液壓為主的制動節制系統以及電液復合制動系統。線節制動是將來制動系統成長的標的目的。線節制動具有保守制動系統無法對比的長處。

　　a.布局簡單，系統質量比保守制動系統削減良多，從而削減了整車質量。

　　b.制動響應時間短，提高了制動機能，縮短了制動距離。

　　c.系統不需要制動液，容易、簡單，采用電線毗連，系統的耐久機能優良。

　　d.系統總成的制造、拆卸、調試、標定更快，易于采用模塊化布局。

　　e.曾經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，FlexRay等通信和談能夠使用到線節制動系統中。

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

　　2．線節制動需要面臨的問題

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

　　a.驅動能源問題。采用線節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需采用高壓電源（如42V電源系統），加大能源供應，以滿足各系統能量的需求，同時需處理好高壓電源的平安問題。

　　b.設想制動系統時必需考慮制動系統的失效問題。非論是ECU、傳感器、制動器本身、線束失效，都應能使制動系統制動的基賦性能，除了ECU能夠采用冗余設想外，實現線節制動的一個環節手藝是制動系統失效時的消息通信和談，如TTP/C等的研究使用。

　　c.實現線節制動系統和汽車底盤其他節制系統的集成，仍有待研究。

　　d.成本比原有液動系統高，提高線節制動系統的性價比也是需要處理的問題。

　　3．線節制動的使用

　　跟著手藝的前進，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把一種線節制動系統——測控一體化制動系統安裝在奔跑乘用車上，它是一種功能強大的機電一體化的系統。在汽車運轉中，系統制動踏板的動作，并把相關消息傳送給節制單位，節制單位發出指令給施行器，施行器節制各個車輪的制動，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制動系統獲得使用，良多汽車和零部件廠商都進行了線節制動系統的研究和推廣，博世、西門子、特維斯等公司曾經研制出一些試驗，線節制動系統必將代替保守制動系統，汽車底盤進一步一體化、集成化，制動系統機能也會發生質的飛躍。

　　在2001年汽車展上表態的Bertone - SKFFilo概念車采用的線節制動系統就是由SKF與意大利出名制動系統出產商Brembo合作完成的。該車利用了駕駛員操作系統GUIDA，并進行了部門改良。當需要制動時，駕駛員只需雙手擠壓GUIDA的手柄。

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

　　（二）線控轉向系統

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

　　駕駛員操作轉向盤時，轉向盤傳感器檢測駕駛員的轉向數據（橫擺角傳感器、攝像機等），向轉向輔助系統ECU供給檢測數據，轉向數據和檢測數據通過收集總線及時傳送給電子節制單位ECU，ECU按照駕駛員的轉向數據和檢測數據，節制轉向施行器動作實現轉向，并將車輪的轉角、轉矩和感等反饋給駕駛員。為確保轉向系統平安靠得住，系統設置了冗余電控單位，在告急環境下，系統會忽略錯誤消息，使車輛平安平穩地運轉。

　　1．線控轉向系統長處

　　線控轉向系統能滿足環保、節能和平安的汽車工業成長標的目的，是整個汽車智能化和主動化的線控手藝的一個分支，具有優良的貿易化和財產化的市場前景。其長處次要有以下幾點。

　　a.改善了平安性。打消了轉向柱等機械毗連，避免了撞車變亂直達向柱對駕駛員的；電控單位按照汽車的行駛形態對駕駛員的操作做出響應的調整，當汽車運轉在非一般工況時，可以或許主動對汽車進行不變節制。

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

　　c.經濟性好。打消了轉向柱等機械毗連，減輕了轉向機械布局的質量，降低了汽車零部件的制形成本，改善了整車燃油經濟性。

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

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

　　2．線控轉向系統使用

　　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，同濟大學自主研發的“春暉三號—嘉樂”微型電動轎車在展會中表態。“春暉三號—嘉樂”酷似甲殼蟲，其最大亮點就是采用了線控轉向手藝。屬于線控轉向四輪驅動的微型概念車。

　　863打算電動汽車專項首席科學家、同濟大學校長萬鋼傳授領銜研發了“線控轉向四輪驅動微電動轎車手藝”汽車。汽車的4個車輪邊上各有一個輪轂電機，通過線傳電控手藝節制車輪的轉向和車速，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，凸顯出環保、節能的。

　　（三）線控油門（throttle by-wire）

　　線控油門，也稱為電控油門，即策動機的油門是通過電子節制的。保守的油門節制體例是駕駛員通過踩油門踏板，由油門拉桿間接節制策動機油門的開合程度，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械感化毗連的。而線控油門用電子毗連取代機械毗連，駕駛員仍然通過踩油門踏板節制拉桿，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為電信號傳送至汽車的電子節制單位，電子節制單位將采集到的相關傳感器信號顛末處置后發送指令至油門施行器節制模塊，油門施行器節制模塊再發送信號給油門施行器，從而節制油門的開合程度。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制體例切確，策動機可以或許按照汽車的各類行駛消息，切確調理進入氣缸的燃油空氣夾雜氣，改良策動機的燃燒情況，從而大大提高了汽車的動力性和經濟性。

　　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，如圖4所示。系統有2個加快踏板傳感器，都發送數據給策動機節制單位ECM，若是此中一個加快踏板傳感器沒有信號，汽車仍能行駛，同時策動機報警燈點亮；若是2個加快踏板傳感器都沒有信號，則策動機工作在怠速形態。線控油門系統按照駕駛員的動作，闡發駕駛員的企圖，切確地節制油門，添加了駕駛不變性和動力經濟性。

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

　　本田汽車公司Civic系列2005年演進至第八代。該車采用了1臺1.8L四氣缸策動機，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缸策動機可以或許迸發出103kW的最大功率，峰值轉矩能夠達到174Nm，幾乎跨越了所有天然進氣式同排量的國產車型。這臺策動機使用了本田最新的i-VTEC手藝，配以采用線控手藝的節氣門，可以或許很是無效地提高燃油經濟性，降低無害物的排放。并且進氣效率和壓縮比都進一步提高，培養了強大的輸出功率。

　　（四）第一輛可駕駛燃料電池線控汽車——通用HY

　　HY線控汽車一改保守機械連桿的傳動體例，采用電子信號來油門、制動和轉向機構。打消了保守的轉向盤、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；當轉彎時，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制單位，這一套節制單位被稱為“X-drive”。它代替了保守的轉向盤等，使得駕駛員用一只手就能夠完成所有的加快、減速（制動）、轉彎等操作。

　　保守的汽車是通過一套機械安裝，好比轉向桿等，通過轉向盤動彈而使車動。線控手藝是將駕駛員要轉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動由電子節制的電機來使得車向架動彈。線控系統就是將駕駛員的指令成電信號，用這個電信號去驅動電機。因為軟件決定了汽車行駛特征，好比加快、減速（制動）、轉彎等，所有的工作只是轉載、施行響應的軟件法式。

　　三、汽車線控手藝的使用前景

　　在國內，除了同濟大學研究完成的線控轉向系統外，由理工大學完成的“一種電動車輛動力系統環節手藝產物及其使用”獲得了2004年度國度手藝發現。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，簡化了換檔機構，研制了一種布局簡單、機能婚配優秀的線控變速器。國內的一些高校也正在進行線控手藝的研究。

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

　　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械化，機械系統的損壞凡是都是有過程的，而線節制系統的失效是霎時的。若是線節制系統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峻。電子節制要完全代替機械操作還需要時間。

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