汽車線控技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢分析研究new

1、汽車線控技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢分析研究2008122511:51:14作者：程飛過學(xué)迅來源:武漢理工大學(xué)隨著汽車電子技術(shù)、自動控制技術(shù)的逐步成熟和汽車網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，汽車線控技術(shù)也逐步得到青睞和深入研究，它和42V電壓系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)左右著汽車未來的發(fā)展趨勢。汽車線控技術(shù)就是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(jī)構(gòu)的一種系統(tǒng)。目前的線控技術(shù)包括線控?fù)Q檔系統(tǒng)、線控制動系統(tǒng)、線控懸架系統(tǒng)、線控增壓系統(tǒng)、線控油門

2、系統(tǒng)及線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。其中線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在高級轎車、跑車及概念車上有廣泛的應(yīng)用，它為自動駕駛提供了良好的平臺線控制動系統(tǒng)在工業(yè)車輛上應(yīng)用較多，將來隨著線控技術(shù)的成熟和成本的降低及追求自動駕駛的影響，線控技術(shù)將會越來越多地應(yīng)用于普通車輛。本文主要介紹汽車線控制動系統(tǒng)和線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。1線控制動系統(tǒng)線控制動系統(tǒng)（BBW，Brake2By2Wire），目前分為兩類，一種為電液制動系統(tǒng)（EHB，Electro2Hy2draulicBrake），另一種

3、為電子機(jī)械制動系統(tǒng)（EMB，Electro2MechanicalBrake）。EHB是電子與液壓系統(tǒng)相結(jié)合所形成的多用途、多形式的制動系統(tǒng)，它由電子系統(tǒng)提供柔性控制，液壓系統(tǒng)提供動力而EMB則將傳統(tǒng)制動系統(tǒng)中的液壓油或空氣等傳力介質(zhì)完全由電制動取代，是未來制動控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。1.1電液制動系統(tǒng)在中小型車輛的傳統(tǒng)制動系統(tǒng)中，駕駛員通過制動主缸在輪缸建立制動壓力，而EHB則是通過蓄能器提供制動壓力。蓄能器壓力由柱塞泵產(chǎn)生，可提供多次連續(xù)

4、的制動壓力。EHB由傳感器、ECU及執(zhí)行器（液壓控制單元）等構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。制動踏板與制動器間無直接動力傳遞。制動時，制動力由ECU和執(zhí)行器控制，踏板行程傳感器將信號傳給ECU，ECU匯集輪速傳感器、轉(zhuǎn)向傳感器等各路信號，根據(jù)車輛行駛狀態(tài)計算出每個車輪的最大制動力，并發(fā)出指令給執(zhí)行器的蓄能器來執(zhí)行各車輪的制動。高壓蓄能器能快速而精確地提供輪缸所需的制動壓力。同時，控制系統(tǒng)也可接受其他電子輔助系統(tǒng)（例如ABS、BAS、EBD、ES

5、P等）的傳感器信號，從而保證最佳的減速度和行駛穩(wěn)定性。與EMB相比，EHB具有如下優(yōu)點(diǎn):（1）不需要車輪制動器附近的額外空間，也不會額外增加重量。（2）為降低能耗，經(jīng)過良好設(shè)計的14V電源能充分滿足要求。（3）在緊急情況下，制動主缸的壓力還可直接施加給兩個前輪，因而不需備用系統(tǒng)。因此，就目前而言EHB是實(shí)現(xiàn)BBW的第一步，對于重型車輛或工業(yè)車輛，只有液壓系統(tǒng)可以產(chǎn)生較大的制動力矩，以滿足大噸位車輛的制動要求。（4）能夠改善系統(tǒng)的性能和操

6、作人員的舒適性。制動閥可安裝在遠(yuǎn)離駕駛室更接近于制動器的位置，以減少管路消耗。無需采用更多的液壓閥及管路就能使遠(yuǎn)程操作更容易。1.2電子機(jī)械制動系統(tǒng)EMB主要用于小型車輛中，主要包含電制動器、ECU、輪速傳感器、動力電源等。它與EHB最大區(qū)別是制動力為電機(jī)提供的轉(zhuǎn)矩，而不是由柱塞泵產(chǎn)生的高壓油，且有獨(dú)立的電源來供電，其各部分的功能如表1。與其它傳統(tǒng)制動控制系統(tǒng)相比，EMB具有如下優(yōu)點(diǎn):（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，省去大量管路系統(tǒng)及部件（2）制動

7、響應(yīng)時間短，提高了制動性能（3）系統(tǒng)制造、裝配、測試簡單快捷，采用模塊化結(jié)構(gòu)，維護(hù)簡單（4）采用電線連接，系統(tǒng)耐久性能良好（5）易于改傳輸特性的一些總線標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。這一類總線標(biāo)準(zhǔn)主要有時間觸發(fā)協(xié)議（TTP）、Byteflight和FlexRay。TTP是一個應(yīng)用于分布式實(shí)時控制系統(tǒng)的完整的通信協(xié)議，能夠支持多種容錯策略，具有節(jié)點(diǎn)恢復(fù)和再整合功能BMW公司的Byteflight可用于汽車線控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信，其特點(diǎn)是既能滿足某些高優(yōu)先級消息

8、需要時間觸發(fā)，以保證確定延遲的要求，又能滿足某些消息需要事件觸發(fā)，需要中斷處理的要求FlexRay是一種特別適合下一代汽車應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，具有容錯功能和確定的消息傳輸時間，能夠滿足汽車控制系統(tǒng)的高速率通信要求。（3）動力電源技術(shù)。在EHB系統(tǒng)中，由于制動力矩由液壓提供，所以良好設(shè)計的14V電壓可以滿足要求而在EMB系統(tǒng)中，由于制動力矩直接由電機(jī)提供，使得所需電源功率增大，而提高電壓是增大功率的好方法，所以傳統(tǒng)的14V系統(tǒng)不再能很好地

9、滿足要求在SBW系統(tǒng)中，ECU、2個冗余轉(zhuǎn)矩反饋電動機(jī)和2個冗余轉(zhuǎn)向電動機(jī)，其總功率大約在550～880W，所需電源能量相當(dāng)大。如何提供足夠的電能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行成為解決問題的關(guān)鍵，42V電壓系統(tǒng)的研究和電動汽車的深入研究為此技術(shù)的解決提供了平臺，為線控技術(shù)的廣泛應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。（4）容錯控制技術(shù)。為了滿足汽車可靠性與安全性要求，線控系統(tǒng)必須采用容錯控制技術(shù)，容錯控制設(shè)計方法有硬件冗余方法和解析冗余方法2種。硬件冗余方法主要是通過對重

10、要部件及易發(fā)生故障部件提供備份，以提高系統(tǒng)的容錯性能解析冗余方法主要是通過設(shè)計控制器的軟件來提高整個系統(tǒng)的冗余度，從而改善系統(tǒng)的容錯性能。在SBW系統(tǒng)中，相對于ECU來說，傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)更易發(fā)生故障，一些傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)間存在著冗余，冗余是實(shí)現(xiàn)容錯控制的基礎(chǔ)，一旦某部件發(fā)生故障，利用冗余關(guān)系可用其他部件代替故障部件，以消除故障。相對傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)來說，ECU的可靠性較高，但一旦ECU出現(xiàn)故障時，后果更為嚴(yán)重，系統(tǒng)不能進(jìn)行任何操作?；?/p>

11、于容錯控制技術(shù)的SBW系統(tǒng)，在不影響系統(tǒng)控制功能的情況下，容錯控制技術(shù)提高了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可靠性，保證了車輛的正常行駛及安全性。而可靠性和安全性是制約SBW系統(tǒng)應(yīng)用的主要瓶頸之一。當(dāng)SBW系統(tǒng)的可靠性和安全性能夠達(dá)到普通動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)水平時，其產(chǎn)業(yè)化也就指日可待了。4線控技術(shù)的發(fā)展在輪式工業(yè)車輛上，線控制動系統(tǒng)特別是EHB，得到較為廣泛應(yīng)用。工業(yè)車輛上采用線控制動系統(tǒng)解決了氣壓或氣頂液式制動系統(tǒng)制動滯后時間長、需另外增設(shè)氣動系統(tǒng)、體積大、重量

12、及結(jié)構(gòu)龐大、易造成排氣污染等幾大缺點(diǎn)，從而保證車輛行駛的安全性。并且系統(tǒng)能提供柔性控制，形成多種形式多種用途的制動系統(tǒng)如遠(yuǎn)程線控制動、防抱死以及牽引控制等，這些能夠改進(jìn)工業(yè)車輛控制的系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用?；旌暇€控制動系統(tǒng)是一種新型的制動系統(tǒng)，該系統(tǒng)由德爾福公司推出，主要用于乘用車、SUV和輕型汽車。這種系統(tǒng)將成為采用電子控制的電制動線控技術(shù)的重要基礎(chǔ)，它用后輪電動制動鉗來代替?zhèn)鹘y(tǒng)后輪液壓制動鉗，并與電動駐車制動集成，而傳統(tǒng)的液壓制動鉗真空助

13、力器仍應(yīng)用于前輪制動，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。這種混合型制動系統(tǒng)能使車載的防抱制動系統(tǒng)、牽引力控制系統(tǒng)、車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)更好發(fā)揮功能，提供更好的制動操縱感覺和更好的響應(yīng)。而且該系統(tǒng)將為諸如電駐車制動、上坡行駛防滑、車輛起步助力、車輛下坡行駛提供新功能。這種新技術(shù)將簡化車輛的構(gòu)件組成，并提供更大的內(nèi)部空間布置的自由度。該系統(tǒng)的后輪電制動鉗與一臺直流電機(jī)和機(jī)械變速傳動裝置組成一體，外形尺寸只稍微大于傳統(tǒng)液壓制動鉗。用嵌入式微處理器控制“智能型”后