智能網(wǎng)聯(lián)汽車的線控技術(shù)研究

喬露露 文森淼

摘要：汽車發(fā)展越來越趨于智能化、網(wǎng)聯(lián)化，自動(dòng)駕駛功能已經(jīng)開始在某些車型上運(yùn)用，智能網(wǎng)聯(lián)汽車不僅提升了汽車的舒適性、安全性、操控穩(wěn)定性，更是影響著整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，而線控技術(shù)的運(yùn)用正影響著智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展。本文通過介紹什么是智能網(wǎng)聯(lián)汽車和智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展基礎(chǔ)上，從線控制動(dòng)系統(tǒng)、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、線控?fù)Q擋系統(tǒng)、線控油門系統(tǒng)、線控懸架系統(tǒng)五方面研究線控技術(shù)的工作原理以及線控技術(shù)的特點(diǎn)，最后結(jié)合線控技術(shù)的現(xiàn)狀分析未來發(fā)展趨勢(shì)和存在的困境。

Abstract： The car is becoming more and more tend to be more intelligent development， snatched， automatic driving function has been started some models use， intelligent made not only improved the car's comfort， safety， handling stability， but also affects the development of the whole automobile industry chain， and the use of drive-by-wire technology is affecting the development of intelligent made cars. Introduced in this paper， through what is intelligence made on the basis of the development of the automotive and intelligent snatched the， from the line control system， wire control steering system， line control system of shift and line containment door system， line control suspension system of drive-by-wire technology five aspects of working principle and the characteristics of the drive-by-wire technology， finally combining drive-by-wire technology development status quo of looking to the future development trend and the existing difficulties.

關(guān)鍵詞：智能網(wǎng)聯(lián);線控技術(shù);控制單元;傳感器

Key words： Intelligent Network;wire-control technology;ECU;the sensor

中圖分類號(hào)：U46 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2022）03-0239-03

0 ?引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，汽車迎來了“四化”的大挑戰(zhàn)，即電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化。智能網(wǎng)聯(lián)汽車的產(chǎn)生將改變和引領(lǐng)著整個(gè)汽車制造業(yè)的發(fā)展和革新，也給人們的出行帶來更便捷和舒適。汽車線控技術(shù)直接影響著汽車的智能控制，它代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，不僅節(jié)省空間，對(duì)汽車的運(yùn)動(dòng)控制更準(zhǔn)確，響應(yīng)速度更快，提高了舒適性和安全性。據(jù)2020年國務(wù)院辦公廳發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2020-2035年）》，高級(jí)別自動(dòng)駕駛汽車將有望實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用，而行業(yè)現(xiàn)在有一個(gè)共識(shí)“無線控，不自動(dòng)駕駛”，充分體現(xiàn)了線控底盤技術(shù)在新能源自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的核心地位，有望迎來規(guī)模爆發(fā)期。[1]

1 ?智能網(wǎng)聯(lián)汽車

智能網(wǎng)聯(lián)汽車（Intelligent Connected Vehicle，簡(jiǎn)稱ICV），是車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能汽車技術(shù)所形成的有機(jī)體。智能網(wǎng)聯(lián)汽車能夠通過互聯(lián)網(wǎng)和車載傳感器收集到的信號(hào)（比如地圖、汽車位置、車速等行駛工況）傳送給控制器進(jìn)行分析計(jì)算發(fā)出指令給執(zhí)行器來控制車輛實(shí)現(xiàn)智能化和自動(dòng)駕駛等功能。智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要借助通信技術(shù)，達(dá)到讓汽車與人、汽車與汽車、汽車與道路、汽車與服務(wù)平臺(tái)數(shù)據(jù)信息共享，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換的深度融合。智能駕駛是利用信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)汽車性能的全面提升。[2]2017年由工信部、國家標(biāo)準(zhǔn)委共同制定的《國家車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（智能網(wǎng)聯(lián)汽車）》對(duì)什么是智能網(wǎng)聯(lián)汽車給出了明確的定義，也為智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展指明了方向。智能網(wǎng)聯(lián)汽車的應(yīng)用可以提高駕駛的安全性、減輕駕駛者的疲勞、降低交通擁堵，達(dá)到節(jié)能減排等效果。

2 ?線控技術(shù)

汽車線控技術(shù)可以通過對(duì)傳感器接收到信號(hào)處理控制汽車的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)駕駛的自動(dòng)化。線控技術(shù)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，智能網(wǎng)聯(lián)汽車通過車身電器對(duì)環(huán)境感知、路徑規(guī)劃，由線控技術(shù)執(zhí)行控制完成具體智能化動(dòng)作。目前，線控技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于某些高檔轎車、超級(jí)轎跑和概念車上，另外在一些工業(yè)用車上，比如：礦用防爆運(yùn)輸車輛應(yīng)用也較多。汽車線控技術(shù)主要有：線控制動(dòng)系統(tǒng)、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、線控?fù)Q擋系統(tǒng)、線控油門系統(tǒng)、線控懸架系統(tǒng)。

2.1 線控制動(dòng)系統(tǒng)

傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)采用真空助力器和制動(dòng)缸來放大駕駛員所產(chǎn)生的制動(dòng)力，制動(dòng)能源主要來源于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管和大氣壓形成的壓差，新能源汽車取消了發(fā)動(dòng)機(jī)用電子真空泵產(chǎn)生負(fù)壓實(shí)現(xiàn)助力。傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)只能依靠人的操作，不能根據(jù)行駛路況實(shí)現(xiàn)主動(dòng)制動(dòng)，或在四個(gè)車輪分別行駛在不同摩擦系數(shù)的路面上時(shí)主動(dòng)調(diào)控四個(gè)車輪的制動(dòng)壓力，制動(dòng)響應(yīng)速度較慢，精確度不高。

汽車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)系到汽車駕駛的安全性，所以線控制動(dòng)技術(shù)是底盤線控技術(shù)中最關(guān)鍵和難度最高的。傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)采用液壓制動(dòng)，制動(dòng)管路多且長，制動(dòng)響應(yīng)速度慢，有延遲現(xiàn)象，這樣大大影響了行車安全性。而線控制動(dòng)系統(tǒng)用電線取代液壓管路，用電信號(hào)傳輸，又快又準(zhǔn)確。線控制動(dòng)系統(tǒng)分為液壓式線控制動(dòng)系統(tǒng)（Electronic Hydraulic Brake System，簡(jiǎn)稱EHB）和電子機(jī)械線控制動(dòng)系統(tǒng)（Electro Mechanical Brake，簡(jiǎn)稱EMB）。無論是哪種線控制動(dòng)系統(tǒng)都是在傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)上發(fā)展起來的。線控制動(dòng)系統(tǒng)用電線和數(shù)據(jù)線將制動(dòng)踏板和制動(dòng)器連接起來，駕駛員對(duì)制動(dòng)踏板的操作行程由踏板傳感器形成的位移信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)傳送給電子控制單元，電子控制單元結(jié)合車速信號(hào)通過計(jì)算判斷出制動(dòng)意圖，對(duì)液壓泵或執(zhí)行電機(jī)發(fā)出指令進(jìn)行制動(dòng)，同時(shí)制動(dòng)力的實(shí)施也會(huì)通過制動(dòng)踏板反饋給駕駛員。線控制動(dòng)系統(tǒng)工作原理如圖1。

應(yīng)用車型：博世生產(chǎn)的iBooster在保時(shí)捷918、蔚來、榮威Ei5、小鵬P7車上;大陸生產(chǎn)的MK C1在阿爾法羅密歐、寶馬X7上。

2.2 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

傳統(tǒng)的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要分為液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要借助發(fā)動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)助力的，雖然能幫助駕駛員減輕轉(zhuǎn)向阻力，但它的缺點(diǎn)是不能根據(jù)汽車的轉(zhuǎn)向的需求提供相應(yīng)大小的助力，即在低速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低，提供的助力小，高速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大，提供的助力大，造成助力的遲滯和能源的浪費(fèi)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由電機(jī)實(shí)現(xiàn)助力轉(zhuǎn)向，由于受電機(jī)功率的受限，只能在轉(zhuǎn)向負(fù)荷較小的小型車輛上使用。

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是將駕駛員對(duì)方向盤的操縱信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳送給電子控制單元，對(duì)數(shù)據(jù)處理后用電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪齒條轉(zhuǎn)向器實(shí)現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)去除了從方向盤到轉(zhuǎn)向器之間的機(jī)械操縱桿件和液壓系統(tǒng)，增加了一套主動(dòng)控制系統(tǒng)。不僅從汽車零部件布局上節(jié)省了空間，可以獲得更快的響應(yīng)速度，在行駛安全性和駕駛操縱性方面也得到了很大的改善，推動(dòng)了汽車集成化、網(wǎng)聯(lián)化、模塊化、智能化的快速發(fā)展。另外，通過主動(dòng)控制可以實(shí)現(xiàn)車道保持功能、自動(dòng)泊車甚至自動(dòng)駕駛等輔助駕駛功能。線控轉(zhuǎn)向系主要由路感反饋系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向傳感系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向執(zhí)行器組成。詳見表1。

當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，傳感器會(huì)將轉(zhuǎn)向意圖轉(zhuǎn)化成電信號(hào)傳送給電子控制單元，電子控制單元會(huì)根據(jù)行駛車速信號(hào)和梯形臂上的轉(zhuǎn)角傳感器信號(hào)控制反饋電機(jī)，以達(dá)到增強(qiáng)駕駛員手感和方向盤回正，同時(shí)，電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)向反饋電機(jī)生成的反饋力矩、模擬方向盤力給轉(zhuǎn)向電機(jī)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，結(jié)合駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖，從而對(duì)轉(zhuǎn)向器進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)向輪的控制，如圖2。

應(yīng)用車型：雪鐵龍C_Crosser概念車、英菲尼迪、Daimlerchrysler概念車“R129”、奔馳概的F400 Carvin等。

2.3 線控?fù)Q擋系統(tǒng)

傳統(tǒng)的變速器換擋機(jī)構(gòu)采用桿式或繩索式，換擋桿與變速器齒輪機(jī)構(gòu)之間有復(fù)雜的部件。傳統(tǒng)換擋桿體積大，布置位置死板，影響美觀。

線控?fù)Q擋系統(tǒng)的換擋裝置取代了這種老式的桿式換擋桿的，采用撥片式、旋鈕式或按鈕式等電子換擋方式，布置更為靈活。線控?fù)Q擋系統(tǒng)沒有了桿件和拉線的操控，而是通過電控來實(shí)現(xiàn)，使得整個(gè)變速器換擋系統(tǒng)變得小巧、輕便和智能化。線控?fù)Q擋系統(tǒng)主要由傳感器、換擋按鈕、電子控制單元組成。使得換擋更準(zhǔn)確，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和車速可以完美匹配，提高了燃油利用率，減少廢氣排放。當(dāng)駕駛員操縱換擋按鈕時(shí)，傳感器將這一操作變成電信號(hào)傳送給電子控制單元，電子控單元會(huì)結(jié)合其他傳感器傳送過來的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算分析，如：車速傳感器、節(jié)氣門開度傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)等，判斷駕駛員的操作請(qǐng)求是否恰當(dāng)，分析是否是駕駛員的誤操作。如果判斷操作無誤，電子控制單元會(huì)控制變速器的電磁閥實(shí)現(xiàn)檔位的變換，同時(shí)檔位信息也會(huì)通過子數(shù)據(jù)線傳送到儀表顯示盤上。如果判斷為駕駛員是誤操作，電子控制單元會(huì)終止發(fā)出指令，比如：在快速行駛過程中突然掛入倒擋，電子控制單元會(huì)結(jié)合車速傳感器信號(hào)做出誤操作的判斷。

應(yīng)用車型：林肯MKC、寶馬7系、克萊斯勒等。

2.4 線控油門系統(tǒng)

傳統(tǒng)的油門控制是將油門踏板和節(jié)氣門用拉線連接，駕駛員對(duì)油門踏板的操作通過拉線直接控制節(jié)氣門的開度的大小，油門成了唯一一個(gè)決定噴油量多少的因素雖然響應(yīng)速度快，但往往會(huì)因?yàn)椴僮鞑划?dāng)造成發(fā)動(dòng)機(jī)的損壞，燃油的浪費(fèi)和環(huán)境的污染。線控油門系統(tǒng)是在油門踏板處安裝了油門踏板位置傳感器，將駕駛員對(duì)油門踏板的操作轉(zhuǎn)化成電信號(hào)電子控制單元，電子控制單元控制安裝在節(jié)氣門位置處的電動(dòng)機(jī)，從而控制節(jié)氣門的開度。線控油門系統(tǒng)不僅接收油門踏板位置傳感器的信號(hào)，還綜合車速信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)等傳感器信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，準(zhǔn)確判斷出駕駛員對(duì)油門踏板做出的操作意圖，從而提高燃油經(jīng)濟(jì)性和行駛穩(wěn)定性。

應(yīng)用車型：長安EV460、寶馬i3、TeslaModel X等。

2.5 線控懸架系統(tǒng)

傳統(tǒng)的懸架分為獨(dú)立懸架和非獨(dú)立懸架，主要由螺旋彈簧/鋼板彈簧、減震器和不同導(dǎo)向機(jī)構(gòu)組成。傳統(tǒng)的懸架系統(tǒng)不能根據(jù)路況改變彈簧的彈性系數(shù)和減震器的阻尼系數(shù)，不僅影響到了乘坐的舒適性，對(duì)汽車的橫向穩(wěn)定性和操控性都不好把控。

懸架系統(tǒng)關(guān)乎到汽車的舒適性和操控性，而隨著技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)汽車的舒適性的要求越來越高，線控懸架的到來正好能滿足這一點(diǎn)。線控懸架是一種主動(dòng)懸架，較傳統(tǒng)懸架可以改變空氣彈簧的彈性系數(shù)、減震器的阻尼系數(shù)和車身高度從而適應(yīng)不同的工作狀況。當(dāng)汽車正常行駛時(shí)，車身高度傳感器能感受到路面的顛簸并轉(zhuǎn)化成電信號(hào)傳送給懸架控制單元，同時(shí)還有車速傳感器、加速傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器、剎車信號(hào)等傳感器將這些信號(hào)傳送給懸架控制單元，懸架控制單元將這些信號(hào)進(jìn)行處理后，輸出改變空氣彈簧的軟硬（彈性系數(shù)）和減震器的剛度（阻尼系數(shù)），從而提高行車舒適性操縱穩(wěn)定性，穩(wěn)定車身，防止車輛在急轉(zhuǎn)彎時(shí)車身發(fā)生傾斜或造成急加速急減速時(shí)的頭點(diǎn)地和后仰問題。另外當(dāng)碰到障礙物或汽車載荷發(fā)生變化時(shí)時(shí)，懸架還可以通過車身高度傳感器檢測(cè)離地距離，改變車身的高度，提高汽車的通過性能。

應(yīng)用車型：奔馳S600、通用凱迪拉克的MRC、寶馬7系等。

3 ?線控技術(shù)的特點(diǎn)

①線控技術(shù)用電信號(hào)取代了機(jī)械桿件和液壓系統(tǒng)，在降低噪聲和減少震動(dòng)的同時(shí)，可為汽車零部件的布置節(jié)省很多空間，電線的布置變得更靈活，增加了汽車的設(shè)計(jì)空間;線控技術(shù)降低部件的復(fù)雜性，減少汽車自重量，減少燃油消耗率，減少液壓系統(tǒng)和機(jī)械桿件的故障率;

②線控技術(shù)采用電信號(hào)的傳輸方式，響應(yīng)速度更快，更敏捷;線控技術(shù)可以提前預(yù)判駕駛員的行為，進(jìn)行提前干預(yù)，在緊急情況下發(fā)揮作用，減少交通事故，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)減少了轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)，在發(fā)生碰撞時(shí)減少了轉(zhuǎn)向柱對(duì)駕駛員因?yàn)閼T性前傾的危險(xiǎn)，提高行車安全性，減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失;

③線控技術(shù)涉及到多個(gè)電機(jī)和控制單元的計(jì)算，需要增加額外的成本，所以應(yīng)用范圍還不是特別廣;線控技術(shù)還沒有制定統(tǒng)一的通訊協(xié)議，其通用性和兼容性有待提高。線控技術(shù)涉及到的零部件小，加工精密度高，加工工藝復(fù)雜等因素的影響，就目前技術(shù)水平要想達(dá)到批量生產(chǎn)難度較高;

④對(duì)于汽車線控技術(shù)來說，會(huì)用到多個(gè)高頻電磁，汽車內(nèi)部存在高頻電磁干擾如電動(dòng)機(jī)和點(diǎn)火線圈會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，電子器件可能會(huì)在這些工況下發(fā)生故障或松動(dòng);復(fù)雜的分析處理算法也可能會(huì)導(dǎo)致程序跑飛等故障情況出現(xiàn)，而駕駛?cè)擞譄o法直接控制發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力大小，一旦這種情況發(fā)生將產(chǎn)生不可預(yù)知的后果。[3]

4 ?展望

目前，我國智能化汽車的發(fā)展還處于發(fā)展階段，仍處于L1、L2階段，到2020年止，裝配有駕駛輔助功能，半自動(dòng)駕駛輔助的汽車已經(jīng)占有市場(chǎng)的50%，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)聯(lián)式環(huán)境感知，輔助駕駛員在復(fù)雜的路況下行車。汽車線控技術(shù)是汽車實(shí)現(xiàn)智能化和無人駕駛的關(guān)鍵。線控技術(shù)不僅取消了繁瑣的機(jī)械桿件和液壓系統(tǒng)，更是實(shí)現(xiàn)新能源汽車?yán)m(xù)航和自動(dòng)駕駛的核心技術(shù)。沒有線控就沒有自動(dòng)駕駛，可見線控技術(shù)對(duì)自動(dòng)駕駛的重要性。線控技術(shù)響應(yīng)速度快，能搞準(zhǔn)確控制從而提高了汽車行車的安全性和操控穩(wěn)定性;線控技術(shù)減少了很多機(jī)械桿件，降低了車本身的重量，從而節(jié)約成本，減少燃油消耗，響應(yīng)環(huán)保政策，另外，在舒適性和汽車設(shè)計(jì)上也得到了非常大的改善。線控技術(shù)是大勢(shì)所趨，但很多技術(shù)被國外市場(chǎng)壟斷，存在“卡脖子”現(xiàn)象，線控技術(shù)涉及到的零部件大多精密較高，比如電磁閥，存在加工難，無法量產(chǎn)的困境急需解決。線控技術(shù)存在設(shè)計(jì)缺陷和技術(shù)不成熟等問題導(dǎo)致事故頻發(fā)，在過去幾年里多品牌汽車先后出現(xiàn)不同的召回。

5 ?結(jié)束語

隨著線控技術(shù)的應(yīng)用，將促進(jìn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展，也將改變和沖刺著整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，人們的出行方式也將被徹底改變。國家在政策上也給予了大力的支持，工信部和交通運(yùn)輸部先后認(rèn)定了多家測(cè)試基地，加快推進(jìn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展。工信部發(fā)布《2020年智能網(wǎng)聯(lián)汽車標(biāo)準(zhǔn)化工作要點(diǎn)》中提到把“加快完善智能網(wǎng)聯(lián)汽車標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)”與“建立智能網(wǎng)聯(lián)汽車標(biāo)準(zhǔn)制定及實(shí)施評(píng)估機(jī)制”作為重點(diǎn)工作內(nèi)容。[4]汽車底盤線控技術(shù)的成熟將加快汽車智能化，無人駕駛汽車的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭雪芹.線控底盤是未來發(fā)展趨勢(shì)[J].汽車縱橫，2021-11.

[2]李妙然，鄒德偉主編.智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)概論[M].

[3]線控油門（TBW）.[EB/OL].[2019-10].https：//www.sohu.com/a/348036684_467757.

[4]《2020年智能網(wǎng)聯(lián)汽車標(biāo)準(zhǔn)化工作要點(diǎn)》中華人民共和國工業(yè)和信息化部，2020-04-16.