摘要：汽車的智能化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化是汽車產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展趨勢，隨著自動控制理論和汽車電子控制技術(shù)的成熟與發(fā)展，越來越多的自動控制技術(shù)應(yīng)用于汽車，而汽車線控技術(shù)（X-By-Wire）就是其中之一。本文研究和探討了汽車線控技術(shù)的工作原理，簡要列舉了線控系統(tǒng)的組成及線控技術(shù)的實際應(yīng)用，介紹了線控技術(shù)的前景并深入研究了線控技術(shù)的主要特點——操縱輕便、舒適高效、質(zhì)量輕化。最后，對線控技術(shù)在未來汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用做了展望。

關(guān)鍵詞：汽車線控技術(shù)（X-By-Wire） 線控制動 線控轉(zhuǎn)向 冗余技術(shù) 總線技術(shù)

中圖分類號： U463 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（c）-0000-00

1引言

汽車線控技術(shù)（X-By-Wire）最早應(yīng)用于飛機，被稱為電傳操縱技術(shù)（Fly-By-Wire）。其基本原理是將飛機的各類信號通過傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，將電信號輸入到ECU，ECU輸出控制指令控制各執(zhí)行器（副翼、升降舵等）動作，從而控制飛機的航向和高度等。汽車線控技術(shù)由飛機的線控技術(shù)演化而來，同樣有傳感器、控制器和執(zhí)行器等組成，由導(dǎo)線和電子元器件取代了傳統(tǒng)的機械和液壓傳動裝置，將駕駛員的動作指令傳遞到執(zhí)行器，結(jié)構(gòu)大為簡化。線控技術(shù)的應(yīng)用，簡化了汽車的機械結(jié)構(gòu)，降低了汽車的整車整備質(zhì)量，提高了汽車燃油經(jīng)濟性；增加了發(fā)動機艙及底盤的布置空間，方便了其他總成的布置和設(shè)計；線控系統(tǒng)由電信號代替了液壓傳動和機械傳動，幾乎不存在延遲，改善了系統(tǒng)響應(yīng)的及時性，提高了乘客乘坐的舒適性；線控技術(shù)不存在機械失效的形式，與機械和液壓傳動相比，進一步提高了工作可靠性。線控技術(shù)的發(fā)展愈發(fā)智能化，在未來將會有更廣闊的應(yīng)用前景。

2線控技術(shù)的應(yīng)用

2.1線控制動技術(shù)

X-By-Wire中X代表與駕駛相關(guān)的操作或系統(tǒng)，例如轉(zhuǎn)向（Steering）、換擋（Shift）、懸架（Suspension）等，而線控制動技術(shù)就是Braking-By-Wire。線控制動系統(tǒng)主要由傳感器組（包括踏板力和位移傳感器、車速傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器等）、電子控制單元、電機制動模塊和電子通信網(wǎng)絡(luò)等組成。傳感器將駕駛員踩制動踏板的動作轉(zhuǎn)換為電信號，輸入ECU。ECU根據(jù)輸入的電信號分析虛擬踏板力的大小，進而決定最佳制動力的大小并以電信號的形式輸出至電機制動模塊。電機制動模塊根據(jù)輸入電信號的大小動作，對車輪進行制動。

線控制動系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一在于電機制動模塊。同機械式制動系統(tǒng)類似，依據(jù)制動器的結(jié)構(gòu)形式，線控制動系統(tǒng)的制動器也分為兩大類：電機鼓式制動器和電機盤式制動器。鼓式制動器雖然具有較好的增力作用，但其涉水性能和抗熱衰退性遠不如盤式制動器，因此其制動穩(wěn)定性較差。電機盤式制動器又分為兩類，自增力式和無自增力式。其中，自增力式盤式制動器由于存在楔塊自增力機構(gòu)，改善了制動效果，減少了功率消耗，因而可以設(shè)計成較小的尺寸，具有更廣闊的應(yīng)用前景。

奔馳、博世、西門子等眾多知名公司都致力于汽車線控制動技術(shù)的研究，并取得了一系列研究成果。SKF公司，曾與意大利一家制動系統(tǒng)生產(chǎn)廠商聯(lián)合推出一款概念車。該車搭載了線控制動系統(tǒng)，曾于瑞士日內(nèi)瓦車展亮相，成為此次車展的一大亮點。此外，德爾福公司曾推出一款混合制動的新車型。該車后輪采用了電動制動鉗，結(jié)合電子控制，為以后線控制動技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。隨著線控制動技術(shù)的成熟與發(fā)展，越來越多的車型將會采用線控制動系統(tǒng)。線控制動技術(shù)將會成為汽車領(lǐng)域繼ABS之后又一革命性技術(shù)。

2.2線控轉(zhuǎn)向技術(shù)

線控轉(zhuǎn)向技術(shù)（Steering -By-Wire），是指省去了轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間的機械結(jié)構(gòu)，利用傳感器和電子元器件將駕駛員的轉(zhuǎn)向指令轉(zhuǎn)換為電信號輸入ECU，ECU輸出控制信號給執(zhí)行器，執(zhí)行器控制轉(zhuǎn)向輪動作，完成轉(zhuǎn)向操作。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由數(shù)字傳感器、電子控制單元、實時軟件、電子動力轉(zhuǎn)向裝置等組成。

在線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，車速傳感器用于檢測車速信號，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器和轉(zhuǎn)矩傳感器用于檢測轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩的大小，電子控制器ECU綜合車速、轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩信號，向轉(zhuǎn)向電動機輸入轉(zhuǎn)向信號控制轉(zhuǎn)向輪動作，完成駕駛員的轉(zhuǎn)向指令。同時，ECU還會向反饋電動機輸入信號，模擬轉(zhuǎn)向盤的反饋力矩，使駕駛員得到較適宜的路感信息。

此外，電子控制器ECU還具有類似于糾錯的功能，能夠?qū)︸{駛員操作指令或汽車狀態(tài)進行識別。當(dāng)駕駛員操作失誤或者汽車處于非穩(wěn)定狀態(tài)時，ECU會自動過濾錯誤信號或向轉(zhuǎn)向電動機輸出動作信號控制轉(zhuǎn)向輪，使汽車盡可能保持穩(wěn)定狀態(tài)。

2.3線控油門技術(shù)

線控油門技術(shù)，亦即電子節(jié)氣門技術(shù)。線控油門的基本原理同線控制動的工作原理類似。線控油門系統(tǒng)由加速踏板傳感器、控制器、傳遞線路以及節(jié)氣門執(zhí)行器組成。線控油門系統(tǒng)分析駕駛員施加于加速踏板上的壓力，對節(jié)氣門開度進行控制。線控油門系統(tǒng)的傳感器主要包括加速踏板傳感器、節(jié)氣門開度傳感器、車速傳感器、氧傳感器等。工作時，駕駛員對加速踏板施加壓力，加速踏板傳感器采集加速踏板上的壓力信號并將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號，電信號通過回路傳遞給電子控制器ECU。ECU綜合來自加速踏板傳感器、車速傳感器以及氧傳感器的信號并加以分析和處理，輸出控制信號。根據(jù)來自ECU的控制信號的情況，節(jié)氣門執(zhí)行器增大或減小節(jié)氣門開度，從而改變進入進氣歧管的空氣量，改變空燃比。節(jié)氣門執(zhí)行器通常為一伺服電機，由ECU的控制信號控制其正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。

線控油門技術(shù)已有較為普遍的應(yīng)用，本田雅閣即是較早應(yīng)用線控油門技術(shù)的車型之一。與傳統(tǒng)的油門相比，線控油門系統(tǒng)省去了從加速踏板到節(jié)氣門的機械傳動機構(gòu)，減少了延遲，提高了響應(yīng)的及時性。

3 線控技術(shù)的局限

3.1車用42V電源系統(tǒng)的開發(fā)

線控系統(tǒng)的執(zhí)行器主要是大功率的電動機以及伺服電機。線控系統(tǒng)的執(zhí)行器相對于傳統(tǒng)的執(zhí)行器功率而言消耗極高，例如一個轉(zhuǎn)向電動機功率為550～800W，而電機盤式制動器的功率大約為1000W。現(xiàn)有的車載12V電源系統(tǒng)無法滿足線控系統(tǒng)的高功率要求，因此，必須對現(xiàn)有的車用電源系統(tǒng)進行升級。研究表明，42V電源系統(tǒng)能較好的滿足線控系統(tǒng)的要求，有利于電動執(zhí)行器的優(yōu)化布置。但與此同時，電壓升高后會帶來電弧放電、電磁噪聲、絕緣和耐蝕性等一系列技術(shù)問題。

3.2 傳感器開發(fā)應(yīng)用

車用傳感器是隨汽車工業(yè)的發(fā)展而成熟。傳感器技術(shù)的應(yīng)用極大地促進了汽車的智能化發(fā)展，而線控技術(shù)對傳感器的依賴程度更高。線控技術(shù)必須以車速傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩傳感器、橫擺角速度傳感器、車身位移傳感器等一系列傳感器為基礎(chǔ)才能實現(xiàn)。傳感器的數(shù)據(jù)采集及轉(zhuǎn)換的準確度極大地制約了線控技術(shù)控制的精確度。因此，精度高、尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠的傳感器的研制開發(fā)也是X-By-Wire的關(guān)鍵技術(shù)之一。

3.3高可靠性的冗余技術(shù)

線控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度越高，其可靠性就越低，任何一個電子元器件的失效都將對行車安全帶來嚴重的威脅。在線控系統(tǒng)的設(shè)計中，引入了“冗余技術(shù)”的理念，即容錯。傳感器冗余、執(zhí)行器冗余等將在很大程度上提高線控系統(tǒng)的工作可靠性。

3.4總線技術(shù)

總線技術(shù)是實現(xiàn)線控技術(shù)的前提條件。國際眾多知名汽車公司都致力于總線技術(shù)的研究和開發(fā)，隨著線控技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了多種總線標準。其中，最具代表性的是TTP、Byteflight和FlexRay，特點是具有高速和實時傳輸特性。在這其中，F(xiàn)lexRay是最具潛力的技術(shù)之一，得到了眾多汽車廠商的支持。汽車的控制系統(tǒng)應(yīng)具有較高的通信速率，未來的總線技術(shù)首先必須滿足下一代車用網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的要求。其次，如3.3所述，由于在線控系統(tǒng)中引入了冗余技術(shù)，總線技術(shù)必須能夠支持多種容錯策略。此外，總線技術(shù)還要滿足中斷處理的要求。

3.5成本高昂

成本問題也極大的限制了線控系統(tǒng)的研發(fā)與推廣。線控系統(tǒng)中增加了大量傳感器及芯片的應(yīng)用，而電子產(chǎn)品研發(fā)及應(yīng)用增加了汽車生產(chǎn)的成本。調(diào)查顯示，電子設(shè)備的成本已占整車生產(chǎn)成本的30%以上，而引入線控系統(tǒng)后電子設(shè)備成本所占比例將會更大。作為新興的技術(shù)產(chǎn)業(yè)，新研發(fā)的電子產(chǎn)品通常都具有較高的價格，隨著技術(shù)的成熟以及產(chǎn)品的更新?lián)Q代，相信線控系統(tǒng)的成本將會有所降低。

4 國內(nèi)外研究下現(xiàn)狀及展望

2002年巴黎車展上，通用公司曾推出一款叫做“Hy-wire”線控燃料電池車，Hy-wire意為“氫燃料驅(qū)動一線傳操控”。2003年，日本豐田公司在紐約國際車展上展示了一款概念車，該車即采用了Steering -By-Wire技術(shù)；2004 年，德爾福公司推出了混合線控制動系統(tǒng)（Hybrid Brake-by-wire），它在兩個后制動輪上用電機盤式制動器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)液壓盤式制動器，同時還搭載了電動駐車制動；而奔馳公司推出的 SL 500 和 SL 350 ，是世界上首次采用線控制動技術(shù)的量產(chǎn)車型。我國線控技術(shù)研究起步較晚，吉林大學(xué)、同濟大、武漢理工大學(xué)、南京理工大學(xué)等院校以及眾多科研機構(gòu)對線控技術(shù)正進行相關(guān)研究，線控技術(shù)正成為我國汽車領(lǐng)域的重點研究課題。2004，同濟大學(xué)研制出搭載了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的“春暉三號”并于工博會上展出，該車取消了轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向器之間的機械連接，成為展會的亮點之一?？梢灶A(yù)見，線控技術(shù)若能有效解決五個方面的主要技術(shù)局限，以其智能化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化的優(yōu)勢，必將成為未來汽車技術(shù)的發(fā)展方向之一。

5結(jié)語

線控技術(shù)的應(yīng)用，以電子線路和電子元器件取代了傳統(tǒng)的機械和液壓傳動裝置，使汽車變得更加輕量化和智能化，改善了汽車的動力性、經(jīng)濟性以及乘坐舒適性，使得線控汽車具有傳統(tǒng)汽車無可比擬的優(yōu)勢。盡管線控技術(shù)的發(fā)展還不成熟，一些關(guān)鍵技術(shù)還存在局限尚未得到解決，但線控技術(shù)實現(xiàn)了高精度的電子控制，是未來實現(xiàn)汽車自動駕駛以及車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵所在，因而具有極其重要的意義，是汽車發(fā)展史上的轉(zhuǎn)折點。預(yù)計在不久的將來，線控技術(shù)將成為車輛的主要發(fā)展方向，經(jīng)過進一步的研發(fā)和推廣，線控技術(shù)將更加成熟，線控技術(shù)在汽車領(lǐng)域?qū)⒂懈鼜V泛的應(yīng)用。線控技術(shù)在汽車工業(yè)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展和應(yīng)用，必將帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟效益，推進汽車工業(yè)跨上一個新臺階。

參考文獻

[1]彭曉燕，董曉丹，章兢.汽車線控制動系統(tǒng)的可靠性分析和容錯技術(shù)研究[J]. 汽車工程. 2009（07）.

[2]黃源.線控制動系統(tǒng)制動力分配策略研究[D]. 湖南大學(xué) 2011.

[3]施國標，趙萬忠，王成玲，李強，林逸. 線控轉(zhuǎn)向變傳動比控制對車輛操縱穩(wěn)定性的影響[J]. 北京理工大學(xué)學(xué)報. 2008（03）.

[4]何仁，李強. 汽車線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 交通運輸工程學(xué)報. 2005（02）.

[5] Nathan Ray Trevett.X-By-Wire，New Technologies for 42V Bus Automobile of the Future.South Carolina Honors College，2002.

[6]任桂周，侯全，曲金玉.汽車電子新興技術(shù)—線控技術(shù)[J].汽車電器，2007