線控技術(shù)已經(jīng)被廣泛用于航空業(yè)，用線控制系統(tǒng)來取代傳統(tǒng)的液壓和機械系統(tǒng)已經(jīng)成為技術(shù)發(fā)展的趨勢，采用線控技術(shù)的制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)有望在未來汽車上率先獲得應(yīng)用。國外GM、DELPHI、KOYO、TRW、BENZ等公司已運用線控技術(shù)開發(fā)了概念車。
汽車電子中各種線控制系統(tǒng)或線驅(qū)動系統(tǒng)將迅速發(fā)展，汽車用線控技術(shù)將在今后數(shù)年中大量出現(xiàn)，如線控制動（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）等正在加緊研究開發(fā)。當線控這一目標實現(xiàn)時，汽車將是一種完全的高新技術(shù)產(chǎn)品，發(fā)動機、變速器、傳動軸、驅(qū)動橋、轉(zhuǎn)向機全都不見了，汽車可以說是一臺裝在輪子上的計算機。
一、線控技術(shù)簡介
?。ㄒ唬┚€控技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理
線控技術(shù)（by-wire），就是由“電線”或者電信號實現(xiàn)傳遞控制，而不是通過機械連接裝置來操作的。傳統(tǒng)的操縱汽車的方式是：當駕駛員踩制動、踩油門、換檔、打轉(zhuǎn)向盤時，都是通過機械機構(gòu)來操縱汽車。而線控技術(shù)則是將動作轉(zhuǎn)化為電信號，由電線來傳遞指令操縱汽車。
線控技術(shù)是在控制單元和執(zhí)行器之間用電子裝置取代傳統(tǒng)的機械連接裝置或液壓連接裝置，由電線取代機械傳動部件，取消了機械結(jié)構(gòu)，賦予汽車設(shè)計新的空間。
線控系統(tǒng)需要高性能的控制器，比如由Freescale半導體公司提供的MPC500/MPC5500系列微處理器。還需要有精確高速的通訊協(xié)議網(wǎng)絡(luò)、容錯技術(shù)和分配獨立處理功能的模塊。
線控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)原理是：駕駛員的操縱指令通過人機接口轉(zhuǎn)換為電信號傳到執(zhí)行機構(gòu)，控制執(zhí)行機構(gòu)的動作；傳感器感知功能裝置的狀態(tài)，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(tǒng)在人機接口通訊、執(zhí)行機構(gòu)和傳感機構(gòu)之間，以及與其他的系統(tǒng)之間要進行大量的信息傳輸，要求網(wǎng)絡(luò)的實時性好、可靠性高，而且要求具有冗余的“功能實現(xiàn)”，以保證在故障時仍可實現(xiàn)裝置的基本功能。
（一）線控技術(shù)的特點
1．線控技術(shù)的優(yōu)點
a.省力，人們可以不用直接操作機械力。
b.由于操縱控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，這樣就減少了正面碰撞時的潛在危險性，改善了汽車的安全性和舒適性，并為汽車設(shè)計提供了更大的設(shè)計空間。
c.便于實現(xiàn)個性化設(shè)計，由于駕駛特性如制動、轉(zhuǎn)向、加速等過程都是程序設(shè)定的，設(shè)計師可設(shè)計不同的程序供用戶選擇。
d.比質(zhì)量輕，性能高（響應(yīng)快）。線控系統(tǒng)取消了許多機械連接裝置、液壓裝置和氣壓裝置，簡化了結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝，便于實現(xiàn)汽車輕量化。
e.維護用品可大大減小，減少維護費用。取消機械和液壓連接可減少車身質(zhì)量并簡化維護工作，可能磨損的部件更少了，如使用線控制動無需制動液，使汽車更為環(huán)保，減少維護。
f.可以將汽車的車內(nèi)娛樂裝置也集成到網(wǎng)絡(luò)之中，使得汽車導航和自動駕駛成為可能，整個汽車就是一個完整的電路整體。
g.安裝測試簡單快捷，更穩(wěn)固的電子接口（模塊結(jié)構(gòu)），隔板間無機械連接，簡單布置就能增加電子控制功能。
2．線控技術(shù)的缺點
電子設(shè)備還相當?shù)牟豢煽俊姶鸥蓴_、器件失效、軟件程序的設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)攻擊等等。一旦電路失效而沒有機械冗余就會導致災(zāi)難性的后果——轉(zhuǎn)向失靈、油門難以控制和不能制動!所以線控技術(shù)研究的重點應(yīng)該是系統(tǒng)的可靠性和安全性。
二、線控技術(shù)在汽車上的運用
?。ㄒ唬┚€控制動（brake by-wire）
線控制動系統(tǒng)由實現(xiàn)電子化的供能裝置、控制裝置、傳動裝置、制動器4個部分組成。ECU（電控單元）對制動系統(tǒng)進行整體控制，采用全新的電子制動器，每個制動器有各自的控制單元。機械連接逐漸減少，制動踏板和制動器之間的動力傳遞分離開，取而代之的是電線連接，電線傳遞能量，數(shù)據(jù)線傳遞信號。線控制動是自ABS在汽車上得到廣泛應(yīng)用以來制動系統(tǒng)的又一次飛躍式發(fā)展。
目前線控制動系統(tǒng)分為2種類型：一種是電液制動系統(tǒng)EHB（Electronic-hydraulic Brake），另一種是電子機械制動系統(tǒng)EMB（Electronic-Mechanical Brake）。電液制動系統(tǒng)是將電子與液壓系統(tǒng)相結(jié)合，由電子系統(tǒng)控制，液壓系統(tǒng)提供動力；電子機械制動系統(tǒng)則用電線取代傳統(tǒng)制動系統(tǒng)中的空氣或制動液等傳力介質(zhì)，電制動器取代傳統(tǒng)制動器，電子機械制動系統(tǒng)是未來制動系統(tǒng)的發(fā)展方向。線控制動系統(tǒng)的共同特點是都具有踏板轉(zhuǎn)角與踏板力可按比例調(diào)控的電子踏板；具有控制制動力矩與踏板轉(zhuǎn)角相對應(yīng)的程序控制單元；程序控制單元可基于其他傳感器或控制器的輸入信號實現(xiàn)主動制動及其它功能。電子機械制動系統(tǒng)與傳統(tǒng)制動系統(tǒng)的對比如圖2所示。
1．線控制動的優(yōu)點
線控制動目前處于向汽車領(lǐng)域應(yīng)用的研究和改進階段，隨著技術(shù)進步，各種問題會逐步得到解決，線控制動系統(tǒng)最終會取代傳統(tǒng)的以液壓為主的制動控制系統(tǒng)以及電液復合制動系統(tǒng)。線控制動是未來制動系統(tǒng)發(fā)展的方向。線控制動具有傳統(tǒng)制動系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點。
a.結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)質(zhì)量比傳統(tǒng)制動系統(tǒng)減少很多，從而減少了整車質(zhì)量。
b.制動響應(yīng)時間短，提高了制動性能，縮短了制動距離。
c.系統(tǒng)不需要制動液，維護容易、簡單，采用電線連接，系統(tǒng)的耐久性能良好。
d.系統(tǒng)總成的制造、裝配、調(diào)試、標定更快，易于采用模塊化結(jié)構(gòu)。
e.已經(jīng)開發(fā)出具有容錯功能的適用于汽車的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，如TTP/C，F(xiàn)lexRay等通訊協(xié)議可以應(yīng)用到線控制動系統(tǒng)中。
f.易于進行改進和增加功能，可以并入汽車CAN通訊網(wǎng)絡(luò)進行集中管理和共享信息。
2．線控制動需要面對的問題
線控制動技術(shù)為將來的智能化車輛提供了條件。基于現(xiàn)在的技術(shù)條件，要全面應(yīng)用線控制動，還有很多問題需要面對。
a.驅(qū)動能源問題。采用線控制動需要較多的電能，目前12V的汽車電源無法提供足夠大的能量，未來的汽車電源系統(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，同時需解決好高壓電源的安全問題。
b.設(shè)計制動系統(tǒng)時必須考慮制動系統(tǒng)的失效問題。不論是ECU、傳感器、制動器本身、線束失效，都應(yīng)能使制動系統(tǒng)保證制動的基本性能，除了ECU可以采用冗余設(shè)計外，實現(xiàn)線控制動的一個關(guān)鍵技術(shù)是制動系統(tǒng)失效時的信息通訊協(xié)議，如TTP/C等的研究應(yīng)用。
c.實現(xiàn)線控制動系統(tǒng)和汽車底盤其他控制系統(tǒng)的集成，仍有待研究。
d.成本比原有液壓制動系統(tǒng)高，提高線控制動系統(tǒng)的性價比也是需要解決的問題。
3．線控制動的應(yīng)用
隨著技術(shù)的進步，上述的各種問題會逐步得到解決。戴姆勒-克萊斯勒汽車公司已經(jīng)把一種線控制動系統(tǒng)——測控一體化制動系統(tǒng)安裝在奔馳乘用車上，它是一種功能強大的機電一體化的系統(tǒng)。在汽車運行中，系統(tǒng)感知制動踏板的動作，并把相關(guān)信息傳遞給控制單元，控制單元發(fā)出指令給執(zhí)行器，執(zhí)行器控制各個車輪的制動，它可以根據(jù)制動踏板的加速度來識別是否是緊急制動，并做出迅速反應(yīng)，縮短制動距離，這種系統(tǒng)會增加駕駛員的安全感和舒適感，使停車過程平順。不久的將來會有更多的線控制動系統(tǒng)得到應(yīng)用，很多汽車和零部件廠商都進行了線控制動系統(tǒng)的研究和推廣，博世、西門子、特維斯等公司已經(jīng)研制出一些試驗成果，線控制動系統(tǒng)必將取代傳統(tǒng)制動系統(tǒng)，汽車底盤進一步一體化、集成化，制動系統(tǒng)性能也會發(fā)生質(zhì)的飛躍。
在2001年日內(nèi)瓦汽車展上亮相的Bertone - SKFFilo概念車采用的線控制動系統(tǒng)就是由SKF與意大利著名制動系統(tǒng)生產(chǎn)商Brembo合作完成的。該車使用了駕駛員操作系統(tǒng)GUIDA，并進行了部分改進。當需要制動時，駕駛員只需雙手擠壓GUIDA的手柄。
一個數(shù)字化的命令通過導線傳遞給每個車輪上的SKF智能機電執(zhí)行器單元，執(zhí)行器將電信號轉(zhuǎn)換成動作，對制動蹄片施加制動力，完成車輛制動。在SKF線控制動系統(tǒng)中，每個車輪的制動是獨立的，并且都有備用系統(tǒng)。
?。ǘ┚€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網(wǎng)絡(luò)相連接的控制單元、執(zhí)行器、傳感器和冗余電控單元組成，如圖3所示，取消了轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的機械連接，完全由電實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，擺脫了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各種限制。不但可以自由設(shè)計汽車轉(zhuǎn)向的力傳遞特性，而且可以設(shè)計汽車轉(zhuǎn)向的角傳遞特性，給汽車轉(zhuǎn)向特性的設(shè)計帶來無限的空間。
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、攝像機等），向轉(zhuǎn)向輔助系統(tǒng)ECU提供環(huán)境檢測數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)和環(huán)境檢測數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)總線實時傳送給電子控制單元ECU，ECU按照駕駛員的轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)和環(huán)境檢測數(shù)據(jù)，控制轉(zhuǎn)向執(zhí)行器動作實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，并將車輪的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)矩和路感等反饋給駕駛員。為確保轉(zhuǎn)向系統(tǒng)安全可靠，系統(tǒng)設(shè)置了冗余電控單元，在緊急情況下，系統(tǒng)會忽略錯誤信息，使車輛安全平穩(wěn)地運行。
1．線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)點
線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能滿足環(huán)保、節(jié)能和安全的汽車工業(yè)發(fā)展方向，是整個汽車智能化和自動化的線控技術(shù)的一個分支，具有良好的商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化的市場前景。其優(yōu)點主要有以下幾點。
a.改善了安全性。取消了轉(zhuǎn)向柱等機械連接，避免了撞車事故中轉(zhuǎn)向柱對駕駛員的傷害；電控單元根據(jù)汽車的行駛狀態(tài)對駕駛員的操作做出相應(yīng)的調(diào)整，當汽車運行在非正常工況時，能夠自動對汽車進行穩(wěn)定控制。
b.提高了舒適性。由于取消了機械結(jié)構(gòu)連接，駕駛員的腿部活動空間明顯增大，而且地面的不平和轉(zhuǎn)向輪的不平衡不會傳遞到轉(zhuǎn)向軸上，從而減緩了駕駛員的疲勞。
c.經(jīng)濟性好。取消了轉(zhuǎn)向柱等機械連接，減輕了轉(zhuǎn)向機械結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，降低了汽車零部件的制造成本，改善了整車燃油經(jīng)濟性。
d.操縱穩(wěn)定性好。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)改善了傳統(tǒng)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不能解決的汽車轉(zhuǎn)向過程中轉(zhuǎn)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，控制更加靈敏；具有變傳動比特點的線控系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)的固定轉(zhuǎn)向角傳動比所帶來的轉(zhuǎn)向特性隨著汽車行駛姿態(tài)的不同而變化的缺點；通過優(yōu)化控制穩(wěn)定性因數(shù)，能提高整車的操縱穩(wěn)定性。
e.個性化的設(shè)置?？梢愿鶕?jù)駕駛員的要求設(shè)置轉(zhuǎn)向傳動比和轉(zhuǎn)向盤反饋力矩，以滿足不同駕駛員的要求和適應(yīng)不同的駕駛環(huán)境，與轉(zhuǎn)向相關(guān)的駕駛行為都可以通過軟件來設(shè)置與實現(xiàn)。
2．線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用
2005年12月6～9日，2005上海國際汽車零部件及汽車用品展覽會在上海國際展覽中心舉行，同濟大學自主研發(fā)的“春暉三號—嘉樂”微型電動轎車在展會中亮相?！按簳熑枴螛贰笨崴萍讱はx，其最大亮點就是采用了線控轉(zhuǎn)向技術(shù)。屬于線控轉(zhuǎn)向四輪驅(qū)動的微型概念車。
863計劃電動汽車專項首席科學家、同濟大學校長萬鋼教授領(lǐng)銜研發(fā)了“線控轉(zhuǎn)向四輪驅(qū)動微電動轎車技術(shù)”汽車。汽車的4個車輪邊上各有一個輪轂電機，通過線傳電控技術(shù)控制車輪的轉(zhuǎn)向和車速，提高了整車的主動安全性和操縱穩(wěn)定性。同時，該車采用了高能蓄電池和小型氫燃料電池的混合動力，凸顯出環(huán)保、節(jié)能的理念。
（三）線控油門（throttle by-wire）
線控油門，也稱為電控油門，即發(fā)動機的油門是通過電子控制的。傳統(tǒng)的油門控制方式是駕駛員通過踩油門踏板，由油門拉桿直接控制發(fā)動機油門的開合程度，從而決定加速或減速，駕駛員的動作與油門動作之間是通過拉桿的機械作用連接的。而線控油門用電子連接代替機械連接，駕駛員仍然通過踩油門踏板控制拉桿，拉桿不是直接連接到油門，而是連著一個油門踏板位置傳感器，傳感器將拉桿的位置變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘杺魉椭疗嚨碾娮涌刂茊卧?，電子控制單元將采集到的相關(guān)傳感器信號經(jīng)過處理后發(fā)送指令至油門執(zhí)行器控制模塊，油門執(zhí)行器控制模塊再發(fā)送信號給油門執(zhí)行器，從而控制油門的開合程度。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連接的。線控油門比傳統(tǒng)油門控制方式精確，發(fā)動機能夠根據(jù)汽車的各種行駛信息，精確調(diào)節(jié)進入氣缸的燃油空氣混合氣，改善發(fā)動機的燃燒狀況，從而大大提高了汽車的動力性和經(jīng)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(tǒng)，如圖4所示。系統(tǒng)有2個加速踏板位置傳感器，都發(fā)送數(shù)據(jù)給發(fā)動機控制單元ECM，如果其中一個加速踏板位置傳感器沒有信號，汽車仍能行駛，同時發(fā)動機報警燈點亮；如果2個加速踏板位置傳感器都沒有信號，則發(fā)動機工作在怠速狀態(tài)。線控油門系統(tǒng)根據(jù)駕駛員的動作，分析駕駛員的意圖，精確地控制油門，增加了駕駛穩(wěn)定性和動力經(jīng)濟性。
在新一代雅閣V6轎車的2.4L和3.0L發(fā)動機上就采用了線控油門的新技術(shù)。通過傳感器監(jiān)測油門踏板位置，ECU對動力進行控制。其優(yōu)點是改善了起步的平順性、提高了燃油經(jīng)濟性，缺點是發(fā)動機響應(yīng)稍有滯后。此外由線控技術(shù)帶來的另一個好處就是定速巡航功能，其控制鍵被集成在轉(zhuǎn)向盤上，操作簡單便捷。
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四氣缸發(fā)動機，此款最新開發(fā)的1.8Li-VTEC（智能型電控可變氣門正時和升程）直列4缸發(fā)動機能夠爆發(fā)出103kW的最大功率，峰值轉(zhuǎn)矩可以達到174Nm，幾乎超過了所有自然進氣式同排量的國產(chǎn)車型。這臺發(fā)動機應(yīng)用了本田最新的i-VTEC技術(shù)，配以采用線控技術(shù)的節(jié)氣門，能夠非常有效地提高燃油經(jīng)濟性，降低有害物的排放。而且進氣效率和壓縮比都進一步提高，造就了強大的輸出功率。
（四）第一輛可駕駛?cè)剂想姵鼐€控汽車——通用HY
HY線控汽車一改傳統(tǒng)機械連桿的傳動方式，采用電子信號來操縱油門、制動和轉(zhuǎn)向機構(gòu)。取消了傳統(tǒng)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，駕駛員可以用一只手完成所有的操作。當駕駛員要加速或減速時，可以向左或者向右推動手柄；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(zhuǎn)彎時，駕駛員只需向上或者向下推動手柄。
電子線控裝置構(gòu)成了一套操作靈活方便的控制單元，這一套控制單元被稱為“X-drive”。它取代了傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向盤等，使得駕駛員用一只手就可以完成所有的加速、減速（制動）、轉(zhuǎn)彎等操作。
傳統(tǒng)的汽車是通過一套機械裝置，比如轉(zhuǎn)向桿等，通過操縱轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動而使車輪轉(zhuǎn)動。線控技術(shù)是將駕駛員要轉(zhuǎn)向的指令轉(zhuǎn)化為電子脈沖信號，傳感器捕捉電子脈沖信號，這個電子脈沖信號驅(qū)動由電子控制的電機來使得車輪轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)動。線控系統(tǒng)就是將駕駛員的指令轉(zhuǎn)化成電信號，用這個電信號去驅(qū)動電機。由于軟件決定了汽車行駛特征，比如加速、減速（制動）、轉(zhuǎn)彎等，所有的工作只是轉(zhuǎn)載、執(zhí)行相應(yīng)的軟件程序。
三、汽車線控技術(shù)的應(yīng)用前景
在國內(nèi)，除了同濟大學研究完成的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)外，由北京理工大學完成的“一種電動車輛動力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品及其應(yīng)用”獲得了2004年度國家技術(shù)發(fā)明獎。其中的一項技術(shù)就是利用線控同步換檔和行星傳動技術(shù)，取消了主離合器，簡化了換檔機構(gòu)，研制了一種結(jié)構(gòu)簡單、性能匹配優(yōu)良的線控行星變速器。國內(nèi)的一些高校也正在進行線控技術(shù)的研究。
線控技術(shù)研究的難點在于高性能控制器的研制，要求在整個系統(tǒng)中有精確高速的通訊協(xié)議網(wǎng)絡(luò)，使控制中心和執(zhí)行器之間能完全協(xié)調(diào)、匹配工作；而且需要高效的容錯技術(shù)，使得系統(tǒng)出現(xiàn)故障時能夠保障一定的安全，即系統(tǒng)有好的可靠性。
目前線控技術(shù)在汽車中的應(yīng)用還不成熟。但隨著汽車各系統(tǒng)的電子化、集成化的發(fā)展需要，線控技術(shù)發(fā)展迅速，作為一種汽車高新電子技術(shù)，線控技術(shù)必將得到廣泛的應(yīng)用。但電子化不可能完全取代機械化，機械系統(tǒng)的損壞通常都是有過程的，而線控制系統(tǒng)的失效是瞬間的。如果線控制系統(tǒng)失效那一刻汽車的速度行駛過高，造成的后果就可能非常嚴重。電子控制要完全取代機械操作還需要時間。
（轉(zhuǎn)載）
