汽车线性控制技术的发展与应用

2013-08-15左冬晓黄晓云

河南科技 2013年8期

左冬晓黄晓云

(郑州交通职业学院，河南郑州 450062)

1 引言

随着汽车晶体管技术的发展、以及计算机技术的发展，汽车线控技术也逐步得以发展。汽车线性技术、汽车网络技术以及42V电压系统影响着着汽车未来的发展趋势。汽车线控技术源于飞机控制系统，新型飞行控制系统是一种线控系统(Fly－by－Wire)，它将飞机驾驶员的操纵命令转换成电信号，利用计算机控制飞机飞行。汽车线性控制技术应用在汽车上是将驾驶员的操作动作经过传感器转变成电信号，通过电信号网络传输到攻率放大装置上再推动执行机构运行，从而取消了传统的机械连接。

2 线性控制技术的发展

2.1 什么是线性控制技术

汽车线控技术将驾驶员的操纵动作经过传感器变成电信号，通过电缆直接传输到执行机构的一种系统。当前比较成熟的的线控技术主要有:线控悬架系统、线控增压系统、线控油门系统、线控换档系统、线控制动系统和线控转向系统。其中线性油门控制技术应用相对比较多，线控转向系统主要应用在高级轿车、跑车及概念车上;线控制动系统在工业车辆上应用较多。线性控制技术的发展促进了自动驾驶技术的飞速向前发展，线控技术将会越来越多地应用于普通车辆。

2.2 线性控制技术的工作原理

汽车线控技术(by－wire)，取消了传统的通过机械连接装置来操作的，而是由电线或信号实现传递和控制。传统的汽车操纵的方式是:当驾驶员踩制动、踩油门、换档、打转向盘时，都是通过机械机构来操纵汽车。而线控技术则是将动作转化为电信号，由电线来传递指令操纵汽车。其实质就是在需要有机构动作的地方不是应用机械系统来传递操纵动作，而是利用弱电信号再控制强电执行机构来完成。线控(电控)系统中弱电信号早期用模拟信号较多，目前多用数字信号。

汽车线性控制技术由检测反馈单元、指令及信号处理单元、转换放大单元、执行器和动力源组成。检测反馈单元功用在于通过各种传感器检测受控参数或其它中间变量，经放大、转换后用以显示或作为反馈信号。指令及信号处理单元可以接受人机对话随机指令或定值、程序指令，并接受反馈信号，一般具有信号比较、变换、运算、逻辑等处理功能。转换放大单元将指令信号按不同方式进行相互转换和线性放大，使放大后的功率足以控制执行器并驱动受控对象，执行器直接驱动受控对象的部件。动力源可以为为各单元提供能源。

2.3 汽车线性控制技术的的优缺点

线性技术可以省力，提升汽车的安全性和舒适性，能够为汽车设计提供了更大的设计空间，满足时尚个性化设计的需求，比质量轻，性能高(响应快)，此外维护用品可大大减小，减少维护费用;但是电子设备还相当的不可靠，一旦电路失效为没有机械装置就会使转向失灵、油门难以控制和不能制动;所以线控技术研究的重点应该是系统的可靠性和安全性。

3 目前线性控制技术汽车上的主要应用领域

3.1 线性油门系统

线控油门即电子油门系统，即发动机的油门是通过电子控制的。传统机械的油门控制方式是驾驶员通过踩油门踏板，由油门拉杆通过拉锁直接控制发动机油门的开合程度，从而决定加速或减速。线控油门用电子连接代替机械连接，驾驶员仍然通过踩油门踏板控制拉杆，拉杆不是直接连接到油门，而是连着一个油门踏板位置传感器，传感器将拉杆的位置变化转变为电信号传送至汽车的电子控制单元，电子控制单元将采集到的相关传感器信号经过处理后发送指令至油门执行器控制模块，油门执行器控制模块再发送信号给油门执行器，从而控制油门的开合程度如图。

3.2 线性制动系统

汽车线控制动系统的组成包括电子化的供能装置、控制装置、传动装置、制动器。ECU(电控单元)对制动系统进行整体控制，应用了全新的电子制动器，每个制动器都有独立的控制单元。制动踏板和制动器之间的无机械连接，而是采用电线连接，电线传递能量，数据线传递信号。

4 大众汽车线性控制技术

上海大众斯柯达昊锐应用了很多鲜为人知的航空航天技术，线控驾驶技术就是其中非常重要的一种领先科技。这种技术在昊锐身上的应用集中体现在其采用的E－Gas电子油门、EPS电子精确控制动力转向系统、GRA定速巡航系统上。昊锐采用的电子线控系统大大地取代了汽车和驾驶员直接的机械连接，采用电子线控技术的E－Gas电子油门是一种实现发动机精密控制的执行机构，统一协调和管理汽车各方面对发动机扭矩和输出功率的要求，当驾驶员踩下油门踏板时，就传送了一个油门踩踏深浅与快慢的讯号，引擎监理系统会接收和解读这个讯号，然后再发出控制指令要求节流阀依指令快速或缓和开启它应当张开的角度，使发动机在每一工况点的运转均达到排放和油耗以及行驶性能的最优组合，在降低油耗的同时又进一步提升行驶性能和安全性。采用这种电子线控技术的E－Gas电子油门，不仅精准与快速，而且非接触式传感器还有不会有机械磨耗的问题。此外，昊锐采用的EPS电子精确控制动力转向系统同样是线控驾驶技术在汽车上的应用演化之一，这种主动式转向系统通过CAN数据总线接收行驶速度、方向盘转动力矩以及方向盘转动角度等数据，做出最佳的反应，这种先进的线控驾驶技术应用不仅故障率低、能耗低、噪音低，还能够根据车速的不同提供不同的助力，大大提高了驾驶和转向的稳定性，低速时轻便，高速时更安全，实现了操控、舒适与安全的完美结合。