汽車電子技術--線控技術
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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、線控技術簡介
（一）線控技術的結(jié)構原理
線控技術（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，都是通過機械機構來操縱汽車。而線控技術則是將動作轉(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，賦予汽車設計新的空間。
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、容錯技術和分配獨立處理功能的模塊。
線控系統(tǒng)的基本結(jié)構原理是：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，控制執(zhí)行機構的動作；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)行機構和傳感機構之間，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）線控技術的特點
1．線控技術的優(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，并為汽車設計提供了更大的設計空間。
c.便于實現(xiàn)個性化設計，由于駕駛特性如制動、轉(zhuǎn)向、加速等過程都是程序設定的，設計師可設計不同的程序供用戶選擇。
d.比質(zhì)量輕，性能高（響應快）。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），隔板間無機械連接，簡單布置就能增加電子控制功能。
2．線控技術的缺點
電子設備還相當?shù)牟豢煽俊姶鸥蓴_、器件失效、軟件程序的設計、網(wǎng)絡攻擊等等。一旦電路失效而沒有機械冗余就會導致災難性的后果——轉(zhuǎn)向失靈、油門難以控制和不能制動!所以線控技術研究的重點應該是系統(tǒng)的可靠性和安全性。
二、線控技術在汽車上的運用
（一）線控制動（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域應用的研究和改進階段，隨著技術進步，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。
e.已經(jīng)開發(fā)出具有容錯功能的適用于汽車的網(wǎng)絡通訊協(xié)議，如TTP/C，F(xiàn)lexRay等通訊協(xié)議可以應用到線控制動系統(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
線控制動技術為將來的智能化車輛提供了條件。基于現(xiàn)在的技術條件，要全面應用線控制動，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，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。
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