汽車底盤電子控制技術(shù)的作用與發(fā)展

李娜 王偉

摘 要：汽車底盤作為構(gòu)成汽車整體的重要部件，主要功能是實現(xiàn)汽車的靈敏加速、減速、制動和轉(zhuǎn)向等功能。本文對汽車底盤電子控制系統(tǒng)的各部分的作用和發(fā)展方向進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：汽車底盤;電子控制;技術(shù);發(fā)展

中圖分類號：U463.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）08-0093-03

The Function and Development of the Automobile

Chassis Electronic Control Technology

LI Na1 WANG Wei2

（1. Nanyang Technician College，Nanyang Henan 473000;2.Nanzhao Peace Brake Co.， Ltd.，Nanzhao Henan 474650）

Abstract： As an important part of the whole automobile， the automobile chassis has its main function to realize the sensitive acceleration， deceleration， braking and steering functions. This paper? describes the role and development direction of each part of the electronic control system of the automobile chassis.

Keywords： automobile chassis;electronic control;technological? development

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，電子控制技術(shù)已貫穿現(xiàn)代汽車的每一部分，目前主要應(yīng)用于發(fā)動機系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)、車身系統(tǒng)等。作為一項復(fù)雜的專業(yè)技術(shù)，汽車底盤電子控制技術(shù)利用不同控制系統(tǒng)實現(xiàn)對同一個控制目標(biāo)的共同或單獨控制。汽車底盤電子控制系統(tǒng)主要包括傳動系電控系統(tǒng)、行駛系電控系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系電控系統(tǒng)和制動系電控系統(tǒng)等。

1 汽車底盤電子控制系統(tǒng)的作用

1.1 汽車傳動系電子控制系統(tǒng)

汽車傳動系電子控制系統(tǒng)運用電子控制理論與方法對傳動裝置進(jìn)行控制，以便達(dá)到預(yù)期目的?，F(xiàn)代燃油汽車傳動裝置的重要組成部分是變速器。在車輛進(jìn)行升、降擋的過程中，自動變速器能夠根據(jù)汽車發(fā)動機的負(fù)荷和行駛速度、路況等多方面因素自動變換合適的擋位，不需要手動操作換擋桿進(jìn)行升、降擋，大大減輕了駕駛者的勞動強度。

目前，自動變速器中較為常用的是液力自動變速器、無級變速器和雙離合變速器，在大多數(shù)自動擋小汽車中使用的是液力自動變速器。液力自動變速器主要利用安裝在發(fā)動機與齒輪傳動機構(gòu)之間的液力變矩器配合齒輪變速器、電子控制和液壓控制系統(tǒng)來實現(xiàn)換擋。

1.2 汽車行駛系電子控制系統(tǒng)

為了保證汽車操縱時的穩(wěn)定性和行駛時的平順性，理想的汽車懸架系統(tǒng)要在不同的使用條件下具有不同的彈簧剛度和減振器阻尼力。行駛系中電子懸架控制系統(tǒng)目前以主動懸架阻尼器控制（Airmatic Dual Control，ADC）系統(tǒng)與主動橫向穩(wěn)定器（Active Anti-Roll Controller，ARC）系統(tǒng)為主。電子控制懸架系統(tǒng)能根據(jù)車身高度、車載質(zhì)量、車速、轉(zhuǎn)向角度及速率、制動等信號，由電子控制單元（Electronic Control Unit，ECU）對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理后自動控制車輛的懸架參數(shù)，從而較好地保持汽車行駛的平順性和操縱穩(wěn)定性。

汽車行駛系網(wǎng)絡(luò)智能電子控制現(xiàn)在常用的是汽車巡航和導(dǎo)航系統(tǒng)。汽車巡航系統(tǒng)可以保持汽車行駛的穩(wěn)定性，減輕駕駛員的疲勞感，使汽車駕駛更舒適，提高汽車的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）應(yīng)用于汽車導(dǎo)航控制，能夠?qū)δ康牡剡M(jìn)行最佳路線檢索和瞬時再檢索，可提供豐富的菜單和記錄，在適當(dāng)時間內(nèi)實時發(fā)出語音提示，還有擴(kuò)大十字路口周圍建筑物和交通標(biāo)志的功能。

1.3 汽車轉(zhuǎn)向系電子控制系統(tǒng)

汽車的普通動力轉(zhuǎn)向系的助力特性是不變的，與車速無關(guān)。這導(dǎo)致汽車行駛低速和停車時轉(zhuǎn)向盤操縱沉重，如果考慮此時的輕便性，則會使汽車高速行駛時操縱力過小，路感下降，影響汽車的穩(wěn)定性和安全性?，F(xiàn)代汽車的電子控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以根據(jù)車速的高低和行駛條件的變化，使轉(zhuǎn)向助力隨著行駛條件自動變化。當(dāng)汽車停車和低速時，它能提供足夠的助力，使車輛低速時轉(zhuǎn)向更容易;隨著車速的增加，助力逐漸遞減，使轉(zhuǎn)向不受車速影響;車輛高速行駛時，無助力或助力很小，以保證駕駛員有足夠的路感。

轉(zhuǎn)向系電子控制系統(tǒng)在汽車轉(zhuǎn)向時提供合適的轉(zhuǎn)向助力，它不僅使轉(zhuǎn)向操縱更為輕便，而且提高了汽車行駛的安全性、響應(yīng)性和穩(wěn)定性。其他如彎道輔助照明系統(tǒng)（Adaptive Front lighting System，AFS）、主動前輪電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electric Power Steering System，EPS）和后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Rear Wheel Steering system，RWS）也不斷地安裝在中高檔汽車中[1]。

1.4 汽車制動系電子控制系統(tǒng)

汽車制動系電子控制系統(tǒng)已經(jīng)較為成熟，例如，防抱死制動系統(tǒng)（Antilock Brake System，ABS）、車身電子穩(wěn)定性系統(tǒng)（Electronic Stability Program，ESP）（見圖1）、驅(qū)動防滑系統(tǒng)（Acceleration Slip Regulation，ASR）或牽引力控制系統(tǒng)（Traction Control System，TCS）等。

目前，汽車上電子控制系統(tǒng)都把ABS作為標(biāo)準(zhǔn)配置，防抱死系統(tǒng)（ABS）是在傳統(tǒng)汽車制動系統(tǒng)上增加了ABS制動控制裝置，控制的計算機檢測各車輪車速，防止汽車制動時車輪出現(xiàn)抱死現(xiàn)象，確保汽車制動時方向的穩(wěn)定性，縮短制動距離，提高制動效能，改善輪胎的磨損狀況。

汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)（ASR）或牽引力控制系統(tǒng)（TCS）是通過發(fā)動機管理系統(tǒng)和防抱死制動系統(tǒng)（ABS）控制驅(qū)動和干預(yù)制動車輪，從而避免汽車牽引力與行駛穩(wěn)定性下降。其目的是防止車輛在砂石、冰面、泥濘路面上起步和行駛時驅(qū)動輪打滑，使車輛有較好的操縱穩(wěn)定性，并且牽引力最大。

車身電子穩(wěn)定性系統(tǒng)（ESP）是汽車電子控制系統(tǒng)的一個標(biāo)志性發(fā)明。盡管名稱不盡相同，但都是在傳統(tǒng)的汽車動力學(xué)控制系統(tǒng)（ABS和TCS）上增加一個橫向穩(wěn)定控制器，通過控制橫向力和縱向力的分布和幅度，以控制任何路況下汽車的動力學(xué)運動模式，從而提高汽車在各種工況下的動力性能[2-3]。

2 汽車底盤電子控制技術(shù)的發(fā)展

隨著汽車行駛速度的提高和道路行車密度的增大，人們對汽車的行駛安全提出了更高的要求，因此，現(xiàn)代汽車使用了較多主動安全裝置，控制功能也越來越強大。現(xiàn)代汽車底盤與傳統(tǒng)底盤相比，已大大提高了汽車的安全性、穩(wěn)定性、主動性與舒適性[4]。

2.1 線控技術(shù)

線控技術(shù)是指用電子信息的傳送取代過去由機械的、液壓的或氣動的系統(tǒng)連接的傳動部分，如換擋連桿、節(jié)氣門拉線、轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)及制動油路系統(tǒng)等。線控技術(shù)不僅是取代連接，而且包括操縱機構(gòu)和操縱方式的變化、執(zhí)行機構(gòu)的電氣化。線控技術(shù)的應(yīng)用正逐步改變汽車的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，全面線控化意味著汽車將脫離機械操縱控制，整體轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮酉到y(tǒng)控制。但是，線控技術(shù)的使用必須有實時傳輸性能優(yōu)越的安全網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與之匹配。

汽車底盤上目前可以使用的線控部分包括油門、制動、換擋、懸架、增壓和轉(zhuǎn)向等。線控技術(shù)的優(yōu)點非常突出：經(jīng)濟(jì)方面，減少了汽車上的機械或液壓裝置且布置靈活，大大降低了汽車設(shè)計、制造和生產(chǎn)成本，同時，降低了汽車的車身整體質(zhì)量;安全方面，減小了正面碰撞時的潛在危險;個性化方面，為汽車設(shè)計提供了更多空間和方案。

2. 2 集成化技術(shù)

近年來，汽車電子技術(shù)發(fā)展迅速，嵌入式技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、線控技術(shù)日益成熟，使底盤電子控制由初期的單一方式進(jìn)入現(xiàn)在的多個位置和目標(biāo)變量的綜合協(xié)調(diào)控制。汽車電子控制集成化技術(shù)是汽車技術(shù)發(fā)展的一種必然。將自動變速器和發(fā)動機系統(tǒng)集成有助于對動力系統(tǒng)進(jìn)行綜合管控。全電路制動系統(tǒng)（Brake-by-Wire，BBW）是使用嵌入式總線技術(shù)的新型智能化制動系統(tǒng)（見圖2），利用優(yōu)化微處理器中的控制算法，與ABS、TCS、ESP和自適應(yīng)巡航系統(tǒng)（Adaptive Cruise Control，ACC）等協(xié)作，準(zhǔn)確調(diào)整制動系統(tǒng)的工作，提高車輛的制動效果，使汽車主動安全系統(tǒng)更加安全和精準(zhǔn)。底盤綜合控制系統(tǒng)（Global Chassis Control，GCC）把汽車制動系統(tǒng)、電子懸架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、傳動控制等集成為綜合的控制系統(tǒng)，在一個車載電腦（Electronic Control Unit，ECU）集中了原來分散的多種控制功能，通過控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network，CAN）總線實現(xiàn)信息共享、資源綜合利用。

集成化技術(shù)可以使汽車的線路、控制器等各種硬件實現(xiàn)共用，減少零件數(shù)量和連接點，提高可靠性，在軟件上實現(xiàn)信息融合、集中控制，提高和擴(kuò)展各自的單獨控制功能[5]。

2.3 網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)

目前，汽車上的電子控制系統(tǒng)大都是電子、機械和信息一體化裝置。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和汽車環(huán)保、輕量化要求的提出，現(xiàn)代汽車中機械、液（氣）壓等控制不斷減少，電子和信息控制的地位越來越重要，但同時，因電子和信息控制而使用的線束和線路接頭越來越多，不僅占據(jù)空間，而且產(chǎn)生了增重問題，更嚴(yán)重的是帶來汽車安全行駛的隱患。因此，現(xiàn)代汽車在電子控制功能不斷完善的情況下，如何減少線束成為需要解決的主要問題。傳統(tǒng)方式顯然無法解決這個問題，而無線傳輸?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)能較好地突破這種電子技術(shù)發(fā)展中的困境。所以說汽車的網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)實質(zhì)是建立在線控技術(shù)和集成化技術(shù)上的更高級控制技術(shù)，三者相輔相成。前兩者為汽車網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)提供基礎(chǔ)，而后者則為前兩者的優(yōu)化提供了更大的發(fā)展空間。例如，ESPⅡ在ESP的基礎(chǔ)上增加了大量駕駛輔助功能。ESPⅡ通過車輛的制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和優(yōu)化懸架的集成構(gòu)建一個更完善和統(tǒng)一的底盤控制系統(tǒng)，同時利用網(wǎng)絡(luò)化連接技術(shù)改進(jìn)系統(tǒng)運行性能，從而使汽車在運行安全性、舒適性、靈活性方面得到進(jìn)一步延伸，并使汽車在極限工作情況下更容易掌握和操縱。

3 結(jié)論

汽車底盤電子控制系統(tǒng)整體運行效果越好，汽車整體性能就越優(yōu)越。從當(dāng)前汽車底盤控制系統(tǒng)構(gòu)成可以看出其未來發(fā)展應(yīng)用趨勢，未來，汽車底盤的電子控制系統(tǒng)將會向線控技術(shù)、集成化技術(shù)方向發(fā)展，并積極嘗試與信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)等結(jié)合，以實現(xiàn)多維度的精準(zhǔn)控制。例如，研究中的智能汽車系統(tǒng)由環(huán)境感知系統(tǒng)、中央決策系統(tǒng)和底盤執(zhí)行系統(tǒng)等組成：當(dāng)數(shù)字地圖、攝像頭、雷達(dá)、GPS等組成的環(huán)境感知系統(tǒng)把車身以外的信息傳達(dá)給中央決策系統(tǒng)時，由中央系統(tǒng)進(jìn)行信息融合處理、規(guī)劃決策和控制車輛，最后把指令傳輸給底盤執(zhí)行系統(tǒng)，由線控轉(zhuǎn)向、線控制動和驅(qū)動、自動變速器等完成底盤一體化控制。智能車系統(tǒng)組成如圖3所示。

如何通過網(wǎng)絡(luò)將汽車底盤的各種電子控制的傳感器、執(zhí)行部分、車載電腦ECU的數(shù)據(jù)和信息通過一個總的ECU進(jìn)行集中控制成為急需解決的問題。就目前來看，雖然多種技術(shù)研究仍存在一定難度。但是，憑借人類對汽車技術(shù)的熱愛和科學(xué)技術(shù)本身的迅猛發(fā)展，更多的汽車技術(shù)難題會被逐一解決。一些汽車生產(chǎn)企業(yè)和科研機構(gòu)正在構(gòu)建開放性系統(tǒng)構(gòu)架，以最終實現(xiàn)汽車駕駛的全自動化。

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