智能網聯汽車的線控技術研究

喬露露 文森淼

摘要：汽車發展越來越趨于智能化、網聯化，自動駕駛功能已經開始在某些車型上運用，智能網聯汽車不僅提升了汽車的舒適性、安全性、操控穩定性，更是影響著整個汽車產業鏈的發展，而線控技術的運用正影響著智能網聯汽車的發展。本文通過介紹什么是智能網聯汽車和智能網聯汽車的發展基礎上，從線控制動系統、線控轉向系統、線控換擋系統、線控油門系統、線控懸架系統五方面研究線控技術的工作原理以及線控技術的特點，最后結合線控技術的現狀分析未來發展趨勢和存在的困境。

Abstract： The car is becoming more and more tend to be more intelligent development， snatched， automatic driving function has been started some models use， intelligent made not only improved the car's comfort， safety， handling stability， but also affects the development of the whole automobile industry chain， and the use of drive-by-wire technology is affecting the development of intelligent made cars. Introduced in this paper， through what is intelligence made on the basis of the development of the automotive and intelligent snatched the， from the line control system， wire control steering system， line control system of shift and line containment door system， line control suspension system of drive-by-wire technology five aspects of working principle and the characteristics of the drive-by-wire technology， finally combining drive-by-wire technology development status quo of looking to the future development trend and the existing difficulties.

關鍵詞：智能網聯;線控技術;控制單元;傳感器

Key words： Intelligent Network;wire-control technology;ECU;the sensor

中圖分類號：U46 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）03-0239-03

0 ?引言

隨著信息技術的發展，汽車迎來了“四化”的大挑戰，即電動化、智能化、網聯化、共享化。智能網聯汽車的產生將改變和引領著整個汽車制造業的發展和革新，也給人們的出行帶來更便捷和舒適。汽車線控技術直接影響著汽車的智能控制，它代替傳統的機械結構，不僅節省空間，對汽車的運動控制更準確，響應速度更快，提高了舒適性和安全性。據2020年國務院辦公廳發布的《新能源汽車產業發展規劃（2020-2035年）》，高級別自動駕駛汽車將有望實現規模應用，而行業現在有一個共識“無線控，不自動駕駛”，充分體現了線控底盤技術在新能源自動駕駛領域的核心地位，有望迎來規模爆發期。[1]

1 ?智能網聯汽車

智能網聯汽車（Intelligent Connected Vehicle，簡稱ICV），是車聯網技術和智能汽車技術所形成的有機體。智能網聯汽車能夠通過互聯網和車載傳感器收集到的信號（比如地圖、汽車位置、車速等行駛工況）傳送給控制器進行分析計算發出指令給執行器來控制車輛實現智能化和自動駕駛等功能。智能網聯技術的實現需要借助通信技術，達到讓汽車與人、汽車與汽車、汽車與道路、汽車與服務平臺數據信息共享，實時數據交換的深度融合。智能駕駛是利用信息技術、計算機技術、控制技術實現汽車性能的全面提升。[2]2017年由工信部、國家標準委共同制定的《國家車聯網產業標準體系建設指南（智能網聯汽車）》對什么是智能網聯汽車給出了明確的定義，也為智能網聯汽車的發展指明了方向。智能網聯汽車的應用可以提高駕駛的安全性、減輕駕駛者的疲勞、降低交通擁堵，達到節能減排等效果。

2 ?線控技術

汽車線控技術可以通過對傳感器接收到信號處理控制汽車的運動，從而實現駕駛的自動化。線控技術是實現自動駕駛的執行機構，智能網聯汽車通過車身電器對環境感知、路徑規劃，由線控技術執行控制完成具體智能化動作。目前，線控技術已經廣泛應用于某些高檔轎車、超級轎跑和概念車上，另外在一些工業用車上，比如：礦用防爆運輸車輛應用也較多。汽車線控技術主要有：線控制動系統、線控轉向系統、線控換擋系統、線控油門系統、線控懸架系統。

2.1 線控制動系統

傳統的制動系統采用真空助力器和制動缸來放大駕駛員所產生的制動力，制動能源主要來源于發動機進氣歧管和大氣壓形成的壓差，新能源汽車取消了發動機用電子真空泵產生負壓實現助力。傳統的制動系統只能依靠人的操作，不能根據行駛路況實現主動制動，或在四個車輪分別行駛在不同摩擦系數的路面上時主動調控四個車輪的制動壓力，制動響應速度較慢，精確度不高。

汽車制動系統關系到汽車駕駛的安全性，所以線控制動技術是底盤線控技術中最關鍵和難度最高的。傳統的制動系統采用液壓制動，制動管路多且長，制動響應速度慢，有延遲現象，這樣大大影響了行車安全性。而線控制動系統用電線取代液壓管路，用電信號傳輸，又快又準確。線控制動系統分為液壓式線控制動系統（Electronic Hydraulic Brake System，簡稱EHB）和電子機械線控制動系統（Electro Mechanical Brake，簡稱EMB）。無論是哪種線控制動系統都是在傳統制動系統上發展起來的。線控制動系統用電線和數據線將制動踏板和制動器連接起來，駕駛員對制動踏板的操作行程由踏板傳感器形成的位移信號轉化成電信號傳送給電子控制單元，電子控制單元結合車速信號通過計算判斷出制動意圖，對液壓泵或執行電機發出指令進行制動，同時制動力的實施也會通過制動踏板反饋給駕駛員。線控制動系統工作原理如圖1。

應用車型：博世生產的iBooster在保時捷918、蔚來、榮威Ei5、小鵬P7車上;大陸生產的MK C1在阿爾法羅密歐、寶馬X7上。

2.2 線控轉向系統

傳統的助力轉向系統主要分為液壓助力轉向系統和電動助力轉向系統。液壓助力轉向系統主要借助發動機來實現助力的，雖然能幫助駕駛員減輕轉向阻力，但它的缺點是不能根據汽車的轉向的需求提供相應大小的助力，即在低速時發動機轉速低，提供的助力小，高速時發動機轉速大，提供的助力大，造成助力的遲滯和能源的浪費。電動助力轉向系統由電機實現助力轉向，由于受電機功率的受限，只能在轉向負荷較小的小型車輛上使用。

線控轉向系統是將駕駛員對方向盤的操縱信號轉換成電信號傳送給電子控制單元，對數據處理后用電機驅動齒輪齒條轉向器實現車輪轉向。線控轉向系統去除了從方向盤到轉向器之間的機械操縱桿件和液壓系統，增加了一套主動控制系統。不僅從汽車零部件布局上節省了空間，可以獲得更快的響應速度，在行駛安全性和駕駛操縱性方面也得到了很大的改善，推動了汽車集成化、網聯化、模塊化、智能化的快速發展。另外，通過主動控制可以實現車道保持功能、自動泊車甚至自動駕駛等輔助駕駛功能。線控轉向系主要由路感反饋系統、轉向傳感系統、電子控制系統、轉向執行器組成。詳見表1。

當駕駛員轉動方向盤時，傳感器會將轉向意圖轉化成電信號傳送給電子控制單元，電子控制單元會根據行駛車速信號和梯形臂上的轉角傳感器信號控制反饋電機，以達到增強駕駛員手感和方向盤回正，同時，電子控制單元根據轉向反饋電機生成的反饋力矩、模擬方向盤力給轉向電機發送信號進行旋轉，結合駕駛員的轉向意圖，從而對轉向器進行操作，實現對轉向輪的控制，如圖2。

應用車型：雪鐵龍C_Crosser概念車、英菲尼迪、Daimlerchrysler概念車“R129”、奔馳概的F400 Carvin等。

2.3 線控換擋系統

傳統的變速器換擋機構采用桿式或繩索式，換擋桿與變速器齒輪機構之間有復雜的部件。傳統換擋桿體積大，布置位置死板，影響美觀。

線控換擋系統的換擋裝置取代了這種老式的桿式換擋桿的，采用撥片式、旋鈕式或按鈕式等電子換擋方式，布置更為靈活。線控換擋系統沒有了桿件和拉線的操控，而是通過電控來實現，使得整個變速器換擋系統變得小巧、輕便和智能化。線控換擋系統主要由傳感器、換擋按鈕、電子控制單元組成。使得換擋更準確，發動機轉速和車速可以完美匹配，提高了燃油利用率，減少廢氣排放。當駕駛員操縱換擋按鈕時，傳感器將這一操作變成電信號傳送給電子控制單元，電子控單元會結合其他傳感器傳送過來的信號進行計算分析，如：車速傳感器、節氣門開度傳感器、發動機轉速信號等，判斷駕駛員的操作請求是否恰當，分析是否是駕駛員的誤操作。如果判斷操作無誤，電子控制單元會控制變速器的電磁閥實現檔位的變換，同時檔位信息也會通過子數據線傳送到儀表顯示盤上。如果判斷為駕駛員是誤操作，電子控制單元會終止發出指令，比如：在快速行駛過程中突然掛入倒擋，電子控制單元會結合車速傳感器信號做出誤操作的判斷。

應用車型：林肯MKC、寶馬7系、克萊斯勒等。

2.4 線控油門系統

傳統的油門控制是將油門踏板和節氣門用拉線連接，駕駛員對油門踏板的操作通過拉線直接控制節氣門的開度的大小，油門成了唯一一個決定噴油量多少的因素雖然響應速度快，但往往會因為操作不當造成發動機的損壞，燃油的浪費和環境的污染。線控油門系統是在油門踏板處安裝了油門踏板位置傳感器，將駕駛員對油門踏板的操作轉化成電信號電子控制單元，電子控制單元控制安裝在節氣門位置處的電動機，從而控制節氣門的開度。線控油門系統不僅接收油門踏板位置傳感器的信號，還綜合車速信號、發動機轉速信號等傳感器信號進行計算，準確判斷出駕駛員對油門踏板做出的操作意圖，從而提高燃油經濟性和行駛穩定性。

應用車型：長安EV460、寶馬i3、TeslaModel X等。

2.5 線控懸架系統

傳統的懸架分為獨立懸架和非獨立懸架，主要由螺旋彈簧/鋼板彈簧、減震器和不同導向機構組成。傳統的懸架系統不能根據路況改變彈簧的彈性系數和減震器的阻尼系數，不僅影響到了乘坐的舒適性，對汽車的橫向穩定性和操控性都不好把控。

懸架系統關乎到汽車的舒適性和操控性，而隨著技術的發展，人們對汽車的舒適性的要求越來越高，線控懸架的到來正好能滿足這一點。線控懸架是一種主動懸架，較傳統懸架可以改變空氣彈簧的彈性系數、減震器的阻尼系數和車身高度從而適應不同的工作狀況。當汽車正常行駛時，車身高度傳感器能感受到路面的顛簸并轉化成電信號傳送給懸架控制單元，同時還有車速傳感器、加速傳感器、轉向角傳感器、剎車信號等傳感器將這些信號傳送給懸架控制單元，懸架控制單元將這些信號進行處理后，輸出改變空氣彈簧的軟硬（彈性系數）和減震器的剛度（阻尼系數），從而提高行車舒適性操縱穩定性，穩定車身，防止車輛在急轉彎時車身發生傾斜或造成急加速急減速時的頭點地和后仰問題。另外當碰到障礙物或汽車載荷發生變化時時，懸架還可以通過車身高度傳感器檢測離地距離，改變車身的高度，提高汽車的通過性能。

應用車型：奔馳S600、通用凱迪拉克的MRC、寶馬7系等。

3 ?線控技術的特點

①線控技術用電信號取代了機械桿件和液壓系統，在降低噪聲和減少震動的同時，可為汽車零部件的布置節省很多空間，電線的布置變得更靈活，增加了汽車的設計空間;線控技術降低部件的復雜性，減少汽車自重量，減少燃油消耗率，減少液壓系統和機械桿件的故障率;

②線控技術采用電信號的傳輸方式，響應速度更快，更敏捷;線控技術可以提前預判駕駛員的行為，進行提前干預，在緊急情況下發揮作用，減少交通事故，線控轉向系統減少了轉向操縱機構，在發生碰撞時減少了轉向柱對駕駛員因為慣性前傾的危險，提高行車安全性，減少人員傷亡和財產損失;

③線控技術涉及到多個電機和控制單元的計算，需要增加額外的成本，所以應用范圍還不是特別廣;線控技術還沒有制定統一的通訊協議，其通用性和兼容性有待提高。線控技術涉及到的零部件小，加工精密度高，加工工藝復雜等因素的影響，就目前技術水平要想達到批量生產難度較高;

④對于汽車線控技術來說，會用到多個高頻電磁，汽車內部存在高頻電磁干擾如電動機和點火線圈會產生電磁干擾，電子器件可能會在這些工況下發生故障或松動;復雜的分析處理算法也可能會導致程序跑飛等故障情況出現，而駕駛人又無法直接控制發動機的動力大小，一旦這種情況發生將產生不可預知的后果。[3]

4 ?展望

目前，我國智能化汽車的發展還處于發展階段，仍處于L1、L2階段，到2020年止，裝配有駕駛輔助功能，半自動駕駛輔助的汽車已經占有市場的50%，可以實現網聯式環境感知，輔助駕駛員在復雜的路況下行車。汽車線控技術是汽車實現智能化和無人駕駛的關鍵。線控技術不僅取消了繁瑣的機械桿件和液壓系統，更是實現新能源汽車續航和自動駕駛的核心技術。沒有線控就沒有自動駕駛，可見線控技術對自動駕駛的重要性。線控技術響應速度快，能搞準確控制從而提高了汽車行車的安全性和操控穩定性;線控技術減少了很多機械桿件，降低了車本身的重量，從而節約成本，減少燃油消耗，響應環保政策，另外，在舒適性和汽車設計上也得到了非常大的改善。線控技術是大勢所趨，但很多技術被國外市場壟斷，存在“卡脖子”現象，線控技術涉及到的零部件大多精密較高，比如電磁閥，存在加工難，無法量產的困境急需解決。線控技術存在設計缺陷和技術不成熟等問題導致事故頻發，在過去幾年里多品牌汽車先后出現不同的召回。

5 ?結束語

隨著線控技術的應用，將促進智能網聯汽車的發展，也將改變和沖刺著整個汽車產業鏈的發展，人們的出行方式也將被徹底改變。國家在政策上也給予了大力的支持，工信部和交通運輸部先后認定了多家測試基地，加快推進智能網聯汽車的發展。工信部發布《2020年智能網聯汽車標準化工作要點》中提到把“加快完善智能網聯汽車標準體系建設”與“建立智能網聯汽車標準制定及實施評估機制”作為重點工作內容。[4]汽車底盤線控技術的成熟將加快汽車智能化，無人駕駛汽車的發展。

參考文獻：

[1]鄭雪芹.線控底盤是未來發展趨勢[J].汽車縱橫，2021-11.

[2]李妙然，鄒德偉主編.智能網聯汽車技術概論[M].

[3]線控油門（TBW）.[EB/OL].[2019-10].https：//www.sohu.com/a/348036684_467757.

[4]《2020年智能網聯汽車標準化工作要點》中華人民共和國工業和信息化部，2020-04-16.