新能源汽车中线控技术进展和发展趋势

新能源汽车中线控技术

进展和发展趋势皮大伟南京理工大学车辆工程系主要内容线控技术的应用背景典型线控系统线控转向系统线控制动系统throttle-by-wire线控系统的关键技术线控系统的发展趋势总结线控技术的应用背景

线控技术（X-by-Wire）源于飞机控制系统（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。这种控制方式引入到汽车驾驶上，就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功率放大再推动执行机构。图1线控系统的组成框图线控技术就可理解为电控方式。这里的“X”代表着汽车中传统上由机械或液压控制的各个功能部件，如：制动、转向、悬架、油门、离合器、门锁等。典型的有线控转向（Steer-by-Wire）、线控制动（Brake-by-Wire）等。线控技术的应用背景

通用公司的HY-WIRE概念车线控技术的应用背景

线控技术的应用背景

线控技术的应用背景

线控技术得以逐渐在汽车上普遍应用的技术背景是微电子器件的成本降低、可靠性提高，如单片机，DSP等；电力电子装置的功能增强、成本降低，可靠性提高，如执行步进电机，伺服电机，传感器等等。线控技术的应用背景

安全、节能、环保汽车电子化助力转向、ABS、ESP、主动转向、主动悬架线控技术的应用背景

线控转向系统Steer-by-Wire线控转转向系系统取取消了了传统统的机机械式式转向向装置置，转转向器器与转转向柱柱间无无机械械连接接。整个系系统主主要由由转向向盘位位置传传感器器、力力反馈馈电动动机、、转向向执行行机构构、转转向ECU、轮胎胎角度度传感感器、、环境境传感感器组组成。。线控转转向系系统线控转转向系系统原原理图图线控转转向系系统线控转转向系系统线控转转向系系统在在汽车车中的的布置置线控转转向系系统汽车线线控转转向的的优势势在于于：提高了了整车车设计计自由由度，，便便于操操控系系统布布置转动效效率高高，响响应时时间短短改善驾驾驶特特性，，增增强操操纵性性取消转转向柱柱、转转向器器后，，有利利于提提高汽汽车碰碰撞安安全性性和整整车主主动安安全性性有利于于整合合底盘盘技术术降低开开发成成本线控转转向系系统线控转转向系系统关关键技技术包包括：：合理的的转向向控制制策略略，能能正确确执行行驾驶驶员转转向意意图；；（转转向系系统理理想传传动比比）系统稳稳定可可靠，，具有有高的的容错错性；；（液液压转转向系系统、、双套套线控控转向向系统统、机机械转转向系系统））符合人人们当当前的的驾驶驶习惯惯，准准确地地向驾驾驶员员反馈馈车辆辆行驶驶状态态信息息（路路感、、转向向轻便便性））线控转转向系系统Steer-by-wire的前景景围绕汽汽车开开发的的节能能、环环保和和安全全主题题，未未来汽汽车的的主体体将是是零排排放汽汽车。。混合合动力力电动动汽车车（HEV）、燃燃料电电池电电动汽汽车（（FCEV）等新新型电电动汽汽车，，它们们的逐逐步推推广应应用为为线控控电动动转向向系统统的应应用带带来了了非常常广阔阔的前前景。。线控转向系统统线控制动系统统Brake-by-Wire线控制动系统统线控制动系统统线控制动系统统线控制动系统统线控制动系统统线控制动系统统线控制动系统统线控制动系统统主要由3部分组成：接收单元。包包括制动踏板板、踏板行程程传感器等。。制动控制器（（ECU）。ECU接收制动踏板板发出的信号号，控制制动动器制动；接接收驻车制动动信号，控制制驻车制动；；接收车轮传传感器信号，，识别车轮是是否抱死、打打滑等；控制制车轮制动力力，实现防抱抱死和驱动防防滑，并兼顾顾其它系统的的控制。执行单元。包包括电制动器器或液压制动动器等。线控制动系统统EMB系统中的执行行机构是与制制动盘直接相相连的部分，，是EMB与液压制动系系统差别最大大的部分。一一个典型的执执行机构应该该：结构紧凑、体体积小巧；有提供驱动力力的力矩电机机；具有把圆周运运动转化为直直线运动的机机构；具有力的放大大机构；为保证更可靠靠的性能，最最好在内部设设有力或位移移等传感器。。线控制动系统统相对传统的液液压制动系统统，EMB具有以下主要要优点:机械连接少，，没有制动管管路，结构简简洁，体积小小。载荷传递平稳稳、柔和，制制动性能稳定定。采用机械和电电气连接，信信号传递迅速速，反应灵敏敏，“路感”好。线控制动系统统传动效率高，，节省能源。。电子智能控制制功能强大，，可以通过修修改ECU中的软件，配配置相关的参参数来改进制制动性能，易易于实现ABS、TCS、ESP、ACC等功能。模块式结构更更加整体化，，装配简单，，维修方便。。利于环保，没没有液压制动动管路和制动动液，不存在在液压油泄漏漏的问题，系系统没有不可可回收的部件件，对环境几几乎没有污染染。发展EMB需要解决的关关键技术：力矩电机的设设计：在制动时，当当制动垫块和和制动盘接触触后，EMB中的力矩电机机将工作在“憋死”这样的恶劣工工作条件下。。EMB不仅要求电机机性能优越、、反应迅速、、可以提供足足够大的力矩矩，而且必须须结构紧凑、、体积小巧、、能够安装在在狭小的制动动空间内，还还需要在冷、、热、泥水、、电磁干扰等等恶劣环境下下能够可靠工工作。线控制动系系统执行机构的的设计：执行机构中中的机械零零件较多，，结构复杂杂，如何有有效地传递递转矩，增增大转矩，，并且保证证体积小巧巧是一个难难题。成本的降低低：有效降低EMB中的力矩电电机、42V电源、诸多多传感器、、MCU、集成电路路等器件的的成本，将将会更快推推动EMB的发展和应应用。线控油门系系统throttle-by-wire线控油门系系统线控油门系系统线控油门的的优点在于于：控制精度高高可依据行驶驶工况精确确调节空燃燃比改善燃烧状状况，提高高汽车的动动力性和经经济性线控油门系系统线控系统的的关键技术术容错控制技技术为了提高汽汽车的可靠靠性和安全全性，汽车车线控系统统必须采取取容错控制制，即当有有些部件出出现故障或或失效的时时候，它们们在系统中中的功能可可以用系统统中的其它它部件完全全或部分代代替，使系系统能继续续保持规定定的性能或或不丧失最最基本的功功能，或进进一步实现现故障系统统的性能最最优。通信网络技技术实时性好可靠性高时间特性好好（通讯事事件发生时时间是确定定的）冗余特性线控系统的的关键技术术线控系统网网络协议主主要选择:1.TTCAN2.TTP/C(TimeTriggeredProtocol,SAEClassC)3.FlexRay线控系统的的关键技术术TTP协议简介满足SAEC级网络的时时间触发协协议），目目前有VOLKSWAGEN、AUDI、HONEYWELL和DELPHI等选用这个个协议作为为线控网络络的协议标标准。TTP协议原先应应用于航空空产品，安安全性设计计非常严格格，基于严严格的时序序安排，具具有非常可可靠和容错错的特性。。系统中包包含的每一一个节点都都和其他节节点由2个重复的通通道连接。。这些节点点可以被复复制，并分分组成为容容错单元（（FTU）来弥补通通讯错误。。由于重复信信息同时在在2个不同的通通道上发送送，所以传传输信息的的时间和量量值都被复复制。该协协议的节点点成本比其其他协议的的成本更高高。线控系统的的关键技术术FlexRay协议简介FlexRay（动态部分分byteflight协议），这这是一种种既支持时时间触发，，又支持持事件触发发访问方式式的协议。。FlexRay的主要使用用者包括：：宝马、大大众、通用用，最近包包括丰田、、日产、本本田等一些些亚洲汽车车厂商也加加入了FlexRay标准组织，，使之有可可能成为事事实标准。。线控系统的的关键技术术FlexRay协议主要特特点：可靠性：FlexRay采用冗余备备份的办法法，分别由由2条总线和2个网络控制制器构成一一个完整网网络，每个个ECU分别和2条总线相连连，正常情情况下可以以利用双通通道进行数数据传递，，当其中一一个网络发发生故障时时也可以由由另一个备备份网络承承担通讯任任务。速度：发动动机、制动动和转向等等控制有很很强的实时时特性，必必须有很高高的数据传传输速率才才能满足。。线控系统的的关键技术术动力电源技技术随着线控技技术在汽车车中的应用用，汽车上上的电子元元件也变得得越来越多多，对电量量的需求也也越来越大大，传统的的14V电源已经不不能满足将将来的需要要，甚至阻阻碍了线控控技术的发发展。这就就需要对汽汽车现有的的电源技术术进行革新新。众所周知，，电压值的的提高可使使系统电流流减小。而而小的电流流可使导线线上的损耗耗减少，从从而可使用用更细更小小的线束。。提高电压压值，也可可以减少电电器装置本本身的体积积、质量和和损耗，也也有利于控控制装置的的小型化，，提高集成成度。线控系统的的关键技术术目前提出新新系统标准准为42V。实验证明明，电压越越高，电流流越小，在在传输过程程中损失的的能量越小小，电源系系统越有效效。但为什什么止于42V呢？因为对对于直流电电，60V是一个安全全极限，超超过60V将要考虑到到系统的安安全性，需需要使用更更加先进的的材料，这这无疑增加加了汽车的的生产成本本。而对于于42V来说，工作作峰值电压压58V在安全极限限之内，既既满足了增增加电压的的要求，也也不会增加加太多的生生产成本。。线控技术对对汽车电源源技术提出出了新的要要求，汽车车42V电源技术的的发展为线线控技术提提供了可靠靠的能量保保证。线控系统的的发展趋势势线控系统的的发展趋势势线控系统的的发展趋势势线控系统的的发展趋势势总结－结束束语汽车线控技技术作为汽汽车发展的的一个重要要方向，将将对