汽車底盤最新技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1、一制分控制單元單元 !汽車底盤最新技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀汽車底盤最新技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀引言越來越多的新電子控制設(shè)備被應(yīng)用于汽車上。其中許多新的底盤控制技術(shù)設(shè)備在汽車的安全性、動力性、操作穩(wěn)定性等方面起著重要的作用。它包括全電路制動系統(tǒng)（BBV，Brake-by-Wire ）、汽車轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)（RWS ESPn等）、汽車懸架控制系統(tǒng)（ ADG ARC等）以及現(xiàn)在發(fā)展起來的汽車底盤線控技術(shù)（線控換檔系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、懸架 系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)、油門系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等）。再加上汽車CAN總線的應(yīng)用，42 V電壓技術(shù)的研究，電動汽車的研究都會帶動汽車底盤控制技術(shù)向更高層次的發(fā)展。如今汽車底盤控制技術(shù)正向電子化、信息化、網(wǎng)絡(luò)

2、化、集成化方向發(fā)展。1汽車底盤的電子化技術(shù)1. 1 全電路制動系統(tǒng)（BBV）BBW是一種全新的制動模式，它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，BBW是 一種新型的智能化制動系統(tǒng)，它采用嵌人式總線技術(shù)，可以與防抱死制動系統(tǒng)（ABS、牽引力控制系統(tǒng)（TCS、電子穩(wěn)定性控制程序（ESP、主動防撞系統(tǒng)（ACC等汽車主動安全系統(tǒng)更加方便地協(xié)同工作，通過優(yōu)化微處理器中的控制算法，可以精確地調(diào)整制動系統(tǒng)的工作過程，提高車輛的制動效果，加強汽車的制動安全性能。BBW以電能作為能量來源，通過電機或電磁鐵驅(qū)動制動器。因此，BBW勺結(jié)構(gòu)簡潔，更趨向于模塊化，安裝和維修更簡單方便。i侑號線 一汽肚總線 腔拎吧淘供能電IS圖1BBW

3、結(jié)構(gòu)示意圖控制單元是BBW的控制核心，它負責(zé) BBW信號的收集和處理，并對信號的推理判斷以及據(jù)此向制動器發(fā)出 制動信號。此外，根據(jù)汽車智能化的發(fā)展趨勢，汽車底盤上的各種電子控制系統(tǒng)將與制動控制系統(tǒng)高度集成，同時在 功能上趨于互補。BBW 采用雙重閉環(huán)控制方式，首先在各個電能制動器中都有制動力矩傳感器，可以實時地監(jiān)控制動力矩的大小，實現(xiàn)制動力矩的閉環(huán)控制。其次在制動過程中，各車輪轉(zhuǎn)速傳感器時刻監(jiān)視著車輪的運轉(zhuǎn)過程，ABS根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速傳感器的信號判斷車輪的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。根據(jù)目前BBW的研究成果，投入使用還需要解決一系列問題，其中主要是電能制動器結(jié)構(gòu)和性能的改善。 電能制動器要保證能夠獨立對車輛實施有效

4、制動，必須能產(chǎn)生足夠大的制動力矩，對內(nèi)部的驅(qū)動電機（或驅(qū)動電磁鐵 體）、驅(qū)動力矩的傳動系統(tǒng)、外部的供電系統(tǒng)提出了較高的要求。現(xiàn)在比較成熟的想法是提高汽車的供電電壓，從原 來的12 V提高到42 V ,提高電壓可以有效地解決BBW的能源問題。1. 2 汽車轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)1. 2. 1 后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ RWS）RWS能主動讓汽車兩后輪的橫拉桿相對于車身作側(cè)向運動，使兩后輪產(chǎn)生一轉(zhuǎn)向角。RWS是由電子控制單元、傳感器和執(zhí)行機構(gòu)等組成。其執(zhí)行機構(gòu)有整體式和分離式兩種。整體式是指汽車兩后輪的橫拉桿由同一個執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)；而分離式則指汽車兩后輪的橫拉桿由兩個不同執(zhí)行機構(gòu)來調(diào)節(jié)。對于整體式RWS執(zhí)行機構(gòu)，用一個

5、橫拉桿位移傳感器就能確定兩后輪的轉(zhuǎn)向角。但分離式RWS執(zhí)行機構(gòu)需要至少兩個位移傳感器。由于分離式RWS執(zhí)行機構(gòu)的元件多，兩后輪的控制和協(xié)調(diào)比較復(fù)雜，現(xiàn)在研發(fā)更多的是整體式RWS執(zhí)行機構(gòu)。整體式 RWS執(zhí)行機構(gòu)又分液壓式和機電式兩種。圖2是機電式RWS執(zhí)行機構(gòu)，由電動機、螺母螺桿驅(qū)動機構(gòu)和安全鎖止機構(gòu)等組成。為了提高系統(tǒng)的可靠 性，執(zhí)行機構(gòu)里安裝了一個電機轉(zhuǎn)角傳感器和一個螺桿位移傳感器。當(dāng)RWS出現(xiàn)故障時，電動機自動鎖止，兩后輪的轉(zhuǎn)向角不再發(fā)生變化，直到故障排除。圖2整體式主動后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正常工作時，后輪的轉(zhuǎn)向角是轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向角和汽車行駛速度的函數(shù)。汽車低速行駛時，當(dāng)轉(zhuǎn)向盤的執(zhí)行機構(gòu)給后輪一個相應(yīng)

6、方向相反的轉(zhuǎn)向角。從而使汽車在低速拐彎或停車時，轉(zhuǎn)彎半徑變小，使汽車轉(zhuǎn)向和停車更方便快速、舒適。當(dāng)汽車高速行駛時，給后輪一個與前輪轉(zhuǎn)向角方向一致的轉(zhuǎn)向角。汽車的前后輪同時向同一方向轉(zhuǎn)向，可 提高汽車的方向穩(wěn)定性，特別是汽車在高速行駛換道時，汽車不必要的橫擺運動會大大減小，從而增強了汽車的方向 穩(wěn)定性，當(dāng)汽車在 L2路面制動時，同系統(tǒng)相配合，可及時通過主動后輪轉(zhuǎn)向角來平衡制動力所產(chǎn)生的橫擺力矩，既能 保持汽車的方向穩(wěn)定性，又能最大限度地利用前輪的制動力，改進汽車的制動性能。1.2. 2 ESP H （或者 ESP plus ）由于ESP系統(tǒng)在對轎車的行駛狀態(tài)進行干涉時，只是通過對單個車輪施加制動

7、來調(diào)節(jié)轎車的行駛穩(wěn)定性。這時由脈沖制動力引起的轎車振動，乘員能夠感覺到。ESRI能夠識別轉(zhuǎn)向輪與地面之間的附著系數(shù)。如果汽車在路面兩側(cè)附著系數(shù)不同的對開路面上制動時，它朝著路面附著系數(shù)較大的一側(cè)轉(zhuǎn)動的趨勢，即出現(xiàn)所謂的“制動器拉動” 現(xiàn)象，在這種情況下，ESRI能夠通過轉(zhuǎn)向輪朝路面附著系數(shù)較小的一側(cè)作些適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動，以平衡“制動器拉動” 的趨勢。ESRI將其轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向柱設(shè)計成兩部分，其中一部分含有一個齒輪傳動機構(gòu)，通過該齒輪傳動機構(gòu)，系統(tǒng)中的電動馬達對轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角施加影響。ESRI對汽車制動和轉(zhuǎn)向的干涉，是利用ESP的控制裝置基于一個擴展的軟件來操控。1.3汽車懸架控制系統(tǒng)1.3. 1 主動

8、懸架阻尼器控制系統(tǒng)（ADC4個車身ADC（有時也稱為連續(xù)性阻尼控制系統(tǒng)CDC由電子控制單元、CAN 4個車輪垂直加速度傳感器、垂直加速度傳感器和 4個阻尼器比例閥組成。根據(jù)汽車的運動狀況及傳感器信號，電子控制單元計算出每個車輪懸架 阻尼器的最優(yōu)阻尼系數(shù)，然后對阻尼器比例閥進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，自動調(diào)整車高，抑制車輛的變化等，使汽車的懸架系 統(tǒng)能提供更好的汽車舒適性、安全性和穩(wěn)定性。為此，讓汽車車輪的動載振幅和車身垂直加速度盡可能小。1.3. 2 主動橫向穩(wěn)定器（ARC當(dāng)汽車進行彎道行駛時，離心力會對汽車車身產(chǎn)生一個側(cè)傾力矩。這個側(cè)傾力矩一方面引起車身側(cè)傾, 另一方面使車輪的載質(zhì)量發(fā)生由內(nèi)輪向外輪的轉(zhuǎn)

9、移。主動橫向穩(wěn)定桿則可以根據(jù)具體情況對每個橫向穩(wěn)定桿施加一個 可連續(xù)變化的初始側(cè)傾角或者初始側(cè)傾力矩。主動側(cè)傾穩(wěn)定桿有兩種不同的結(jié)構(gòu)形式：一種是將被動側(cè)傾穩(wěn)定桿從中 間分開，通過一個旋轉(zhuǎn)馬達把穩(wěn)定桿的左右兩部分連接起來。旋轉(zhuǎn)馬達能讓左右兩部分進行相對轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)馬達的轉(zhuǎn) 矩可以調(diào)節(jié)。另一種是在被動穩(wěn)定桿的一端安裝一個差動液壓缸機構(gòu)。差動液壓缸機構(gòu)一端與穩(wěn)定桿連接，另一端與 同車輪的橫向擺臂連接，差動液壓缸機構(gòu)兩端的距離可以調(diào)節(jié)。主動橫向穩(wěn)定器示意圖如圖 3所示。圖3主動橫向穩(wěn)定器示意圖ARC的工作原理是主動讓穩(wěn)定桿的左右兩端作垂直方向的相對位移，平衡車身的側(cè)傾力矩，使車身的側(cè)傾角接 近零，提高了

10、舒適性。由于汽車前后兩個主動穩(wěn)定桿可以調(diào)節(jié)車身的側(cè)傾力矩的分配比例，從而可調(diào)節(jié)汽車的動力特 性，提高了汽車安全性和機動性。2汽車底盤的線控技術(shù)所謂線控就是用電子信號的傳送取代過去由機械、液壓或氣動的系統(tǒng)連接的部分，如換檔連桿、油門拉線、轉(zhuǎn)向器傳動機構(gòu)、剎車油路等。它不僅是取代連接，而且包括操縱機構(gòu)和操縱方式的變化，以及執(zhí)行機構(gòu)的電氣化。這將改變汽車的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。圖4是線控過程的基本組成。全面線控的實現(xiàn)將意味著汽車由機械到電子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變。線控技術(shù)要求網(wǎng)絡(luò)的實時性好、可靠性高，而且一些線控部分要求功能實現(xiàn)的冗余，以保證在一定的故障時仍可實現(xiàn)這 個裝置的基本功能。就像現(xiàn)在的ABS和動力轉(zhuǎn)向一樣，在線路

11、故障時仍具有剎車和轉(zhuǎn)向的基本功能。這就要求用線控的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速度高、時間特性好和可靠性高。圖4線控過程示意圖目前汽車底盤的線控技術(shù)包括線控換檔系統(tǒng)、制動系統(tǒng)（如電液制動系統(tǒng)EHB電子機械制動系統(tǒng) EMB、懸架系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)、油門系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等。線控技術(shù)具有如下優(yōu)點：無需使用液壓制動或其它任何液壓裝置，使 汽車更為環(huán)保；減小了正面碰撞時的潛在危險性，并為汽車設(shè)計提供了更多空間；線控的靈活性使汽車設(shè)計、工程制 造和生產(chǎn)過程中的成本大為降低，且降低了維護要求和車身重量。3汽車底盤集成化技術(shù) 現(xiàn)代汽車底盤電子控制系統(tǒng)正從最初單一控制發(fā)展到如今的多變量多目標(biāo)綜合協(xié)調(diào)控制，這樣可以在硬件上共用傳感器、

12、控制器件、線路，使零件數(shù)量減少，從而減少連接點，提高可靠性，在軟件上實現(xiàn)信息融合、集中控 制，提高和擴展各自的單獨控制功能。ABS/ ASR/ ESP的集成化：ABS/ASR裝置成功地解決了汽車在制動和驅(qū)動時的方向穩(wěn)定性問題，但不能解決汽車轉(zhuǎn)向行駛時的方向穩(wěn)定性問題。汽車轉(zhuǎn)向行駛時，只有當(dāng)?shù)孛婺軌蛱峁┏浞值霓D(zhuǎn)向力時，駕駛員才能控制 住車輛，使其按照預(yù)定的方向行駛。如果地面?zhèn)认蚋街芰Ρ容^低，提供不了足夠的轉(zhuǎn)向力，汽車就會側(cè)向滑出，影 響了汽車按預(yù)定方向行駛的能力。 ABS/ASF/ ESP集成系統(tǒng)的應(yīng)用，在制動、加速和轉(zhuǎn)向方面滿足了駕駛員的較高要求， 對汽車的主動行駛安全具有較大的貢獻。ABS

13、/ ASF/ ACC的集成化：在 ABS/ASR電子控制裝置硬件的基礎(chǔ)上，增加接收車距傳感器信號的電子電路、ACC常閉式和常開式進油電磁閥電子驅(qū)動電路。在原ABS控制模塊和ASR控制模塊的軟件基礎(chǔ)上，增加一個 ACC控制模塊，并與 ABV ASR電子控制模塊進行相應(yīng)的有機融合，用來實時處理、計算和確定汽車的行駛狀態(tài)和車輪的轉(zhuǎn) 動狀態(tài)。汽車 ABV ASF/ ACC集成化系統(tǒng)具有優(yōu)先支持駕駛員操作功能和ABS優(yōu)先工作功能。 汽車底盤全方位控制系統(tǒng)：汽車傳動控制系統(tǒng)、電子懸架系統(tǒng)、電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)等集成融合在一起成為綜合的汽車底盤電子控制系統(tǒng)。各控制功能集中在一個ECU中，通過CAN總線實現(xiàn)

14、信息共享、資源綜合利用。4 汽車底盤的網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)目前汽車上每個總成幾乎是機械、電子和信息一體化裝置。在系統(tǒng)中電子和信息部分所起的作用也越來越 重要，汽車工電子裝置的增加使連接的電子線路迅速膨脹，線束越來越復(fù)雜。在汽車設(shè)計、裝配、維護中的負擔(dān)甚至 到了無法承受的程度。而且線路接頭的增加引起安全隱患。另外線的重量和占用空間也是值得考慮的問題，重量的增 加意味著降低效率。線路體積（直徑）太大在相對運動的部分之間過線非常困難，所以在電子裝置不斷增加的情況下， 減少線束成為一個必須解決的問題，而使用傳統(tǒng)的點到點平行連接方式顯然無法擺脫這種困境，因而基于串行通信傳 輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)成為一種必然的選擇?；谄?/p>

15、底盤的電子化技術(shù)、線控技術(shù)的應(yīng)用、汽車底盤的網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)成為必然。如何建立局域網(wǎng)將汽車底盤的各種電子設(shè)備的傳感器、執(zhí)行機構(gòu)、ECU的數(shù)據(jù)和信息通過一個總的ECUS行集中控制成為急需解決的問題。目前汽車底盤的網(wǎng)絡(luò)化中應(yīng)用比較成熟的有CAN總線，它是由博世提出的CAN標(biāo)準(zhǔn)（CAN/B為B級CAN CAN/ C為C級CAN，最早在歐洲汽車上被廣泛采用，后來包括美國、日木汽車行業(yè)也使用它作為B級或C級汽車網(wǎng)絡(luò)。TTP/C和Flex Ray是以線控系統(tǒng)為主要應(yīng)用目標(biāo)的C級網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，它們的相關(guān)支撐元器件和應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)測試工具等處于研究階段。目前無線局域網(wǎng)絡(luò)在汽車底盤控制上的應(yīng)用正在進一步探索。藍牙技術(shù)作為一種新的短距 離無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在汽車底盤控制系統(tǒng)的應(yīng)用中有著巨大的市場潛力，其相對低廉的成本和簡便的使用力得到汽 車業(yè)界的一致認同。5 結(jié)語電子技術(shù)、線控技術(shù)的發(fā)展、電動汽車的研究、 42 V 電氣系統(tǒng)的研究和信息技術(shù)的發(fā)展都將導(dǎo)致汽車底盤技術(shù)向電子化、信息化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展，汽車將成為一個移動的智能化的“辦公室”。僅供個人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien