電子技術(shù)應用：盤點五種底盤控制技術(shù)設備

從目前底盤技術(shù)發(fā)展來看，越來越多的新電子控制設備被應用于汽車上，其中許多新的底盤控制技術(shù)設備在汽車的安全性、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)（BBW，Brake-by-Wire）、汽車轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)（RWS、ESPⅡ等）、汽車懸架控制系統(tǒng)（ADC、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總線的應用，42V電壓技術(shù)的研究，如今汽車底盤控制技術(shù)正向電子化、信息化、網(wǎng)絡化、集成化方向發(fā)展。

全電路制動系統(tǒng)(BBW)

BBW是一種全新的制動模式，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的結(jié)構(gòu)簡潔，更趨向于模塊化，安裝和維修更簡單方便。

控制單元是BBW的控制核心，它負責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?，F(xiàn)在比較成熟的想法是提高汽車的供電電壓，從原來的12V提高到42V，提高電壓可以有效地解決BBW的能源問題。

汽車轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)

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，是由電動機、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。

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，當轉(zhuǎn)向盤的執(zhí)行機構(gòu)給后輪一個相應方向相反的轉(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。當汽車在路面制動時，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。

2、ESPⅡ（或者ESPplus）

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。ESPⅡ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，ESPⅡ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?shù)霓D(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動，以平衡“制動器拉動”的趨勢。

ESPⅡ?qū)⑵滢D(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向柱設計成兩部分，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。ESPⅡ?qū)ζ囍苿雍娃D(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。

汽車懸架控制系統(tǒng)

1、主動懸架阻尼器控制系統(tǒng)（ADC）

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、4個車身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。

2、主動橫向穩(wěn)定器（ARC）

當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)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)。

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。

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)。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)絡數(shù)據(jù)傳輸速度高、時間特性好和可靠性高。

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，并為汽車設計提供了更多空間；線控的靈活性使汽車設計、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。

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綜合協(xié)調(diào)控制，這樣可以在硬件上共用傳感器、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，其中主要包括ABS／ASR／ESP的集成化、ABS／ASR／ACC的集成化技術(shù)。

而目前在底盤技術(shù)中有幾個新的技術(shù)發(fā)展，未來會對增強汽車的安全發(fā)揮比較重大的影響。比如在2010年度大陸集團開發(fā)ESA緊急轉(zhuǎn)向輔助系統(tǒng)，該系統(tǒng)關聯(lián)了ESC、EPS等功能，使用傳感器幫助底盤監(jiān)控路況，在司機來不及踩動剎車的情況，下可以通過幫助轉(zhuǎn)向規(guī)避機動的方式降低交通事故發(fā)生的概率。而日產(chǎn)研發(fā)出的MR16DDT和轉(zhuǎn)矩矢量系統(tǒng)同樣應當引起關注，因為日產(chǎn)最新款JUKE四輪驅(qū)動型號16GTFOUR采用了轉(zhuǎn)矩矢量系統(tǒng)TVS（TorqueVectoringSystem），可以將動力按照50/50的比例分配到前后輪以獲得額外的牽引力，同時還能將后輪的轉(zhuǎn)矩再次均分給兩側(cè)的車輪。轉(zhuǎn)矩矢量系統(tǒng)可賦予車輛更靈活更具吸引力的駕駛操縱性能，抵消JUKE車型底盤離地間隙增高而給穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向性帶來的負面影響。