1、新能源汽車中線控技術進展和發展趨勢皮大偉南京理工大學車輛工程系主要內容主要內容1.1.線控技術的應用背景線控技術的應用背景2.典型線控系統典型線控系統線控轉向系統線控轉向系統線控制動系統線控制動系統throttle-by-wirethrottle-by-wire3.線控系統的關鍵技術線控系統的關鍵技術4.線控系統的發展趨勢線控系統的發展趨勢5.總結總結線控技術的應用背景線控技術的應用背景 l線控技術（線控技術（X-by-WireX-by-Wire） 源于飛機控制系源于飛機控制系統（統（Fly-by-WireFly-by-Wire），它將飛機駕駛員的操），它將飛機駕駛員的操縱命令轉換成電信號，利

2、用計算機控制飛縱命令轉換成電信號，利用計算機控制飛機飛行。機飛行。l這種控制方式引入到汽車駕駛上，就是將這種控制方式引入到汽車駕駛上，就是將駕駛員的操作動作經過傳感器轉變成電信駕駛員的操作動作經過傳感器轉變成電信號，通過電信號網絡傳輸到功率放大再推號，通過電信號網絡傳輸到功率放大再推動執行機構。動執行機構。圖圖1 1 線控系統的組成框圖線控系統的組成框圖l線控技術就可理解為電控方式。這里的線控技術就可理解為電控方式。這里的“X X”代表著汽車中傳統上由機械或液壓控制的代表著汽車中傳統上由機械或液壓控制的各個功能部件，如：制動、轉向、懸架、各個功能部件，如：制動、轉向、懸架、油門、離合器、門鎖等

3、。油門、離合器、門鎖等。l典型的有線控轉向（典型的有線控轉向（ Steer-by-WireSteer-by-Wire）、）、線控制動（線控制動（Brake-by-WireBrake-by-Wire）等。）等。線控技術的應用背景線控技術的應用背景 通用公司的通用公司的HY-WIREHY-WIRE概念車概念車線控技術的應用背景線控技術的應用背景 線控技術的應用背景線控技術的應用背景 線控技術的應用背景線控技術的應用背景 l線控技術得以逐漸在汽車上普遍應用的線控技術得以逐漸在汽車上普遍應用的技術背景是技術背景是微電子器件的成本降低、可靠性提高，如單微電子器件的成本降低、可靠性提高，如單片機，片機，D

4、SP等；等；電力電子裝置的功能增強、成本降低，可靠電力電子裝置的功能增強、成本降低，可靠性提高，如執行步進電機，伺服電機，傳感性提高，如執行步進電機，伺服電機，傳感器等等。器等等。線控技術的應用背景線控技術的應用背景 l安全、節能、環保安全、節能、環保l汽車電子化汽車電子化l助力轉向、助力轉向、ABSABS、ESPESP、主動轉向、主動、主動轉向、主動懸架懸架線控技術的應用背景線控技術的應用背景 線控轉向系統線控轉向系統Steer-by-Wire Steer-by-Wire l線控轉向系統取消了傳統的機械式轉向線控轉向系統取消了傳統的機械式轉向裝置，轉向器與轉向柱間無機械連接。裝置，轉向器與轉

5、向柱間無機械連接。l整個系統主要由轉向盤位置傳感器、力整個系統主要由轉向盤位置傳感器、力反饋電動機、轉向執行機構、轉向反饋電動機、轉向執行機構、轉向ECUECU、輪胎角度傳感器、環境傳感器組成。輪胎角度傳感器、環境傳感器組成。線控轉向系統線控轉向系統 線控轉向系統原理圖線控轉向系統原理圖線控轉向系統線控轉向系統 線控轉向系統線控轉向系統 線控轉向系統在汽車中的布置線控轉向系統在汽車中的布置線控轉向系統線控轉向系統 汽車線控轉向的優勢在于：汽車線控轉向的優勢在于：1.1.提高了整車設計自由度，提高了整車設計自由度， 便于操控系統布置便于操控系統布置2.2.轉動效率高，響應時間短轉動效率高，響應時

6、間短3.3.改善駕駛特性，改善駕駛特性， 增強操縱性增強操縱性4.4.取消轉向柱、轉向器后，有利于提高汽車碰取消轉向柱、轉向器后，有利于提高汽車碰撞安全性和整車主動安全性撞安全性和整車主動安全性5.5.有利于整合底盤技術有利于整合底盤技術6.6.降低開發成本降低開發成本線控轉向系統線控轉向系統 l線控轉向系統關鍵技術包括：線控轉向系統關鍵技術包括：合理的轉向控制策略，能正確執行駕駛員轉合理的轉向控制策略，能正確執行駕駛員轉向意圖；（轉向系統理想傳動比）向意圖；（轉向系統理想傳動比）系統穩定可靠，具有高的容錯性；（液壓轉系統穩定可靠，具有高的容錯性；（液壓轉向系統、雙套線控轉向系統、機械轉向系統

7、）向系統、雙套線控轉向系統、機械轉向系統）符合人們當前的駕駛習慣，準確地向駕駛員符合人們當前的駕駛習慣，準確地向駕駛員反饋車輛行駛狀態信息（路感、轉向輕便性）反饋車輛行駛狀態信息（路感、轉向輕便性）線控轉向系統線控轉向系統 Steer-by-wireSteer-by-wire的前景的前景l圍繞汽車開發的節能、環保和安全主題，圍繞汽車開發的節能、環保和安全主題，未來汽車的主體將是零排放汽車。混合動未來汽車的主體將是零排放汽車。混合動力電動汽車（力電動汽車（HEVHEV）、燃料電池電動汽車）、燃料電池電動汽車（FCEVFCEV）等新型電動汽車，它們的逐步推）等新型電動汽車，它們的逐步推廣應用為線控

8、電動轉向系統的應用帶來了廣應用為線控電動轉向系統的應用帶來了非常廣闊的前景。非常廣闊的前景。線控轉向系統線控轉向系統 線控制動系統線控制動系統Brake-by-Wire Brake-by-Wire 線控制動系統線控制動系統 線控制動系統線控制動系統 線控制動系統線控制動系統線控制動系統線控制動系統線控制動系統線控制動系統線控制動系統線控制動系統線控制動系統線控制動系統線控制動系統主要由線控制動系統主要由3 3部分組成：部分組成：接收單元。包括制動踏板、踏板行程傳感器接收單元。包括制動踏板、踏板行程傳感器等。等。制動控制器（制動控制器（ECUECU）。）。ECUECU接收制動踏板發出接收制動踏板

9、發出的信號，控制制動器制動；接收駐車制動信的信號，控制制動器制動；接收駐車制動信號，控制駐車制動；接收車輪傳感器信號，號，控制駐車制動；接收車輪傳感器信號，識別車輪是否抱死、打滑等；控制車輪制動識別車輪是否抱死、打滑等；控制車輪制動力，實現防抱死和驅動防滑，并兼顧其它系力，實現防抱死和驅動防滑，并兼顧其它系統的控制。統的控制。執行單元。包括電制動器或液壓制動器等。執行單元。包括電制動器或液壓制動器等。線控制動系統線控制動系統lEMBEMB系統中的執行機構是與制動盤直接相系統中的執行機構是與制動盤直接相連的部分，是連的部分，是EMBEMB與液壓制動系統差別最與液壓制動系統差別最大的部分。一個典型

10、的執行機構應該：大的部分。一個典型的執行機構應該：結構緊湊、體積小巧；結構緊湊、體積小巧；有提供驅動力的力矩電機；有提供驅動力的力矩電機；具有把圓周運動轉化為直線運動的機構；具有把圓周運動轉化為直線運動的機構；具有力的放大機構；具有力的放大機構；為保證更可靠的性能，最好在內部設有力或為保證更可靠的性能，最好在內部設有力或位移等傳感器。位移等傳感器。線控制動系統線控制動系統 相對傳統的液壓制動系統，相對傳統的液壓制動系統，EMBEMB具有以具有以下主要優點下主要優點: :1.1.機械連接少，沒有制動管路，結構簡潔，機械連接少，沒有制動管路，結構簡潔，體積小。體積小。2.2.載荷傳遞平穩、柔和，制

11、動性能穩定。載荷傳遞平穩、柔和，制動性能穩定。3.3.采用機械和電氣連接，信號傳遞迅速，采用機械和電氣連接，信號傳遞迅速，反應靈敏，反應靈敏，“路感路感”好。好。線控制動系統線控制動系統4.4.傳動效率高，節省能源。傳動效率高，節省能源。5.5.電子智能控制功能強大，可以通過修改電子智能控制功能強大，可以通過修改ECUECU中的軟件，配置相關的參數來改進中的軟件，配置相關的參數來改進制動性能，易于實現制動性能，易于實現ABSABS、TCSTCS、ESPESP、ACCACC等功能。等功能。6.6.模塊式結構更加整體化，裝配簡單，維模塊式結構更加整體化，裝配簡單，維修方便。修方便。7.7.利于環保

12、，沒有液壓制動管路和制動液，利于環保，沒有液壓制動管路和制動液，不存在液壓油泄漏的問題，系統沒有不不存在液壓油泄漏的問題，系統沒有不可回收的部件，對環境幾乎沒有污染。可回收的部件，對環境幾乎沒有污染。發展發展EMBEMB需要解決的關鍵技術：需要解決的關鍵技術：l力矩電機的設計：力矩電機的設計：在制動時，當制動墊在制動時，當制動墊塊和制動盤接觸后，塊和制動盤接觸后，EMBEMB中的力矩電機將中的力矩電機將工作在工作在“憋死憋死”這樣的惡劣工作條件下。這樣的惡劣工作條件下。 EMBEMB不僅要求電機性能優越、反應迅速、不僅要求電機性能優越、反應迅速、可以提供足夠大的力矩，而且必須結構可以提供足夠大

13、的力矩，而且必須結構緊湊、體積小巧、能夠安裝在狹小的制緊湊、體積小巧、能夠安裝在狹小的制動空間內，還需要在冷、熱、泥水、電動空間內，還需要在冷、熱、泥水、電磁干擾等惡劣環境下能夠可靠工作。磁干擾等惡劣環境下能夠可靠工作。線控制動系統線控制動系統l執行機構的設計：執行機構的設計：執行機構中的機械零執行機構中的機械零件較多，結構復雜，如何有效地傳遞轉件較多，結構復雜，如何有效地傳遞轉矩，增大轉矩，并且保證體積小巧是一矩，增大轉矩，并且保證體積小巧是一個難題。個難題。l成本的降低：成本的降低：有效降低有效降低EMBEMB中的力矩電機、中的力矩電機、42V42V電源、諸多傳感器、電源、諸多傳感器、MC

14、UMCU、集成電路、集成電路等器件的成本，將會更快推動等器件的成本，將會更快推動EMBEMB的發展的發展和應用。和應用。線控油門系統線控油門系統throttle-by-wirethrottle-by-wire線控油門系統線控油門系統線控油門系統線控油門系統l線控油門的優點在于：線控油門的優點在于：1.1.控制精度高控制精度高2.2.可依據行駛工況精確調節空燃比可依據行駛工況精確調節空燃比3.3.改善燃燒狀況，提高汽車的動力性和經濟改善燃燒狀況，提高汽車的動力性和經濟性性線控油門系統線控油門系統線控系統的關鍵技術線控系統的關鍵技術容錯控制技術容錯控制技術l為了提高汽車的可靠性和安全性，汽車為了提

15、高汽車的可靠性和安全性，汽車線控系統必須采取容錯控制，即當有些線控系統必須采取容錯控制，即當有些部件出現故障或失效的時候，它們在系部件出現故障或失效的時候，它們在系統中的功能可以用系統中的其它部件完統中的功能可以用系統中的其它部件完全或部分代替，使系統能繼續保持規定全或部分代替，使系統能繼續保持規定的性能或不喪失最基本的功能，或進一的性能或不喪失最基本的功能，或進一步實現故障系統的性能最優。步實現故障系統的性能最優。通信網絡技術通信網絡技術l實時性好實時性好l可靠性高可靠性高l時間特性好（通訊事件發生時間是確定的）時間特性好（通訊事件發生時間是確定的）l冗余特性冗余特性線控系統的關鍵技術線控系

16、統的關鍵技術l線控系統網絡協議主要選擇線控系統網絡協議主要選擇: :1.TTCAN1.TTCAN2.TTP/C (Time Triggered 2.TTP/C (Time Triggered Protocol,SAEProtocol,SAE Class C)Class C)3.FlexRay3.FlexRay線控系統的關鍵技術線控系統的關鍵技術TTPTTP協議簡介協議簡介l滿足滿足SAE CSAE C級網絡的時間觸發協議），級網絡的時間觸發協議）， 目前有目前有VOLKSWAGEN VOLKSWAGEN 、AUDIAUDI、HONEYWELLHONEYWELL和和DELPHIDELPHI等選等

17、選用這個協議作為線控網絡的協議標準。用這個協議作為線控網絡的協議標準。lTTPTTP協議原先應用于航空產品，安全性設計非協議原先應用于航空產品，安全性設計非常嚴格，基于嚴格的時序安排，具有非常可靠常嚴格，基于嚴格的時序安排，具有非常可靠和容錯的特性。系統中包含的每一個節點都和和容錯的特性。系統中包含的每一個節點都和其他節點由其他節點由2 2個重復的通道連接。這些節點可個重復的通道連接。這些節點可以被復制，并分組成為容錯單元（以被復制，并分組成為容錯單元（FTUFTU）來彌）來彌補通訊錯誤。補通訊錯誤。l由于重復信息同時在由于重復信息同時在2 2個不同的通道上發送，個不同的通道上發送，所以傳輸信

18、息的時間和量值都被復制。該協議所以傳輸信息的時間和量值都被復制。該協議的節點成本比其他協議的成本更高。的節點成本比其他協議的成本更高。線控系統的關鍵技術線控系統的關鍵技術FlexRayFlexRay協議簡介協議簡介lFlexRayFlexRay（動態部分（動態部分byteflightbyteflight協議），協議）， 這是一種既支持時間觸發，這是一種既支持時間觸發， 又支持事件又支持事件觸發訪問方式的協議。觸發訪問方式的協議。lFlexRayFlexRay的主要使用者包括：寶馬、大眾、的主要使用者包括：寶馬、大眾、通用，最近包括豐田、日產、本田等一通用，最近包括豐田、日產、本田等一些亞洲汽車

19、廠商也加入了些亞洲汽車廠商也加入了FlexRayFlexRay標準組標準組織，使之有可能成為事實標準。織，使之有可能成為事實標準。線控系統的關鍵技術線控系統的關鍵技術FlexRayFlexRay協議主要特點：協議主要特點：1.1.可靠性：可靠性： FlexRayFlexRay采用冗余備份的辦法，分采用冗余備份的辦法，分別由別由2 2條總線和條總線和2 2個網絡控制器構成一個完整個網絡控制器構成一個完整網絡，每個網絡，每個ECUECU分別和分別和2 2條總線相連，正常情條總線相連，正常情況下可以利用雙通道進行數據傳遞，當其中況下可以利用雙通道進行數據傳遞，當其中一個網絡發生故障時也可以由另一個備

20、份網一個網絡發生故障時也可以由另一個備份網絡承擔通訊任務。絡承擔通訊任務。2.2.速度：發動機、制動和轉向等控制有很強的速度：發動機、制動和轉向等控制有很強的實時特性，必須有很高的數據傳輸速率才能實時特性，必須有很高的數據傳輸速率才能滿足。滿足。線控系統的關鍵技術線控系統的關鍵技術動力電源技術動力電源技術l隨著線控技術在汽車中的應用，汽車上的電子隨著線控技術在汽車中的應用，汽車上的電子元件也變得越來越多，對電量的需求也越來越元件也變得越來越多，對電量的需求也越來越大，傳統的大，傳統的14V14V電源已經不能滿足將來的需要，電源已經不能滿足將來的需要，甚至阻礙了線控技術的發展。這就需要對汽車甚至阻礙了線控技術的發展。這就需要對汽車現有的電源技術進行革新。現有的電源技術進行革新。l眾所周知，電壓值的提高可使系統電流減小。眾所周知，電壓值的提高可使系統電流減小。而小的電流可使導線上的損耗減少，從而可使而小的電流可使導線上的損耗減少，從而可使用更細更小的線束。提高電壓值，也可以減少用更細更小的線束。提高電壓值，也可以減少電器裝置本身的體積、質量和損耗，也有利于電器裝置本身的體積、質量和損耗，也有利于控制裝置的小型化，提高集成度。控制裝置的小型化，提高集成度。線控系統的關鍵技術線控系統的關鍵技術l目前提出新系統標準為目前提出新系統標準為42V42V。實驗證明，電