电子技术应用:盘点五种底盘控制技术设备

2011年08月15日 15:20
来源：汽车与安全

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从目前底盘技术发展来看，越来越多的新电子控制设备被应用于汽车上，其中许多新的底盘控制技术设备在汽车的安全性、动力性、操作稳定性等方面起着重要的作用。它包括全电路制动系统（BBW，Brake-by-Wire）、汽车转向控制系统（RWS、ESPⅡ等）、汽车悬架控制系统（ADC、ARC等）以及现在发展起来的汽车底盘线控技术（线控换档系统、制动系统、悬架系统、增压系统、油门系统和转向系统等），再加上汽车CAN总线的应用，42 V电压技术的研究，如今汽车底盘控制技术正向电子化、信息化、网络化、集成化方向发展。

全电路制动系统(BBW)

BBW是一种全新的制动模式，它采用嵌人式总线技术，可以与防抱死制动系统（ABS）、牵引力控制系统（TCS）、电子稳定性控制程序（ESP）、主动防撞系统（ACC）等汽车主动安全系统更加方便地协同工作，通过优化微处理器中的控制算法，可以精确地调整制动系统的工作过程，提高车辆的制动效果，加强汽车的制动安全性能。BBW以电能作为能量来源，通过电机或电磁铁驱动制动器。因此，BBW的结构简洁，更趋向于模块化，安装和维修更简单方便。

控制单元是BBW的控制核心，它负责BBW信号的收集和处理，并对信号的推理判断以及据此向制动器发出制动信号。此外，根据汽车智能化的发展趋势，汽车底盘上的各种电子控制系统将与制动控制系统高度集成，同时在功能上趋于互补。BBW采用双重闭环控制方式，首先在各个电能制动器中都有制动力矩传感器，可以实时地监控制动力矩的大小，实现制动力矩的闭环控制。其次在制动过程中，各车轮转速传感器时刻监视着车轮的运转过程，ABS根据车轮转速传感器的信号判断车轮的运转状态。

根据目前BBW的研究成果，投入使用还需要解决一系列问题，其中主要是电能制动器结构和性能的改善。电能制动器要保证能够独立对车辆实施有效制动，必须能产生足够大的制动力矩，对内部的驱动电机（或驱动电磁铁体）、驱动力矩的传动系统、外部的供电系统提出了较高的要求。现在比较成熟的想法是提高汽车的供电电压，从原来的12 V提高到42 V，提高电压可以有效地解决BBW的能源问题。

汽车转向控制系统

1、后轮转向系统（RWS）

RWS能主动让汽车两后轮的横拉杆相对于车身作侧向运动，使两后轮产生一转向角。RWS是由电子控制单元、传感器和执行机构等组成，其执行机构有整体式和分离式两种。整体式是指汽车两后轮的横拉杆由同一个执行机构调节，而分离式则指汽车两后轮的横拉杆由两个不同执行机构来调节。对于整体式RWS执行机构，用一个横拉杆位移传感器就能确定两后轮的转向角，但分离式RWS执行机构需要至少两个位移传感器。由于分离式RWS执行机构的元件多，两后轮的控制和协调比较复杂，现在研发更多的是整体式RWS执行机构。整体式RWS执行机构又分液压式和机电式两种，是由电动机、螺母螺杆驱动机构和安全锁止机构等组成，为了提高系统的可靠性，执行机构里安装了一个电机转角传感器和一个螺杆位移传感器，当RWS出现故障时，电动机自动锁止，两后轮的转向角不再发生变化，直到故障排除。

正常工作时，后轮的转向角是转向盘转向角和汽车行驶速度的函数，汽车低速行驶时，当转向盘的执行机构给后轮一个相应方向相反的转向角，从而使汽车在低速拐弯或停车时，转弯半径变小，使汽车转向和停车更方便快速、舒适。当汽车高速行驶时，给后轮一个与前轮转向角方向一致的转向角，汽车的前后轮同时向同一方向转向，可提高汽车的方向稳定性，特别是汽车在高速行驶换道时，汽车不必要的横摆运动会大大减小，从而增强了汽车的方向稳定性。当汽车在路面制动时，同系统相配合，可及时通过主动后轮转向角来平衡制动力所产生的横摆力矩，既能保持汽车的方向稳定性，又能最大限度地利用前轮的制动力，改进汽车的制动性能。

2、ESPⅡ（或者ESP plus）

由于ESP系统在对轿车的行驶状态进行干涉时，只是通过对单个车轮施加制动来调节轿车的行驶稳定性，这时由脉冲制动力引起的轿车振动，乘员能够感觉到。ESPⅡ能够识别转向轮与地面之间的附着系数，如果汽车在路面两侧附着系数不同的对开路面上制动时，它朝着路面附着系数较大的一侧转动的趋势，即出现所谓的“制动器拉动”现象，在这种情况下，ESPⅡ能够通过转向轮朝路面附着系数较小的一侧作些适当的转向转动，以平衡“制动器拉动”的趋势。

ESPⅡ将其转向盘转向柱设计成两部分，其中一部分含有一个齿轮传动机构，通过该齿轮传动机构，系统中的电动马达对转向轮的转角施加影响。ESPⅡ对汽车制动和转向的干涉，是利用ESP的控制装置基于一个扩展的软件来操控。

汽车悬架控制系统

1、主动悬架阻尼器控制系统（ADC）

ADC（有时也称为连续性阻尼控制系统CDC）由电子控制单元、CAN、4个车轮垂直加速度传感器、4个车身垂直加速度传感器和4个阻尼器比例阀组成。根据汽车的运动状况及传感器信号，电子控制单元计算出每个车轮悬架阻尼器的最优阻尼系数，然后对阻尼器比例阀进行相应的调节，自动调整车高，抑制车辆的变化等，使汽车的悬架系统能提供更好的汽车舒适性、安全性和稳定性。

2、主动横向稳定器（ARC）

当汽车进行弯道行驶时，离心力会对汽车车身产生一个侧倾力矩，这个侧倾力矩一方面引起车身侧倾，另一方面使车轮的载质量发生由内轮向外轮的转移。主动横向稳定杆则可以根据具体情况对每个横向稳定杆施加一个可连续变化的初始侧倾角或者初始侧倾力矩，主动侧倾稳定杆有两种不同的结构形式：一种是将被动侧倾稳定杆从中间分开，通过一个旋转马达把稳定杆的左右两部分连接起来，旋转马达能让左右两部分进行相对转动，旋转马达的转矩可以调节；另一种是在被动稳定杆的一端安装一个差动液压缸机构，差动液压缸机构一端与稳定杆连接，另一端与同车轮的横向摆臂连接，差动液压缸机构两端的距离可以调节。

ARC的工作原理是主动让稳定杆的左右两端作垂直方向的相对位移，平衡车身的侧倾力矩，使车身的侧倾角接近零，提高了舒适性。由于汽车前后两个主动稳定杆可以调节车身的侧倾力矩的分配比例，从而可调节汽车的动力特性，提高了汽车安全性和机动性。

汽车底盘的线控技术

所谓线控就是用电子信号的传送取代过去由机械、液压或气动的系统连接的部分，如换档连杆、油门拉线、转向器传动机构、刹车油路等，它不仅是取代连接，而且包括操纵机构和操纵方式的变化，以及执行机构的电气化，这将改变汽车的传统结构。全面线控的实现将意味着汽车由机械到电子系统的转变，线控技术要求网络的实时性好、可靠性高，而且一些线控部分要求功能实现的冗余，以保证在一定的故障时仍可实现这个装置的基本功能。就像现在的ABS和动力转向一样，在线路故障时仍具有刹车和转向的基本功能，这就要求用线控的网络数据传输速度高、时间特性好和可靠性高。

目前汽车底盘的线控技术包括线控换档系统、制动系统（如电液制动系统EHB，电子机械制动系统EMB）、悬架系统、增压系统、油门系统和转向系统等。线控技术具有如下优点：无需使用液压制动或其它任何液压装置，使汽车更为环保；减小了正面碰撞时的潜在危险性，并为汽车设计提供了更多空间；线控的灵活性使汽车设计、工程制造和生产过程中的成本大为降低，且降低了维护要求和车身重量。

汽车底盘集成化技术

现代汽车底盘电子控制系统正从最初单一控制发展到如今的多变量多目标综合协调控制，这样可以在硬件上共用传感器、控制器件、线路，使零件数量减少，从而减少连接点，提高可靠性，在软件上实现信息融合、集中控制，提高和扩展各自的单独控制功能，其中主要包括ABS／ASR／ESP的集成化、ABS／ASR／ACC的集成化技术。

而目前在底盘技术中有几个新的技术发展，未来会对增强汽车的安全发挥比较重大的影响。比如在2010年度大陆集团开发ESA紧急转向辅助系统，该系统关联了ESC、EPS等功能，使用传感器帮助底盘监控路况，在司机来不及踩动刹车的情况，下可以通过帮助转向规避机动的方式降低交通事故发生的概率。而日产研发出的MR16DDT和转矩矢量系统同样应当引起关注，因为日产最新款JUKE四轮驱动型号16GT FOUR采用了转矩矢量系统TVS（Torque Vectoring System），可以将动力按照50/50的比例分配到前后轮以获得额外的牵引力，同时还能将后轮的转矩再次均分给两侧的车轮。转矩矢量系统可赋予车辆更灵活更具吸引力的驾驶操纵性能，抵消JUKE车型底盘离地间隙增高而给稳定性和转向性带来的负面影响。(责任编辑：眭江华)