汽車底盤新技術(shù)

文/上海 徐曉虎

一、線控制動系統(tǒng)

線控制動系統(tǒng)（Brake-By-Wire，簡稱BBW）是一種新型的智能化制動系統(tǒng)，也是未來制動控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。BBW包括電制動器、線控制動控制單元、傳感器、線束、電源、制動手柄或電子制動踏板等。其簡單的組成結(jié)構(gòu)，省去傳統(tǒng)制動系統(tǒng)中的制動油箱、制動主缸、液壓閥和復雜的管路，提高了整車質(zhì)量和性能。BBW不同于傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)，其傳遞的是電力，而不是液壓油或壓縮空氣。它采用嵌入式總線技術(shù)，可以與防抱死制動系統(tǒng)(ABS)、牽引力控制系統(tǒng)(TCS)、車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)(ESP)、主動防撞系統(tǒng)(ACC)等汽車主動安全系統(tǒng)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，縮短制動響應時間，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，并且采用電線連接，耐久性好，可改善各種電控制動能效。系統(tǒng)總成制造、裝配、測試簡單快捷，安裝和維修簡單方便。

二、轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)

轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)是為了改善用戶的轉(zhuǎn)向操縱感，減輕用戶的體力消耗和提高汽車的轉(zhuǎn)向性能而設計的。它的基本要求是：汽車在低速行駛時，能夠減少駕駛員作用于方向盤的轉(zhuǎn)向力；汽車在高速行駛時，能夠通過轉(zhuǎn)向盤向駕駛員反饋適度的轉(zhuǎn)向力。轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)主要包括車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)、主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等。

1.車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)

車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)（Electronic Stability Program，簡稱ESP）由轉(zhuǎn)向傳感器、車輪傳感器、側(cè)滑傳感器、橫向加速度傳感器和方向盤油門剎車踏板傳感器等組成。

EPS是一種牽引力控制系統(tǒng)，與其他牽引力控制系統(tǒng)相比，ESP不但控制驅(qū)動輪，而且可控制從動輪。ESP的工作原理是，各種傳感器用來監(jiān)控汽車的行駛狀態(tài)和駕駛員的操控動作，利用電腦估算汽車失穩(wěn)的程度，計算出恢復穩(wěn)定行駛的調(diào)節(jié)參數(shù)。如后輪驅(qū)動汽車常出現(xiàn)的轉(zhuǎn)向過度的情況，容易造成后輪失控而甩尾，ESP剎住外側(cè)的前輪來穩(wěn)定車子；在轉(zhuǎn)向不足時，為了校正循跡方向，ESP剎住內(nèi)后輪，從而校正行駛方向。ESP屬于汽車主動安全性控制系統(tǒng)，是ABS/EBD/ASR集成的發(fā)展與延伸，也是“智能主動防滑穩(wěn)定系統(tǒng)”的最高形式。

2.主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Active Front Steering，簡稱AFS)具有可變傳動比的特點。在低速狀態(tài)下傳動比較小，使轉(zhuǎn)向更加直接，以減少轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動圈數(shù)，提高車輛的靈活性和操控性；在高速行駛時，轉(zhuǎn)向傳動比較大，提高車輛的穩(wěn)定性和安全性。AFS的另一特點是可通過轉(zhuǎn)向干預來實現(xiàn)對車輛穩(wěn)定性的控制。作為新技術(shù)發(fā)展趨勢，AFS大大提高了車輛的安全性、機動性和駕駛樂趣，它不僅保留了完整的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，而且使用戶在轉(zhuǎn)彎過程中體會到真實的路感。

3.后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Rear Wheel Steer，簡稱RWS)由電子控制單元、傳感器和執(zhí)行機構(gòu)等組成，該系統(tǒng)能夠使汽車兩后輪橫拉桿相對于車身作側(cè)向運動，并產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)向角。RWS的執(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)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)至少需要兩個位移傳感器。

在RWS正常工作狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向角、汽車行駛速度與后輪轉(zhuǎn)向角成函數(shù)關(guān)系。當汽車低速行駛時，轉(zhuǎn)向盤的執(zhí)行機構(gòu)給后輪一個相反的轉(zhuǎn)向角，使得汽車拐彎或停車的轉(zhuǎn)彎半徑變小。當汽車高速行駛時，轉(zhuǎn)向盤的執(zhí)行機構(gòu)給后輪一個與前輪轉(zhuǎn)向角方向一致的轉(zhuǎn)向角，可提高汽車轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性。當汽車在左右兩側(cè)附著力不同的路面制動時，RWS同ESP系統(tǒng)相互配合，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，不僅保持汽車的方向穩(wěn)定性，而且最大限度地利用前輪的制動力提高汽車的制動性能。

三、主動懸架控制系統(tǒng)

汽車主動懸架控制系統(tǒng)主要由前車身高度傳感器、后車身高度傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)角傳感器、節(jié)氣門位置傳感器和車速傳感器、控制開關(guān)、電子調(diào)節(jié)懸架電控單元和執(zhí)行器等組成。主動懸架控制系統(tǒng)的基本要求是：在汽車行駛路面、行駛速度和載荷變化時，自動調(diào)節(jié)車身高度、懸架剛度和減震器阻尼的大小，從而改善汽車的行駛平順性。汽車主動懸架控制系統(tǒng)主要有主動車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)、連續(xù)性阻尼控制系統(tǒng)等。

1.主動車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)

主動車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)（Active Body Control，簡稱ABC）是主動懸架系統(tǒng)先進技術(shù)的代表。ABC系統(tǒng)使汽車對側(cè)傾、俯仰、橫擺、跳動和車身高度的控制都能更加迅速、精確。車身的側(cè)傾小，車輪外傾角度變化也小，輪胎就能較好地保持與地面垂直接觸，使輪胎對地面的附著力提高，以充分發(fā)揮輪胎的驅(qū)動、制動作用。汽車的載重量無論如何變化，汽車始終以懸架的幾何形式保持車身高度不變。

2.連續(xù)性阻尼控制系統(tǒng)

連續(xù)性阻尼控制系統(tǒng)（Continuous Damping Control，簡稱CDC）是一種智能識別道路狀況的最新汽車減震系統(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。CDC的工作原理是，電子控制單元根據(jù)傳感器傳來的信號和用戶給予的控制模式，經(jīng)過運算分析后向懸掛發(fā)出指令，懸掛可以根據(jù)電子控制單元給出的指令改變懸掛的剛度和阻尼系數(shù)，使車身在行駛過程中保持良好的穩(wěn)定性能，并且將車身的震動響應控制在允許范圍內(nèi)。

四、底盤線控系統(tǒng)

所謂線控系統(tǒng)，就是執(zhí)行機構(gòu)和操縱機構(gòu)兩者沒有機械聯(lián)結(jié)和機械能量的傳遞，駕駛員的操縱指令通過傳感器件感知，再采用電信號等形式經(jīng)過網(wǎng)絡傳遞給執(zhí)行機構(gòu)與電子控制器。其中，執(zhí)行機構(gòu)利用外部能源完成相應的任務，而其執(zhí)行的整個過程和執(zhí)行結(jié)果受電子控制器的控制與監(jiān)測。

汽車底盤線控系統(tǒng)的核心是線控驅(qū)動系統(tǒng)、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和線控制動系統(tǒng)。線控驅(qū)動系統(tǒng)是電子控制器根據(jù)駕駛員指令來控制發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和方向，并且通過加速踏板來控制發(fā)動機輸出扭矩的大小。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)和方向盤系統(tǒng)三部分組成，去除了轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向盤之間的機械連接裝置，使得其自身與其它系統(tǒng)更加協(xié)調(diào)。線控制動系統(tǒng)由接收單元、踏板行程傳感器和制動踏板等組成，經(jīng)制動控制器接收車輪傳感器信號、踏板信號與制動信號來控制車輪制動。

五、連續(xù)控制底盤系統(tǒng)

連續(xù)控制底盤系統(tǒng)（Continuously Controlled Chassis Concept，簡稱4C）由電子控制全時四輪驅(qū)動系統(tǒng)和持續(xù)調(diào)校懸掛系統(tǒng)構(gòu)成。該系統(tǒng)可利用縱向、橫向、滾動及傾斜感應器，加上車輪速度、方向盤角度、輸出馬力及制動力等數(shù)據(jù)，對動力分布及懸掛做出調(diào)節(jié)。

連續(xù)控制底盤系統(tǒng)的基本工作原理是：分布在底盤的相應傳感器可測量車身相對于道路的縱向、橫向和垂直方向的加速度，并通過防抱死制動器和穩(wěn)定控制系統(tǒng)來測量每個車輪的旋轉(zhuǎn)和垂直運動、方向盤的偏轉(zhuǎn)角、速度、轉(zhuǎn)向、發(fā)動機扭矩以及各種緊急障礙數(shù)據(jù)等，整個過程以電子線路的形式與轎車全輪驅(qū)動系統(tǒng)相連接。由傳感器收集上來的數(shù)據(jù)主動上傳給微處理器，再由微處理器將這些信息反饋給減振器，并以500次/秒的速度對其進行刷新。

六、汽車底盤技術(shù)的發(fā)展方向

汽車底盤技術(shù)的發(fā)展方向是，將線控制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、主動懸架控制系統(tǒng)、底盤線控系統(tǒng)、連續(xù)控制底盤系統(tǒng)等新技術(shù)集成融合在一起，組成汽車底盤智能控制系統(tǒng)。上述全部系統(tǒng)功能集中在一個電子控制單元（Electronic Control Unit，簡稱ECU），再通過CAN總線實現(xiàn)信息共享、集中控制，提高各自單獨控制的性能和資源的合理分配。目前，基于串行通信傳輸?shù)木W(wǎng)絡結(jié)構(gòu)成為一種必然選擇，而CAN總線是由博世公司提出的CAN標準，相對來說比較成熟，可以在汽車底盤技術(shù)集成網(wǎng)絡化中廣泛應用。

在集成化方面，汽車底盤技術(shù)的趨勢是將A B S、A S R、E S P集成，將A B S、ASR、ACC集成。前者在制動、加速和轉(zhuǎn)向方面滿足了用戶的較高要求，解決了汽車在制動和驅(qū)動時的方向穩(wěn)定性問題，對汽車的主動行駛安全具有較大的貢獻；后者具有優(yōu)先用戶操作的功能和ABS優(yōu)先工作的功能，在實時動態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)計算和確定汽車行駛狀態(tài)和車輪轉(zhuǎn)動狀態(tài)上體現(xiàn)了優(yōu)越性。

七、結(jié)束語

線控制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、主動懸架控制系統(tǒng)、底盤線控系統(tǒng)和連續(xù)控制底盤系統(tǒng)等技術(shù)的日趨成熟和廣泛應用，極大改善了汽車的安全性能和舒適度。汽車底盤新技術(shù)的發(fā)展趨勢必將是集電子化、信息化、集成化、網(wǎng)絡化、智能化于一體，各類新技術(shù)也必定會在汽車底盤系統(tǒng)上得到應用。