汽车底盘电子控制技术的作用与发展

李娜 王伟

摘 要：汽车底盘作为构成汽车整体的重要部件，主要功能是实现汽车的灵敏加速、减速、制动和转向等功能。本文对汽车底盘电子控制系统的各部分的作用和发展方向进行了阐述。

关键词：汽车底盘;电子控制;技术;发展

中图分类号：U463.1文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）08-0093-03

The Function and Development of the Automobile

Chassis Electronic Control Technology

LI Na1 WANG Wei2

（1. Nanyang Technician College，Nanyang Henan 473000;2.Nanzhao Peace Brake Co.， Ltd.，Nanzhao Henan 474650）

Abstract： As an important part of the whole automobile， the automobile chassis has its main function to realize the sensitive acceleration， deceleration， braking and steering functions. This paper  describes the role and development direction of each part of the electronic control system of the automobile chassis.

Keywords： automobile chassis;electronic control;technological  development

随着汽车工业的发展，电子控制技术已贯穿现代汽车的每一部分，目前主要应用于发动机系统、底盘系统、车身系统等。作为一项复杂的专业技术，汽车底盘电子控制技术利用不同控制系统实现对同一个控制目标的共同或单独控制。汽车底盘电子控制系统主要包括传动系电控系统、行驶系电控系统、转向系电控系统和制动系电控系统等。

1 汽车底盘电子控制系统的作用

1.1 汽车传动系电子控制系统

汽车传动系电子控制系统运用电子控制理论与方法对传动装置进行控制，以便达到预期目的。现代燃油汽车传动装置的重要组成部分是变速器。在车辆进行升、降挡的过程中，自动变速器能够根据汽车发动机的负荷和行驶速度、路况等多方面因素自动变换合适的挡位，不需要手动操作换挡杆进行升、降挡，大大减轻了驾驶者的劳动强度。

目前，自动变速器中较为常用的是液力自动变速器、无级变速器和双离合变速器，在大多数自动挡小汽车中使用的是液力自动变速器。液力自动变速器主要利用安装在发动机与齿轮传动机构之间的液力变矩器配合齿轮变速器、电子控制和液压控制系统来实现换挡。

1.2 汽车行驶系电子控制系统

为了保证汽车操纵时的稳定性和行驶时的平顺性，理想的汽车悬架系统要在不同的使用条件下具有不同的弹簧刚度和减振器阻尼力。行驶系中电子悬架控制系统目前以主动悬架阻尼器控制（Airmatic Dual Control，ADC）系统与主动横向稳定器（Active Anti-Roll Controller，ARC）系统为主。电子控制悬架系统能根据车身高度、车载质量、车速、转向角度及速率、制动等信号，由电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU）对输入的数据进行综合处理后自动控制车辆的悬架参数，从而较好地保持汽车行驶的平顺性和操纵稳定性。

汽车行驶系网络智能电子控制现在常用的是汽车巡航和导航系统。汽车巡航系统可以保持汽车行驶的稳定性，减轻驾驶员的疲劳感，使汽车驾驶更舒适，提高汽车的经济性和环保性。全球定位系统（Global Positioning System，GPS）应用于汽车导航控制，能够对目的地进行最佳路线检索和瞬时再检索，可提供丰富的菜单和记录，在适当时间内实时发出语音提示，还有扩大十字路口周围建筑物和交通标志的功能。

1.3 汽车转向系电子控制系统

汽车的普通动力转向系的助力特性是不变的，与车速无关。这导致汽车行驶低速和停車时转向盘操纵沉重，如果考虑此时的轻便性，则会使汽车高速行驶时操纵力过小，路感下降，影响汽车的稳定性和安全性。现代汽车的电子控制转向系统可以根据车速的高低和行驶条件的变化，使转向助力随着行驶条件自动变化。当汽车停车和低速时，它能提供足够的助力，使车辆低速时转向更容易;随着车速的增加，助力逐渐递减，使转向不受车速影响;车辆高速行驶时，无助力或助力很小，以保证驾驶员有足够的路感。

转向系电子控制系统在汽车转向时提供合适的转向助力，它不仅使转向操纵更为轻便，而且提高了汽车行驶的安全性、响应性和稳定性。其他如弯道辅助照明系统（Adaptive Front lighting System，AFS）、主动前轮电动助力转向系统（Electric Power Steering System，EPS）和后轮转向系统（Rear Wheel Steering system，RWS）也不断地安装在中高档汽车中[1]。

1.4 汽车制动系电子控制系统

汽车制动系电子控制系统已经较为成熟，例如，防抱死制动系统（Antilock Brake System，ABS）、车身电子稳定性系统（Electronic Stability Program，ESP）（见图1）、驱动防滑系统（Acceleration Slip Regulation，ASR）或牵引力控制系统（Traction Control System，TCS）等。

目前，汽车上电子控制系统都把ABS作为标准配置，防抱死系统（ABS）是在传统汽车制动系统上增加了ABS制动控制装置，控制的计算机检测各车轮车速，防止汽车制动时车轮出现抱死现象，确保汽车制动时方向的稳定性，缩短制动距离，提高制动效能，改善轮胎的磨损状况。

汽车驱动防滑系统（ASR）或牵引力控制系统（TCS）是通过发动机管理系统和防抱死制动系统（ABS）控制驱动和干预制动车轮，从而避免汽车牵引力与行驶稳定性下降。其目的是防止车辆在砂石、冰面、泥泞路面上起步和行驶时驱动轮打滑，使车辆有较好的操纵稳定性，并且牵引力最大。

车身电子稳定性系统（ESP）是汽车电子控制系统的一个标志性发明。尽管名称不尽相同，但都是在传统的汽车动力学控制系统（ABS和TCS）上增加一个横向稳定控制器，通过控制横向力和纵向力的分布和幅度，以控制任何路况下汽车的动力学运动模式，从而提高汽车在各种工况下的动力性能[2-3]。

2 汽车底盘电子控制技术的发展

随着汽车行驶速度的提高和道路行车密度的增大，人们对汽车的行驶安全提出了更高的要求，因此，现代汽车使用了较多主动安全装置，控制功能也越来越强大。现代汽车底盘与传统底盘相比，已大大提高了汽车的安全性、稳定性、主动性与舒适性[4]。

2.1 线控技术

线控技术是指用电子信息的传送取代过去由机械的、液压的或气动的系统连接的传动部分，如换挡连杆、节气门拉线、转向传动机构及制动油路系统等。线控技术不仅是取代连接，而且包括操纵机构和操纵方式的变化、执行机构的电气化。线控技术的应用正逐步改变汽车的传统结构，全面线控化意味着汽车将脱离机械操纵控制，整体转变为电子系统控制。但是，线控技术的使用必须有实时传输性能优越的安全网络技术与之匹配。

汽车底盘上目前可以使用的线控部分包括油门、制动、换挡、悬架、增压和转向等。线控技术的优点非常突出：经济方面，减少了汽车上的机械或液压装置且布置灵活，大大降低了汽车设计、制造和生产成本，同时，降低了汽车的车身整体质量;安全方面，减小了正面碰撞时的潜在危险;个性化方面，为汽车设计提供了更多空间和方案。

2. 2 集成化技术

近年来，汽车电子技术发展迅速，嵌入式技术、网络控制技术、线控技术日益成熟，使底盘电子控制由初期的单一方式进入现在的多个位置和目标变量的综合协调控制。汽车电子控制集成化技术是汽车技术发展的一种必然。将自动变速器和发动机系统集成有助于对动力系统进行综合管控。全电路制动系统（Brake-by-Wire，BBW）是使用嵌入式总线技术的新型智能化制动系统（见图2），利用优化微处理器中的控制算法，与ABS、TCS、ESP和自适应巡航系统（Adaptive Cruise Control，ACC）等协作，准确调整制动系统的工作，提高车辆的制动效果，使汽车主动安全系统更加安全和精准。底盘综合控制系统（Global Chassis Control，GCC）把汽车制动系统、电子悬架和转向系统、传动控制等集成为综合的控制系统，在一个车载电脑（Electronic Control Unit，ECU）集中了原来分散的多种控制功能，通过控制器局域网络（Controller Area Network，CAN）总线实现信息共享、资源综合利用。

集成化技术可以使汽车的线路、控制器等各种硬件实现共用，减少零件数量和连接点，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[5]。

2.3 网络化技术

目前，汽车上的电子控制系统大都是电子、机械和信息一体化装置。随着科学技术的发展和汽车环保、轻量化要求的提出，现代汽车中机械、液（气）压等控制不断减少，电子和信息控制的地位越来越重要，但同时，因电子和信息控制而使用的线束和线路接头越来越多，不仅占据空间，而且产生了增重问题，更严重的是带来汽车安全行驶的隐患。因此，现代汽车在电子控制功能不断完善的情况下，如何减少线束成为需要解决的主要问题。传统方式显然无法解决这个问题，而无线传输的通信网络能较好地突破这种电子技术发展中的困境。所以说汽车的网络化技术实质是建立在线控技术和集成化技术上的更高级控制技术，三者相辅相成。前两者为汽车网络化技术提供基础，而后者则为前两者的优化提供了更大的发展空间。例如，ESPⅡ在ESP的基础上增加了大量驾驶辅助功能。ESPⅡ通过车辆的制动系统、转向系统和优化悬架的集成构建一个更完善和统一的底盘控制系统，同时利用网络化连接技术改进系统运行性能，从而使汽车在运行安全性、舒适性、灵活性方面得到进一步延伸，并使汽车在极限工作情况下更容易掌握和操纵。

3 结论

汽车底盘电子控制系统整体运行效果越好，汽车整体性能就越优越。从当前汽车底盘控制系统构成可以看出其未来发展应用趋势，未来，汽车底盘的电子控制系统将会向线控技术、集成化技術方向发展，并积极尝试与信息技术和网络等结合，以实现多维度的精准控制。例如，研究中的智能汽车系统由环境感知系统、中央决策系统和底盘执行系统等组成：当数字地图、摄像头、雷达、GPS等组成的环境感知系统把车身以外的信息传达给中央决策系统时，由中央系统进行信息融合处理、规划决策和控制车辆，最后把指令传输给底盘执行系统，由线控转向、线控制动和驱动、自动变速器等完成底盘一体化控制。智能车系统组成如图3所示。

如何通过网络将汽车底盘的各种电子控制的传感器、执行部分、车载电脑ECU的数据和信息通过一个总的ECU进行集中控制成为急需解决的问题。就目前来看，虽然多种技术研究仍存在一定难度。但是，凭借人类对汽车技术的热爱和科学技术本身的迅猛发展，更多的汽车技术难题会被逐一解决。一些汽车生产企业和科研机构正在构建开放性系统构架，以最终实现汽车驾驶的全自动化。

参考文献：

[1]何涛.汽车底盘异响的故障诊断分析及解决措施初探[J].内燃机与配件，2019（5）：142-143.

[2]吕天星.汽车底盘异响的故障诊断分析及对策分析[J].中国战略新兴产业，2018（16）：175-176.

[3]刘亮.电子诊断在现代化汽车维修技术中的应用分析[J].时代汽车，2020（21）：175-176.

[4]张静.汽车发动机修理技术探析[J].南方农机，2019（6）：172.

[5]唐守君.发动机几种常见故障的修理方法[J].汽车与驾驶维修（维修版），2017（6）：103-104.