智能网联汽车的线控技术研究

乔露露 文森淼

摘要：汽车发展越来越趋于智能化、网联化，自动驾驶功能已经开始在某些车型上运用，智能网联汽车不仅提升了汽车的舒适性、安全性、操控稳定性，更是影响着整个汽车产业链的发展，而线控技术的运用正影响着智能网联汽车的发展。本文通过介绍什么是智能网联汽车和智能网联汽车的发展基础上，从线控制动系统、线控转向系统、线控换挡系统、线控油门系统、线控悬架系统五方面研究线控技术的工作原理以及线控技术的特点，最后结合线控技术的现状分析未来发展趋势和存在的困境。

Abstract： The car is becoming more and more tend to be more intelligent development， snatched， automatic driving function has been started some models use， intelligent made not only improved the car's comfort， safety， handling stability， but also affects the development of the whole automobile industry chain， and the use of drive-by-wire technology is affecting the development of intelligent made cars. Introduced in this paper， through what is intelligence made on the basis of the development of the automotive and intelligent snatched the， from the line control system， wire control steering system， line control system of shift and line containment door system， line control suspension system of drive-by-wire technology five aspects of working principle and the characteristics of the drive-by-wire technology， finally combining drive-by-wire technology development status quo of looking to the future development trend and the existing difficulties.

关键词：智能网联;线控技术;控制单元;传感器

Key words： Intelligent Network;wire-control technology;ECU;the sensor

中图分类号：U46                                    文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2022）03-0239-03

0  引言

随着信息技术的发展，汽车迎来了“四化”的大挑战，即电动化、智能化、网联化、共享化。智能网联汽车的产生将改变和引领着整个汽车制造业的发展和革新，也给人们的出行带来更便捷和舒适。汽车线控技术直接影响着汽车的智能控制，它代替传统的机械结构，不仅节省空间，对汽车的运动控制更准确，响应速度更快，提高了舒适性和安全性。据2020年国务院办公厅发布的《新能源汽车产业发展规划（2020-2035年）》，高级别自动驾驶汽车将有望实现规模应用，而行业现在有一个共识“无线控，不自动驾驶”，充分体现了线控底盘技术在新能源自动驾驶领域的核心地位，有望迎来规模爆发期。[1]

1  智能网联汽车

智能网联汽车（Intelligent Connected Vehicle，简称ICV），是车联网技术和智能汽车技术所形成的有机体。智能网联汽车能够通过互联网和车载传感器收集到的信号（比如地图、汽车位置、车速等行驶工况）传送给控制器进行分析计算发出指令给执行器来控制车辆实现智能化和自动驾驶等功能。智能网联技术的实现需要借助通信技术，达到让汽车与人、汽车与汽车、汽车与道路、汽车与服务平台数据信息共享，实时数据交换的深度融合。智能驾驶是利用信息技术、计算机技术、控制技术实现汽车性能的全面提升。[2]2017年由工信部、国家标准委共同制定的《国家车联网产业标准体系建设指南（智能网联汽车）》對什么是智能网联汽车给出了明确的定义，也为智能网联汽车的发展指明了方向。智能网联汽车的应用可以提高驾驶的安全性、减轻驾驶者的疲劳、降低交通拥堵，达到节能减排等效果。

2  线控技术

汽车线控技术可以通过对传感器接收到信号处理控制汽车的运动，从而实现驾驶的自动化。线控技术是实现自动驾驶的执行机构，智能网联汽车通过车身电器对环境感知、路径规划，由线控技术执行控制完成具体智能化动作。目前，线控技术已经广泛应用于某些高档轿车、超级轿跑和概念车上，另外在一些工业用车上，比如：矿用防爆运输车辆应用也较多。汽车线控技术主要有：线控制动系统、线控转向系统、线控换挡系统、线控油门系统、线控悬架系统。

2.1 线控制动系统

传统的制动系统采用真空助力器和制动缸来放大驾驶员所产生的制动力，制动能源主要来源于发动机进气歧管和大气压形成的压差，新能源汽车取消了发动机用电子真空泵产生负压实现助力。传统的制动系统只能依靠人的操作，不能根据行驶路况实现主动制动，或在四个车轮分别行驶在不同摩擦系数的路面上时主动调控四个车轮的制动压力，制动响应速度较慢，精确度不高。

汽车制动系统关系到汽车驾驶的安全性，所以线控制动技术是底盘线控技术中最关键和难度最高的。传统的制动系统采用液压制动，制动管路多且长，制动响应速度慢，有延迟现象，这样大大影响了行车安全性。而线控制动系统用电线取代液压管路，用电信号传输，又快又准确。线控制动系统分为液压式线控制动系统（Electronic Hydraulic Brake System，简称EHB）和电子机械线控制动系统（Electro Mechanical Brake，简称EMB）。无论是哪种线控制动系统都是在传统制动系统上发展起来的。线控制动系统用电线和数据线将制动踏板和制动器连接起来，驾驶员对制动踏板的操作行程由踏板传感器形成的位移信号转化成电信号传送给电子控制单元，电子控制单元结合车速信号通过计算判断出制动意图，对液压泵或执行电机发出指令进行制动，同时制动力的实施也会通过制动踏板反馈给驾驶员。线控制动系统工作原理如图1。

应用车型：博世生产的iBooster在保时捷918、蔚来、荣威Ei5、小鹏P7车上;大陆生产的MK C1在阿爾法罗密欧、宝马X7上。

2.2 线控转向系统

传统的助力转向系统主要分为液压助力转向系统和电动助力转向系统。液压助力转向系统主要借助发动机来实现助力的，虽然能帮助驾驶员减轻转向阻力，但它的缺点是不能根据汽车的转向的需求提供相应大小的助力，即在低速时发动机转速低，提供的助力小，高速时发动机转速大，提供的助力大，造成助力的迟滞和能源的浪费。电动助力转向系统由电机实现助力转向，由于受电机功率的受限，只能在转向负荷较小的小型车辆上使用。

线控转向系统是将驾驶员对方向盘的操纵信号转换成电信号传送给电子控制单元，对数据处理后用电机驱动齿轮齿条转向器实现车轮转向。线控转向系统去除了从方向盘到转向器之间的机械操纵杆件和液压系统，增加了一套主动控制系统。不仅从汽车零部件布局上节省了空间，可以获得更快的响应速度，在行驶安全性和驾驶操纵性方面也得到了很大的改善，推动了汽车集成化、网联化、模块化、智能化的快速发展。另外，通过主动控制可以实现车道保持功能、自动泊车甚至自动驾驶等辅助驾驶功能。线控转向系主要由路感反馈系统、转向传感系统、电子控制系统、转向执行器组成。详见表1。

当驾驶员转动方向盘时，传感器会将转向意图转化成电信号传送给电子控制单元，电子控制单元会根据行驶车速信号和梯形臂上的转角传感器信号控制反馈电机，以达到增强驾驶员手感和方向盘回正，同时，电子控制单元根据转向反馈电机生成的反馈力矩、模拟方向盘力给转向电机发送信号进行旋转，结合驾驶员的转向意图，从而对转向器进行操作，实现对转向轮的控制，如图2。

应用车型：雪铁龙C_Crosser概念车、英菲尼迪、Daimlerchrysler概念车“R129”、奔驰概的F400 Carvin等。

2.3 线控换挡系统

传统的变速器换挡机构采用杆式或绳索式，换挡杆与变速器齿轮机构之间有复杂的部件。传统换挡杆体积大，布置位置死板，影响美观。

线控换挡系统的换挡装置取代了这种老式的杆式换挡杆的，采用拨片式、旋钮式或按钮式等电子换挡方式，布置更为灵活。线控换挡系统没有了杆件和拉线的操控，而是通过电控来实现，使得整个变速器换挡系统变得小巧、轻便和智能化。线控换挡系统主要由传感器、换挡按钮、电子控制单元组成。使得换挡更准确，发动机转速和车速可以完美匹配，提高了燃油利用率，减少废气排放。当驾驶员操纵换挡按钮时，传感器将这一操作变成电信号传送给电子控制单元，电子控单元会结合其他传感器传送过来的信号进行计算分析，如：车速传感器、节气门开度传感器、发动机转速信号等，判断驾驶员的操作请求是否恰当，分析是否是驾驶员的误操作。如果判断操作无误，电子控制单元会控制变速器的电磁阀实现档位的变换，同时档位信息也会通过子数据线传送到仪表显示盘上。如果判断为驾驶员是误操作，电子控制单元会终止发出指令，比如：在快速行驶过程中突然挂入倒挡，电子控制单元会结合车速传感器信号做出误操作的判断。

应用车型：林肯MKC、宝马7系、克莱斯勒等。

2.4 线控油门系统

传统的油门控制是将油门踏板和节气门用拉线连接，驾驶员对油门踏板的操作通过拉线直接控制节气门的开度的大小，油门成了唯一一个决定喷油量多少的因素虽然响应速度快，但往往会因为操作不当造成发动机的损坏，燃油的浪费和环境的污染。线控油门系统是在油门踏板处安装了油门踏板位置传感器，将驾驶员对油门踏板的操作转化成电信号电子控制单元，电子控制单元控制安装在节气门位置处的电动机，从而控制节气门的开度。线控油门系统不仅接收油门踏板位置传感器的信号，还综合车速信号、发动机转速信号等传感器信号进行计算，准确判断出驾驶员对油门踏板做出的操作意图，从而提高燃油经济性和行驶稳定性。

应用车型：长安EV460、宝马i3、TeslaModel X等。

2.5 线控悬架系统

传统的悬架分为独立悬架和非独立悬架，主要由螺旋弹簧/钢板弹簧、减震器和不同导向机构组成。传统的悬架系统不能根据路况改变弹簧的弹性系数和减震器的阻尼系数，不仅影响到了乘坐的舒适性，对汽车的横向稳定性和操控性都不好把控。

悬架系统关乎到汽车的舒适性和操控性，而随着技术的发展，人们对汽车的舒适性的要求越来越高，线控悬架的到来正好能满足这一点。线控悬架是一种主动悬架，较传统悬架可以改变空气弹簧的弹性系数、减震器的阻尼系数和车身高度从而适应不同的工作状况。当汽车正常行驶时，车身高度传感器能感受到路面的颠簸并转化成电信号传送给悬架控制单元，同时还有车速传感器、加速传感器、转向角传感器、刹车信号等传感器将这些信号传送给悬架控制单元，悬架控制单元将这些信号进行处理后，输出改变空气弹簧的软硬（弹性系数）和减震器的刚度（阻尼系数），从而提高行车舒适性操纵稳定性，稳定车身，防止车辆在急转弯时车身发生倾斜或造成急加速急减速时的头点地和后仰问题。另外当碰到障碍物或汽车载荷发生变化时时，悬架还可以通过车身高度传感器检测离地距离，改变车身的高度，提高汽车的通过性能。

应用车型：奔驰S600、通用凯迪拉克的MRC、宝马7系等。

3  线控技术的特点

①线控技术用电信号取代了机械杆件和液压系统，在降低噪声和减少震动的同时，可为汽车零部件的布置節省很多空间，电线的布置变得更灵活，增加了汽车的设计空间;线控技术降低部件的复杂性，减少汽车自重量，减少燃油消耗率，减少液压系统和机械杆件的故障率;

②线控技术采用电信号的传输方式，响应速度更快，更敏捷;线控技术可以提前预判驾驶员的行为，进行提前干预，在紧急情况下发挥作用，减少交通事故，线控转向系统减少了转向操纵机构，在发生碰撞时减少了转向柱对驾驶员因为惯性前倾的危险，提高行车安全性，减少人员伤亡和财产损失;

③线控技术涉及到多个电机和控制单元的计算，需要增加额外的成本，所以应用范围还不是特别广;线控技术还没有制定统一的通讯协议，其通用性和兼容性有待提高。线控技术涉及到的零部件小，加工精密度高，加工工艺复杂等因素的影响，就目前技术水平要想达到批量生产难度较高;

④对于汽车线控技术来说，会用到多个高频电磁，汽车内部存在高频电磁干扰如电动机和点火线圈会产生电磁干扰，电子器件可能会在这些工况下发生故障或松动;复杂的分析处理算法也可能会导致程序跑飞等故障情况出现，而驾驶人又无法直接控制发动机的动力大小，一旦这种情况发生将产生不可预知的后果。[3]

4  展望

目前，我国智能化汽车的发展还处于发展阶段，仍处于L1、L2阶段，到2020年止，装配有驾驶辅助功能，半自动驾驶辅助的汽车已经占有市场的50%，可以实现网联式环境感知，辅助驾驶员在复杂的路况下行车。汽车线控技术是汽车实现智能化和无人驾驶的关键。线控技术不仅取消了繁琐的机械杆件和液压系统，更是实现新能源汽车续航和自动驾驶的核心技术。没有线控就没有自动驾驶，可见线控技术对自动驾驶的重要性。线控技术响应速度快，能搞准确控制从而提高了汽车行车的安全性和操控稳定性;线控技术减少了很多机械杆件，降低了车本身的重量，从而节约成本，减少燃油消耗，响应环保政策，另外，在舒适性和汽车设计上也得到了非常大的改善。线控技术是大势所趋，但很多技术被国外市场垄断，存在“卡脖子”现象，线控技术涉及到的零部件大多精密较高，比如电磁阀，存在加工难，无法量产的困境急需解决。线控技术存在设计缺陷和技术不成熟等问题导致事故频发，在过去几年里多品牌汽车先后出现不同的召回。

5  结束语

随着线控技术的应用，将促进智能网联汽车的发展，也将改变和冲刺着整个汽车产业链的发展，人们的出行方式也将被彻底改变。国家在政策上也给予了大力的支持，工信部和交通运输部先后认定了多家测试基地，加快推进智能网联汽车的发展。工信部发布《2020年智能网联汽车标准化工作要点》中提到把“加快完善智能网联汽车标准体系建设”与“建立智能网联汽车标准制定及实施评估机制”作为重点工作内容。[4]汽车底盘线控技术的成熟将加快汽车智能化，无人驾驶汽车的发展。

参考文献：

[1]郑雪芹.线控底盘是未来发展趋势[J].汽车纵横，2021-11.

[2]李妙然，邹德伟主编.智能网联汽车技术概论[M].

[3]线控油门（TBW）.[EB/OL].[2019-10].https：//www.sohu.com/a/348036684_467757.

[4]《2020年智能网联汽车标准化工作要点》中华人民共和国工业和信息化部，2020-04-16.