汽車底盤最新技術的發(fā)展現(xiàn)狀_圖文

1、汽車底盤最新技術的發(fā)展現(xiàn)狀桂鵬程過學迅程飛(安徽江淮汽車股份有限公司【摘要】介紹了一些最新的汽車底盤電子化技術包括BB W 、R W S 、ESP 、ADC 、ARC 等,就汽車底盤的發(fā)展趨勢做了詳細說明,包括底盤各種技術的集成化、網(wǎng)絡化等。【主題詞】底盤汽車線控技術 收稿日期:2007-08-250引言越來越多的新電子控制設備被應用于汽車上。其中許多新的底盤控制技術設備在汽車的安全性,動力性,操作穩(wěn)定性等方面起著重要的作用。它包括全電路制動系統(tǒng)(BBW ,B rake 2by 2W ire ,汽車轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)(R W S 、ESP 等,汽車懸架控制系統(tǒng)(ADC 、ARC 等以及現(xiàn)在發(fā)展起來的

2、汽車底盤線控技術(線控換檔系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)、油門系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等。再加上汽車CAN 總線的應用,42V 電壓技術的研究,電動汽車的研究都會帶動汽車底盤控制技術向更高層次的發(fā)展。如今汽車底盤控制技術正向電子化、信息化、網(wǎng)絡化、集成化方向發(fā)展。1汽車底盤的電子化技術1.1全電路制動系統(tǒng)(BBW BBW 是一種全新的制動模式,它的系統(tǒng)結構如圖1所示,BBW 是一種新型的智能化制動系統(tǒng),它采用嵌人式總線技術,可以與防抱死制動系統(tǒng)(ABS 、牽引力控制系統(tǒng)(TCS 、電子穩(wěn)定性控制程序(ESP 、主動防撞系統(tǒng)(ACC 等汽車主動安全系統(tǒng)更加方便地協(xié)同工作,通過優(yōu)化微處理器中的控制算法,

3、可以精確地調(diào)整制動系統(tǒng)的工作過程,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。因此,BBW 的結構簡潔,更趨向于模塊化,安裝和維修更簡單方便。圖1BB W 結構示意圖控制單元是BBW 的控制核心,它負責BBW 信號的收集和處理,并對信號的推理判斷以及據(jù)此向制動器發(fā)出制動信號。此外,根據(jù)汽車智能化的發(fā)展趨勢,汽車底盤上的各種電子控制系統(tǒng)將與制動控制系統(tǒng)高度集成,同時在功能上趨于互補。BBW 采用雙重閉環(huán)控制方式,首先在各個電能制動器中都有制動力矩傳感器,可以實時地監(jiān)控制動力矩的大小,實現(xiàn)制動力矩的閉環(huán)控制。其次在制動過程中,各車輪轉(zhuǎn)速傳感器

4、時刻監(jiān)視著車輪的運轉(zhuǎn)過程,ABS 根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速傳感器的信號判斷車輪的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。根據(jù)目前BBW 的研究成果,投入使用還需要解決一系列問題,其中主要是電能制動器結構和性能的改善。電能制動器要保證能夠獨立對車輛實施有效制動,必須能產(chǎn)生足夠大的制動力矩,對內(nèi)部的驅(qū)動電機(或驅(qū)動電磁鐵體、驅(qū)動力矩的傳動系統(tǒng)、外部的供電系統(tǒng)提出了較高的要求。現(xiàn)在比較成熟的想法是提高汽車的供電電壓,從原來的12V 提高到42V ,提高電壓可以有效地解決BBW 的能源問題 。圖2整體式主動后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)1.2汽車轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)1.2.1后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(R W S R W S 能主動讓汽車兩后輪的橫拉桿相對于車身作側(cè)向運動,使兩后輪

5、產(chǎn)生一轉(zhuǎn)向角。R W S 是由電子控制單元、傳感器和執(zhí)行機構等組成。其執(zhí)行機構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)行機構來調(diào)節(jié)。對于整體式RW S 執(zhí)行機構,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RW S 執(zhí)行機構需要至少兩個位移傳感器。由于分離式R W S 執(zhí)行機構的元件多,兩后輪的控制和協(xié)調(diào)比較復雜,現(xiàn)在研發(fā)更多的是整體式RW S 執(zhí)行機構。整體式RW S 執(zhí)行機構又分液壓式和機電式兩種。圖2是機電式R W S 執(zhí)行機構,由電動機、螺母螺桿驅(qū)動機構和安全鎖止機構等組成。為了提高系統(tǒng)的可靠性,執(zhí)行機

6、構里安裝了一個電機轉(zhuǎn)角傳感器和一個螺桿位移傳感器。當RW S 出現(xiàn)故障時,電動機自動鎖止,兩后輪的轉(zhuǎn)向角不再發(fā)生變化,直到故障排除。正常工作時,后輪的轉(zhuǎn)向角是轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向角由于ESP 系統(tǒng)在對轎車的行駛狀態(tài)進行干涉時,只是通過對單個車輪施加制動來調(diào)節(jié)轎車的行駛穩(wěn)定性。這時由脈沖制動力引起的轎車振動,乘員能夠感覺到。ESP 能夠識別轉(zhuǎn)向輪與地面之間的附著系數(shù)。如果汽車在路面兩側(cè)附著系數(shù)不同的對開路面上制動時,它朝著路面附著系數(shù)較大的一側(cè)轉(zhuǎn)動的趨勢,即出現(xiàn)所謂的“制動器拉動”現(xiàn)象,在這種情況下,ESP 能夠通過轉(zhuǎn)向輪朝路面附著系數(shù)較小的一側(cè)做些適當?shù)霓D(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動,以平衡“制動器拉動”的趨勢。ESP 將其

7、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向柱設計成兩部分,其中一部分含有一個齒輪傳動機構,通過該齒輪傳動機構,系統(tǒng)中的電動馬達對轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角施加影響。ESP 對汽車制動和轉(zhuǎn)向的干涉,是利用ESP 的控制裝置基于一個擴展的軟件來操控。1.3汽車懸架控制系統(tǒng)ADC (有時也稱為連續(xù)性阻尼控制系統(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。根據(jù)汽車的運動狀況及傳感器信號,電子控制單元計算出每個車輪懸架阻尼器的最優(yōu)阻尼系數(shù),然后對阻尼器比例閥進行相應的調(diào)節(jié),自動調(diào)整車高,抑制車輛的變化等,使汽車的懸架系統(tǒng)能提供更好的汽車舒適性、安全性和穩(wěn)定性。為此,讓汽車車輪的動載振幅

8、和車身垂直加速度盡可能小。1. 3.2主動橫向穩(wěn)定器(ARC 當汽車進行彎道行駛時,離心力會對汽車車身產(chǎn)生一個側(cè)傾力矩。這個側(cè)傾力矩一方面引起車身側(cè)傾,另一方面使車輪的載質(zhì)量發(fā)生由內(nèi)輪向外輪的轉(zhuǎn)移。主動橫向穩(wěn)定桿則可以根據(jù)具體情況對每個橫向穩(wěn)定桿施加一個可連續(xù)變化的初始側(cè)傾角或者初始側(cè)傾力矩。主動側(cè)傾穩(wěn)定桿有兩種不同的結構形式:一種是將被動側(cè)傾穩(wěn)定桿從中間分開,通過一個旋轉(zhuǎn)馬達把穩(wěn)定桿的左右兩部分連接起來。旋轉(zhuǎn)馬達能讓左右兩部分進行相對轉(zhuǎn)動,旋轉(zhuǎn)馬達的轉(zhuǎn)矩可以調(diào)節(jié)。另一種是在被動穩(wěn)定桿的一端安裝一個差動液壓缸機構。差動液壓缸機構一端與穩(wěn)定桿連接,另一端與同車輪的橫向擺臂連接,差動液壓缸機構兩端

9、的距離可以調(diào)節(jié)。主動橫向穩(wěn)定器示意圖如圖3所示。 圖3主動橫向穩(wěn)定器示意圖ARC 的工作原理是主動讓穩(wěn)定桿的左右兩端作垂直方向的相對位移,平衡車身的側(cè)傾力矩,使車身的側(cè)傾角接近零,提高了舒適性。由于汽車前后兩個主動穩(wěn)定桿可以調(diào)節(jié)車身的側(cè)傾力矩的分配比例,從而可調(diào)節(jié)汽車的動力特性,提高了汽車安全性和機動性。2汽車底盤的線控技術所謂線控就是用電子信號的傳送取代過去由機械、液壓或氣動的系統(tǒng)連接的部分,如換檔連桿、油門拉線、轉(zhuǎn)向器傳動機構、剎車油路等。它不僅是取代連接,而且包括操縱機構和操縱方式的變化,以及執(zhí)行機構的電氣化。這將改變汽車的傳統(tǒng)結構。圖4是線控過程的基本組成。全面線控的實現(xiàn)將意味著汽車由

10、機械到電子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變。線控技術要求網(wǎng)絡的實時性好、可靠性高,而且一些線控部分要求功能實現(xiàn)的冗余,以保證在一定的故障時仍可實現(xiàn)這個裝置的基本功能。就像現(xiàn)在的ABS 和動力轉(zhuǎn)向一樣,在線路故障時仍具有剎車和轉(zhuǎn)向的基本功能。這就要求用線控的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸速度高、時間特性好和可靠性高。圖4線控過程示意圖目前汽車底盤的線控技術包括線控換檔系統(tǒng)、制動系統(tǒng)(如電液制動系統(tǒng)EHB ,電子機械制動系統(tǒng)E MB 、懸架系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)、油門系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等。線控技術具有如下優(yōu)點:無需使用液壓制動或其它任何液壓裝置,使汽車更為環(huán)保;減小了正面碰撞時的潛在危險性,并為汽車設計提供了更多空間;線控的靈活性使汽車設計、工程制

11、造和生產(chǎn)過程中的成本大為降低,且降底了維護要求和車身重量。3汽車底盤集成化技術現(xiàn)代汽車底盤電子控制系統(tǒng)正從最初單一控制發(fā)展到如今的多變量多目標綜合協(xié)調(diào)控制,這樣可以在硬件上共用傳感器、控制器件、線路,使零件數(shù)量減少,從而減少連接點,提高可靠性,在軟件上實現(xiàn)信息融合、集中控制,提高和擴展各自的單獨控制功能。(1ABS/ASR /ESP 的集成化:ABS/ASR 裝置成功地解決了汽車在制動和驅(qū)動時的方向穩(wěn)定性問題,但不能解決汽車轉(zhuǎn)向行駛時的方向穩(wěn)定性問題。汽車轉(zhuǎn)向行駛時,只有當?shù)孛婺軌蛱峁┏浞值霓D(zhuǎn)向力時,駕駛員才能控制住車輛,使其按照預定的方向行駛。如果地面?zhèn)认蚋街芰Ρ容^低,提供不了足夠的轉(zhuǎn)向力

12、,汽車就會側(cè)向滑出,影響了汽車按預定方向行駛的能力。ABS/ASR/ ESP集成系統(tǒng)的應用,在制動、加速和轉(zhuǎn)向方面滿足了駕駛員的較高要求,對汽車的主動行駛安全具有較大的貢獻。(2ABS/ASR/ACC的集成化:在ABS/ASR電子控制裝置硬件的基礎上,增加接收車距傳感器信號的電子電路、ACC常閉式和常開式進油電磁閥電子驅(qū)動電路。在原ABS控制模塊和ASR控制模塊的軟件基礎上,增加一個ACC控制模塊,并與ABS/ ASR電子控制模塊進行相應的有機融合,用來實時處理、計算和確定汽車的行駛狀態(tài)和車輪的轉(zhuǎn)動狀態(tài)。汽車ABS/ASR/ACC集成化系統(tǒng)具有優(yōu)先支持駕駛員操作功能和ABS優(yōu)先工作功能。(3汽

13、車底盤全方位控制系統(tǒng):汽車傳動控制系統(tǒng)、電子懸架系統(tǒng)、電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)等集成融合在一起成為綜合的汽車底盤電子控制系統(tǒng)。各控制功能集中在一個ECU中,通過CAN總線實現(xiàn)信息共享、資源綜合利用。4汽車底盤的網(wǎng)絡化技術目前汽車上每個總成幾乎是機械、電子和信息一體化裝置。在系統(tǒng)中電子和信息部分所起的作用也越來越重要,汽車上電子裝置的增加使連接的電子線路迅速膨脹,線束越來越復雜。在汽車設計、裝配、維護中的負擔甚至到了無法承受的程度。而且線路接頭的增加引起安全隱患。另外線的重量和占用空間也是值得考慮的問題,重量的增加意味著降低效率。線路體積(直徑太大在相對運動的部分之間過線非常困難,所以在電子裝置不

14、斷增加的情況下,減少線束成為一個必須解決的問題,而使用傳統(tǒng)的點到點平行連接方式顯然無法擺脫這種困境,因而基于串行通信傳輸?shù)木W(wǎng)絡結構成為一種必然的選擇?；谄嚨妆P的電子化技術、線控技術的應用、汽車底盤的網(wǎng)絡化技術成為必然。如何建立局域網(wǎng)將汽車底盤的各種電子設備的傳感器、執(zhí)行機構、ECU的數(shù)據(jù)和信息通過一個總的ECU進行集中控制成為急需解決的問題。目前汽車底盤的網(wǎng)絡化中應用比較成熟的有CAN總線,它是由博世提出的CAN標準(CAN/B為B級CAN,CAN/C為C級CAN,最旱在歐洲汽車上被廣泛采用,后來包括美國、日木汽車行業(yè)也使用它作為B級或C級汽車網(wǎng)絡。TTP/C和Flex Ray是以線控系統(tǒng)為主要應用目標的C級網(wǎng)絡協(xié)議,它們的相關支撐元器件和應用系統(tǒng)開發(fā)測試工具等處于研究階段。目前無線局域網(wǎng)絡在汽車底盤控制上的應用正在進一步探索。藍牙技術作為一種新的短距離無線通信技術標準,在汽車底盤控制系統(tǒng)的應用中有著巨大的市場潛力,其相對低廉的成本和簡便的使用力得到汽車業(yè)界的一致認同。5結語電子技術、線控技術的發(fā)展、電動汽車的研究、42V電氣系統(tǒng)的研究和信息技術的發(fā)展都將導致汽車底盤技術向電子化、信息化、集成化、網(wǎng)絡化、智能化方向發(fā)展,汽車將成為一個移動的智能化的“辦公室”。參考文獻6Continental Teves.Technol ogy,20002003Ab