汽車底盤電子控制技術的作用與發展

李娜 王偉

摘 要：汽車底盤作為構成汽車整體的重要部件，主要功能是實現汽車的靈敏加速、減速、制動和轉向等功能。本文對汽車底盤電子控制系統的各部分的作用和發展方向進行了闡述。

關鍵詞：汽車底盤;電子控制;技術;發展

中圖分類號：U463.1文獻標識碼：A文章編號：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

隨著汽車工業的發展，電子控制技術已貫穿現代汽車的每一部分，目前主要應用于發動機系統、底盤系統、車身系統等。作為一項復雜的專業技術，汽車底盤電子控制技術利用不同控制系統實現對同一個控制目標的共同或單獨控制。汽車底盤電子控制系統主要包括傳動系電控系統、行駛系電控系統、轉向系電控系統和制動系電控系統等。

1 汽車底盤電子控制系統的作用

1.1 汽車傳動系電子控制系統

汽車傳動系電子控制系統運用電子控制理論與方法對傳動裝置進行控制，以便達到預期目的。現代燃油汽車傳動裝置的重要組成部分是變速器。在車輛進行升、降擋的過程中，自動變速器能夠根據汽車發動機的負荷和行駛速度、路況等多方面因素自動變換合適的擋位，不需要手動操作換擋桿進行升、降擋，大大減輕了駕駛者的勞動強度。

目前，自動變速器中較為常用的是液力自動變速器、無級變速器和雙離合變速器，在大多數自動擋小汽車中使用的是液力自動變速器。液力自動變速器主要利用安裝在發動機與齒輪傳動機構之間的液力變矩器配合齒輪變速器、電子控制和液壓控制系統來實現換擋。

1.2 汽車行駛系電子控制系統

為了保證汽車操縱時的穩定性和行駛時的平順性，理想的汽車懸架系統要在不同的使用條件下具有不同的彈簧剛度和減振器阻尼力。行駛系中電子懸架控制系統目前以主動懸架阻尼器控制（Airmatic Dual Control，ADC）系統與主動橫向穩定器（Active Anti-Roll Controller，ARC）系統為主。電子控制懸架系統能根據車身高度、車載質量、車速、轉向角度及速率、制動等信號，由電子控制單元（Electronic Control Unit，ECU）對輸入的數據進行綜合處理后自動控制車輛的懸架參數，從而較好地保持汽車行駛的平順性和操縱穩定性。

汽車行駛系網絡智能電子控制現在常用的是汽車巡航和導航系統。汽車巡航系統可以保持汽車行駛的穩定性，減輕駕駛員的疲勞感，使汽車駕駛更舒適，提高汽車的經濟性和環保性。全球定位系統（Global Positioning System，GPS）應用于汽車導航控制，能夠對目的地進行最佳路線檢索和瞬時再檢索，可提供豐富的菜單和記錄，在適當時間內實時發出語音提示，還有擴大十字路口周圍建筑物和交通標志的功能。

1.3 汽車轉向系電子控制系統

汽車的普通動力轉向系的助力特性是不變的，與車速無關。這導致汽車行駛低速和停車時轉向盤操縱沉重，如果考慮此時的輕便性，則會使汽車高速行駛時操縱力過小，路感下降，影響汽車的穩定性和安全性。現代汽車的電子控制轉向系統可以根據車速的高低和行駛條件的變化，使轉向助力隨著行駛條件自動變化。當汽車停車和低速時，它能提供足夠的助力，使車輛低速時轉向更容易;隨著車速的增加，助力逐漸遞減，使轉向不受車速影響;車輛高速行駛時，無助力或助力很小，以保證駕駛員有足夠的路感。

轉向系電子控制系統在汽車轉向時提供合適的轉向助力，它不僅使轉向操縱更為輕便，而且提高了汽車行駛的安全性、響應性和穩定性。其他如彎道輔助照明系統（Adaptive Front lighting System，AFS）、主動前輪電動助力轉向系統（Electric Power Steering System，EPS）和后輪轉向系統（Rear Wheel Steering system，RWS）也不斷地安裝在中高檔汽車中[1]。

1.4 汽車制動系電子控制系統

汽車制動系電子控制系統已經較為成熟，例如，防抱死制動系統（Antilock Brake System，ABS）、車身電子穩定性系統（Electronic Stability Program，ESP）（見圖1）、驅動防滑系統（Acceleration Slip Regulation，ASR）或牽引力控制系統（Traction Control System，TCS）等。

目前，汽車上電子控制系統都把ABS作為標準配置，防抱死系統（ABS）是在傳統汽車制動系統上增加了ABS制動控制裝置，控制的計算機檢測各車輪車速，防止汽車制動時車輪出現抱死現象，確保汽車制動時方向的穩定性，縮短制動距離，提高制動效能，改善輪胎的磨損狀況。

汽車驅動防滑系統（ASR）或牽引力控制系統（TCS）是通過發動機管理系統和防抱死制動系統（ABS）控制驅動和干預制動車輪，從而避免汽車牽引力與行駛穩定性下降。其目的是防止車輛在砂石、冰面、泥濘路面上起步和行駛時驅動輪打滑，使車輛有較好的操縱穩定性，并且牽引力最大。

車身電子穩定性系統（ESP）是汽車電子控制系統的一個標志性發明。盡管名稱不盡相同，但都是在傳統的汽車動力學控制系統（ABS和TCS）上增加一個橫向穩定控制器，通過控制橫向力和縱向力的分布和幅度，以控制任何路況下汽車的動力學運動模式，從而提高汽車在各種工況下的動力性能[2-3]。

2 汽車底盤電子控制技術的發展

隨著汽車行駛速度的提高和道路行車密度的增大，人們對汽車的行駛安全提出了更高的要求，因此，現代汽車使用了較多主動安全裝置，控制功能也越來越強大。現代汽車底盤與傳統底盤相比，已大大提高了汽車的安全性、穩定性、主動性與舒適性[4]。

2.1 線控技術

線控技術是指用電子信息的傳送取代過去由機械的、液壓的或氣動的系統連接的傳動部分，如換擋連桿、節氣門拉線、轉向傳動機構及制動油路系統等。線控技術不僅是取代連接，而且包括操縱機構和操縱方式的變化、執行機構的電氣化。線控技術的應用正逐步改變汽車的傳統結構，全面線控化意味著汽車將脫離機械操縱控制，整體轉變為電子系統控制。但是，線控技術的使用必須有實時傳輸性能優越的安全網絡技術與之匹配。

汽車底盤上目前可以使用的線控部分包括油門、制動、換擋、懸架、增壓和轉向等。線控技術的優點非常突出：經濟方面，減少了汽車上的機械或液壓裝置且布置靈活，大大降低了汽車設計、制造和生產成本，同時，降低了汽車的車身整體質量;安全方面，減小了正面碰撞時的潛在危險;個性化方面，為汽車設計提供了更多空間和方案。

2. 2 集成化技術

近年來，汽車電子技術發展迅速，嵌入式技術、網絡控制技術、線控技術日益成熟，使底盤電子控制由初期的單一方式進入現在的多個位置和目標變量的綜合協調控制。汽車電子控制集成化技術是汽車技術發展的一種必然。將自動變速器和發動機系統集成有助于對動力系統進行綜合管控。全電路制動系統（Brake-by-Wire，BBW）是使用嵌入式總線技術的新型智能化制動系統（見圖2），利用優化微處理器中的控制算法，與ABS、TCS、ESP和自適應巡航系統（Adaptive Cruise Control，ACC）等協作，準確調整制動系統的工作，提高車輛的制動效果，使汽車主動安全系統更加安全和精準。底盤綜合控制系統（Global Chassis Control，GCC）把汽車制動系統、電子懸架和轉向系統、傳動控制等集成為綜合的控制系統，在一個車載電腦（Electronic Control Unit，ECU）集中了原來分散的多種控制功能，通過控制器局域網絡（Controller Area Network，CAN）總線實現信息共享、資源綜合利用。

集成化技術可以使汽車的線路、控制器等各種硬件實現共用，減少零件數量和連接點，提高可靠性，在軟件上實現信息融合、集中控制，提高和擴展各自的單獨控制功能[5]。

2.3 網絡化技術

目前，汽車上的電子控制系統大都是電子、機械和信息一體化裝置。隨著科學技術的發展和汽車環保、輕量化要求的提出，現代汽車中機械、液（氣）壓等控制不斷減少，電子和信息控制的地位越來越重要，但同時，因電子和信息控制而使用的線束和線路接頭越來越多，不僅占據空間，而且產生了增重問題，更嚴重的是帶來汽車安全行駛的隱患。因此，現代汽車在電子控制功能不斷完善的情況下，如何減少線束成為需要解決的主要問題。傳統方式顯然無法解決這個問題，而無線傳輸的通信網絡能較好地突破這種電子技術發展中的困境。所以說汽車的網絡化技術實質是建立在線控技術和集成化技術上的更高級控制技術，三者相輔相成。前兩者為汽車網絡化技術提供基礎，而后者則為前兩者的優化提供了更大的發展空間。例如，ESPⅡ在ESP的基礎上增加了大量駕駛輔助功能。ESPⅡ通過車輛的制動系統、轉向系統和優化懸架的集成構建一個更完善和統一的底盤控制系統，同時利用網絡化連接技術改進系統運行性能，從而使汽車在運行安全性、舒適性、靈活性方面得到進一步延伸，并使汽車在極限工作情況下更容易掌握和操縱。

3 結論

汽車底盤電子控制系統整體運行效果越好，汽車整體性能就越優越。從當前汽車底盤控制系統構成可以看出其未來發展應用趨勢，未來，汽車底盤的電子控制系統將會向線控技術、集成化技術方向發展，并積極嘗試與信息技術和網絡等結合，以實現多維度的精準控制。例如，研究中的智能汽車系統由環境感知系統、中央決策系統和底盤執行系統等組成：當數字地圖、攝像頭、雷達、GPS等組成的環境感知系統把車身以外的信息傳達給中央決策系統時，由中央系統進行信息融合處理、規劃決策和控制車輛，最后把指令傳輸給底盤執行系統，由線控轉向、線控制動和驅動、自動變速器等完成底盤一體化控制。智能車系統組成如圖3所示。

如何通過網絡將汽車底盤的各種電子控制的傳感器、執行部分、車載電腦ECU的數據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。就目前來看，雖然多種技術研究仍存在一定難度。但是，憑借人類對汽車技術的熱愛和科學技術本身的迅猛發展，更多的汽車技術難題會被逐一解決。一些汽車生產企業和科研機構正在構建開放性系統構架，以最終實現汽車駕駛的全自動化。

參考文獻：

[1]何濤.汽車底盤異響的故障診斷分析及解決措施初探[J].內燃機與配件，2019（5）：142-143.

[2]呂天星.汽車底盤異響的故障診斷分析及對策分析[J].中國戰略新興產業，2018（16）：175-176.

[3]劉亮.電子診斷在現代化汽車維修技術中的應用分析[J].時代汽車，2020（21）：175-176.

[4]張靜.汽車發動機修理技術探析[J].南方農機，2019（6）：172.

[5]唐守君.發動機幾種常見故障的修理方法[J].汽車與駕駛維修（維修版），2017（6）：103-104.