線控技術（X-by-Wire）取(qu)消了傳統的氣動、液壓及機械連接，將(jiang)駕駛員(yuan)的操作動作經過傳感器轉變成電信號來(lai)實現控製，並由電信號直接控製執行機構以實現控製目的，具有安全、響應快的優點。該技術源(yuan)於美國國家航空航天局（NASA）於1972年推出的線控飛行技術（Fly-by-Wire）。其中，“X”代表汽車中傳統上由機械或液壓控製的各個部件及相關的操作。智(zhi)能網聯汽車線控底盤技術主要(yao)包括線控轉向、線控製動、線控驅動、線控換擋和線控懸架等，本文將(jiang)對線控底盤進行簡要(yao)介(jie)紹。
一、線控轉向係統
（一）線控轉向係統簡介(jie)
線控轉向係統（Steering By Wire，SBW），是智(zhi)能網聯汽車實現路(lu)徑跟蹤與緊(jin)急避障必要(yao)的關鍵技術，其性能直接影(ying)響主動安全與駕乘(cheng)體驗。線控轉向係統取(qu)消了傳統的機械式轉向裝置，轉向盤和車輪之間無機械連接，可以減輕車體重量(liang)，消除路(lu)麵衝擊，具有減小噪聲和隔震等優點。著名(ming)汽車公司和汽車零(ling)部件廠(chang)家，如美國Delphi公司、天合TRW公司、日本三菱公司、德國博士公司、ZF公司、寶馬(ma)公司等都相繼在研製各自的SBW係統。TRW公司最早提(ti)出用控製信號代替轉向盤和轉向輪之間的機械連接。英菲尼迪的“Q50”是第1款應用線控轉向的量(liang)產車型。2017年，耐世特（Nexteer）公司開發了由“靜默轉向盤係統”和“隨需轉向係統”組成的線控轉向係統，該係統可隨需轉向，在自動駕駛時轉向盤可以保持靜止，並可收(shou)縮至組合儀(yi)表上，從而提(ti)供更大的車內空間。
（二）線控轉向係統結構
線控轉向係統，主要(yao)由方向盤模塊、轉向執行模塊和ECU三個主要(yao)部分(fen)以及故障管理係統、電源(yuan)管理係統等輔助模塊組成，如圖1所示。當方向盤轉動時，方向盤轉矩和轉角傳感器將(jiang)測量(liang)到的駕駛員(yuan)轉矩和方向盤的轉角轉變成電信號輸入到ECU，ECU依據(ju)車速和轉角位移信號計算轉向力模擬的反饋轉矩，進而控製轉矩反饋電機的扭矩，同時控製轉向電機進而控製車輪的轉向角度，使汽車沿著駕駛員(yuan)期望的軌跡(ji)行駛。
圖1 線控轉向係統組成結構圖
（1-故障執行電機；2-轉向執行電機；3-輪速傳感器；4-轉角傳感器；5-扭矩電 機；6-車速傳感器、車身高度傳感器、加速度傳感器）
方向盤模塊包括方向盤、轉角傳感器、扭矩電機。其主要(yao)功能是將(jiang)駕駛員(yuan)的轉向意圖，通過測量(liang)方向盤轉角轉換成數字信號並傳遞(di)給主控製器；同時接受ECU送來(lai)的力矩信號產生方向盤回正力矩，向駕駛員(yuan)提(ti)供相應的路(lu)感信號。
轉向執行模塊包括轉角傳感器、轉向執行電機、轉向電機控製器等，其主要(yao)功能是接受ECU的命令，控製轉向電機實現要(yao)求(qiu)的前輪轉角，完成駕駛員(yuan)的轉向意圖。
ECU對采集的信號進行分(fen)析處理，判別汽車的運動狀態，向扭矩電機和轉向執行電機發送命令，控製兩個電機的工作，其中轉向執行電機完成車輛航向角的控製，扭矩電機模擬產生方向盤回正力矩。
電源(yuan)管理係統，承擔控製器、執行電機以及其他車用電機的供電任(ren)務，用以保證轉向係統可以在大負荷下穩定(ding)可靠工作。
故障管理係統，是保證在線控轉向係統故障時，提(ti)供冗餘(yu)安全保障。它包括一係列監(jian)控和實施算法，針對不同的故障形(xing)式和等級作出相應處理，以求(qiu)最大限度地保持汽車的正常行駛功能。當檢測到ECU、轉向執行電機等關鍵零(ling)部件產生故障時，故障處理ECU自動工作，緊(jin)急啟動故障執行電機以保障車輛航向的安全控製。
（三）英菲尼迪Q50線控轉向係統
通過傳統的轉向管柱將(jiang)轉向盤與轉向執行機構連接在一起，基本形(xing)態與普通燃油車無異(yi)，但(dan)在轉向管柱與轉向執行機構之間由電控多片離合器相連。如下圖所示。
圖2 英菲尼迪Q50線控轉向係統
正常行駛過程中，多片離合器為斷開狀態，雖然轉向管柱仍然存在，但(dan)並不對前輪直接起作用。隻有當線控轉向機構發生故障的緊(jin)急情況(kuang)下，多片離合器自動接通，方向盤、轉向柱與轉向機構（齒(chi)輪齒(chi)條(tiao)機構）的剛性連接實現轉向操作，保證駕駛安全。
（四）博世公司線控轉向係統
博世係統與英菲尼迪Q50的線控轉向係統有很大的區別，博世公司開發的線控轉向係統，完全取(qu)消了轉向柱，由上轉向執行器SWA構成的上轉向係統和全冗餘(yu)式下轉向執行器SRA構成的下轉向係統組成，而且上轉向係統和下轉向係統之間沒有剛性連接。如下圖所示。 
圖3 博世公司線控轉向係統
二、線控驅動係統
（一）線控驅動係統簡介(jie)
線控驅動係統（Drive By Wire，DBW），為智(zhi)能網聯汽車實現自主加減速行駛提(ti)供了良好的硬件基礎，而且，線控驅動係統可以使汽車更為便捷的實現定(ding)速巡航、自適應巡航等功能。（二）線控驅動係統結構
線控油門係統主要(yao)由加速踏(ta)板、踏(ta)板位置傳感器和ECU組成。目前，線控驅動係統分(fen)為傳統汽車線控驅動和電動汽車線控驅動兩種類型。
對於傳統汽車，如下圖所示，該係統通過加速踏(ta)板位置傳感器檢測加速踏(ta)板的絕對位移，ECU計算得到最佳的節(jie)氣門開度後，輸出指(zhi)令控製節(jie)氣門保持最佳開度。
圖4 傳統汽車線控驅動係統原(yuan)理圖
如下圖所示，由於電動汽車整(zheng)車控製單(dan)元（VCU）的主要(yao)功能是通過接收(shou)車速信號、加速度信號以及加速踏(ta)板位移信號，實現扭矩需求(qiu)計算，然後發送轉矩指(zhi)令給電機控製單(dan)元，進行電機轉矩控製，所以通過整(zheng)車控製單(dan)元VCU的速度或扭矩控製接囗來(lai)實現線控驅動控製。
圖5 電動汽車線控驅動係統控製原(yuan)理圖
三、線控製動係統
（一）線控製動係統簡介(jie)
線控製動係統（Brake by Wire，BBW），是智(zhi)能網聯汽車實現自主安全停車的關鍵部件之一。它將(jiang)原(yuan)有的製動踏(ta)板機械連接轉變為電控信號，通過加速踏(ta)板位置傳感器接收(shou)駕駛員(yuan)的製動意圖，產生製動信號並傳遞(di)給控製係統和執行機構，並根據(ju)一定(ding)的算法模擬踏(ta)板感覺反饋給駕駛員(yuan)。傳統製動係統與線控製動係統的區別如下圖所示。 
圖6 傳統製動係統與線控製動係統的區別
線控製動通過ECU實現係統控製，對線控製動係統的安全冗餘(yu)設計是必不可少(shao)的環節(jie)。根據(ju)製動係統工作原(yuan)理不同，線控製動可分(fen)為電子液壓製動係統（EHB）和電子機械製動係統（EMB）兩類。
（二）電子液壓製動係統
電子液壓製動係統EHB是從傳統的液壓製動係統發展來(lai)的。但(dan)與傳統製動方式的不同點在於，EHB以電子元件替代了原(yuan)有的部分(fen)機械元件，將(jiang)電子係統和液壓係統相結合，是一個先進的機電液一體化(hua)係統，其控製單(dan)元及執行機構布置集中。EHB由於使用製動液作為製動力傳遞(di)的媒介(jie)，也稱為集中式、濕式製動係統。EHB主要(yao)由電子踏(ta)板、ECU、液壓執行機構等部分(fen)組成。製動踏(ta)板位置傳感器用於檢測踏(ta)板行程，然後將(jiang)位移信號轉化(hua)成電信號傳給ECU，實現踏(ta)板行程和製動力按(an)比例進行調控。如下圖所示。
圖7 電子液壓製動係統（EHB）結構圖
ECU通過傳感器信號判斷製動意圖，並通過電機驅動液壓泵進行製動。當電子係統發生故障時，EHB變成傳統的液壓係統。製動踏(ta)板輸入信號後驅動製動主缸中的製動液通過備用閥流入連接各個車輪製動器的製動輪缸，進入常規的液壓係統製動模式，保證車輛製動的必要(yao)安全保障。EHB能通過軟件集成如ABS（防抱死製動係統）、ESP（車身電子穩定(ding)係統）、TCS（牽引力控製係統）等功能模塊，可以進一步提(ti)高行車的安全性及舒適性。當製動器涉水後，EHB係統可以通過適當的製動動作，恢複製動器的幹燥，保持製動器的工作性能。
與傳統的液壓或氣壓製動係統相比，EHB係統增加了製動係統的安全性，使車輛在線控製動係統失效(xiao)時還可以進行製動。但(dan)是備用係統中仍然包含複雜的製動液傳輸管路(lu)，使得EHB並不完全具備線控製動係統的優點。
（三）電子機械製動係統
電子機械製動係統EMB（Electronic Mechanical Brake），完全摒棄(qi)了傳統製動係統的製動液及液壓管路(lu)等部件，每(mei)個車輪上安裝一個可以獨(du)立工作的電子機械製動器，也稱為分(fen)布式、 幹式製動係統。EMB係統主要(yao)由電子機械製動器、ECU和傳感器等組成，如下圖所示。EMB結構極(ji)為簡單(dan)緊(jin)湊，製動係統的布置、裝配和維修都非常方便，同時由於減少(shao)了一些製動零(ling)部件，大大減輕了係統的重量(liang)。 
圖8 EMB的結構圖
EMB工作時，製動控製單(dan)元ECU接收(shou)製動踏(ta)板傳來(lai)的踏(ta)板行程信號，ECU計算出踩(cai)製動踏(ta)板的速度信號並結合車輛速度、加速度等行駛狀態，分(fen)析各個車輪上的製動需求(qiu)，計算出各個車輪的最佳製動力矩大小後輸出對應的控製信號，分(fen)別控製各車輪上的電子機械製動器中電機的工作電流大小，通過電子機械製動器中的減速增矩以及運動方向轉換，將(jiang)電機的轉動轉換為製動鉗(qian)塊的夾(jia)緊(jin)，產生足(zu)夠的製動摩擦力矩。
EMB係統的關鍵部件之一是電子機械製動器，它通過ECU改變輸出電流的大小和方向實現執行電機的力矩控製，將(jiang)電機軸的旋轉變換為製動鉗(qian)塊的開合，通過相應的機構控製算法補(bu)償由於摩擦片的磨損造成的製動間隙變化(hua)。其工作原(yuan)理是：電機通過減速增矩的機械執行機構產生夾(jia)緊(jin)力作用到製動盤上，製動力矩與製動盤和摩擦片之間的壓力、摩擦係數成線性正相關，控製驅動電機軸轉角大小即可實現對於製動轉矩的控製，控製係統相對簡單(dan)，製動器的工作性能穩定(ding)，但(dan)對於電機的功率要(yao)求(qiu)較高，因而尺寸較大，如下圖所示。 
圖9 製動器結構圖
與EHB相比，EMB中沒有液壓驅動部分(fen)，係統的響應速度更高，工作穩定(ding)性和可靠性更好，但(dan)由於完全采取(qu)線控的方式，不存在備用的製動係統，因而對係統的工作可靠性和容錯要(yao)求(qiu)更高。另外，使用電信號控製電機驅動，使製動係統的響應時間縮短，同時，傳感器信號的共享以及製動係統和其他模塊功能的集成，便於對汽車所有行駛工況(kuang)進行全麵的綜合控製，提(ti)高了汽車的行駛安全性。
（四）線控製動係統的特點
1.由於EHB以液壓為控製能量(liang)源(yuan)，液壓的產生和電控化(hua)相對來(lai)說(shuo)比較困(kun)難，不容易做到和其他電控係統的整(zheng)合，而且液壓係統的複雜性相對係統輕量(liang)化(hua)不利(li)；
2.EMB技術的安全優勢極(ji)為突(tu)出，製動響應迅速，沒有複雜的液壓、氣壓傳遞(di)機構，直接從電信號轉化(hua)為製動動作，可大幅(fu)提(ti)升響應速度，反應時間在100ms以內，大幅(fu)度縮短刹(sha)車距(ju)離，進而提(ti)升安全性；
3.線控製動係統在ABS模式下無回彈震動，可以消除靜音；
4.線控製動係統便於集成電子駐車、防抱死、製動力分(fen)配等附加功能；
5.工作環境惡(e)劣，特別是高速製動下的高溫。刹(sha)車片溫度達幾(ji)百度，且振動高，製約現有EMB零(ling)部件的設計。
四、線控換擋係統
（一）線控換擋係統簡介(jie)
線控換擋係統（Shift By Wire，SBW）取(qu)消了傳統的換擋操縱機構與變速箱之間連接的拉索或推杆等機械連接結構，變速杆和變速器之間無直接機械連接，通過電動執行控製變速器動作執行的電子係統，線控換擋係統取(qu)代了傳統的檔(dang)位操作模式，通過旋鈕、按(an)鍵等新式交互件電子控製車輛換擋，為智(zhi)能網聯汽車實現速度控製提(ti)供良好的硬件基礎，也稱為電子換擋。線控換擋便於設計換擋杆的位置與操作界麵（例如安裝在儀(yi)表板上），使換擋操作更加輕便容易。
寶馬(ma)汽車公司最早引入了線控換擋係統與其MDKG七(qi)前速雙離合器變速器相搭(da)配，使得駕駛人換擋的動作變得簡單(dan)、輕鬆，而且不會出現駐車P檔(dang)的卡滯(zhi)問(wen)題，被廣泛應用於寶馬(ma)集團(tuan)的全係列車型，其變速杆形(xing)式如下圖所示。 
圖10 寶馬(ma)線控換擋係統變速杆
線控換擋係統，主要(yao)由換擋操縱機構、換擋ECU、換擋執行模塊、駐車控製ECU和擋位指(zhi)示器等組成。
（二）豐田混動車型線控換擋係統
下圖所示為豐田混動車型的線控換擋係統的結構圖，由變速杆、駐車開關、混合動力係統HVECU、駐車控製ECU、駐車執行器和擋位指(zhi)示器組成。 
圖11 豐田混動車型的線控換擋係統的結構圖
人機交互通過換擋操縱杆和駐車開關實現。車輛正常行駛過程中涉及到R、N、D三個擋位，駕駛員(yuan)作用於變速杆的動作轉換為執行電信號傳遞(di)給混合動力係統HVECU，經過HVECU計算後向變速器輸出對應的擋位信號，完成車輛行駛擋位的變換，同時儀(yi)表盤上的擋位指(zhi)示器對應擋位信號燈亮起。
當駕駛員(yuan)操控駐車開關時，駐車控製ECU通過磁阻式傳感器時刻采集駐車執行器電機轉角信號以判定(ding)車輛是否處於靜止狀態，若駐車執行器電機轉角為0則執行駐車動作，儀(yi)表盤駐車指(zhi)示燈亮起；反之，駐車控製ECU檢測到電機轉角信號不為0，駐車指(zhi)令會被駁(bo)回且無法完成車輛駐車動作。
在該係統中，換擋操作是一種瞬(shun)時狀態，駕駛員(yuan)能夠輕鬆舒適地操縱換擋。駕駛員(yuan)鬆開變速杆後，變速杆立即返(fan)回到初始(shi)位置。因此，當駕駛人操縱變速杆換到某(mou)個目標擋位時，不需要(yao)考慮目前的擋位狀態，車輛工作過程中擋位更換完成後，擋位指(zhi)示器會準確顯(xian)示當前擋位，使駕駛員(yuan)意識到完全進行了換擋操作。由於采用電控係統控製變速器的換擋操作，由各個部件協同工作實現換擋，可以有效(xiao)的防止人為誤操作，增強安全性。若換擋ECU檢測到不正確的操作時，會將(jiang)擋位控製在安全的範圍內，並且向駕駛人發出警告。
（三）奧迪Q7線控換擋係統
目前，奧迪Q7的線控換擋係統擋杆由蓋罩、變速杆、解鎖鍵、P位鍵、防塵罩、換擋操縱機構蓋板、換擋範圍顯(xian)示、換擋操縱機構和多組插接器組成。如圖12、13所示。
圖12 奧迪Q7的線控換擋係統
圖13 奧迪Q7的線控換擋係統變速杆結構圖
奧迪Q7的線控換擋係統與豐田混動車型線控換擋係統不同，變速杆的底部包含擋位位置鎖止電磁閥和Tiptronic擋位鎖止電機，用於支持複雜的安全換擋邏輯和用戶體感交互。如圖14所示。
變速杆可分(fen)別向前和向後移動兩個位置，當進入D位後，變速杆被底部的擋位位置鎖止電磁閥通過鎖止杆鎖定(ding)。此時，變速杆將(jiang)隻能向後移動在D/S位之間切換，而無法向前移動進入N/R位。為了有效(xiao)準確的識別變速杆的位置，線控換擋係統內部配備了多組位置傳感器，分(fen)別用於感知自動擋位位置和Tiptronic擋位位置以及變速杆橫(heng)向鎖位置，以便基於檔(dang)位位置或換擋邏輯做出準確的換擋動作。
圖14 鎖止機構圖
五、線控懸架係統
（一）線控懸架係統簡介(jie)
線控懸架係統（Suspension By Wire），也稱為主動懸架係統，可實現緩(huan)衝振動、保持平穩行駛功能，直接影(ying)響車輛操控性能以及駕乘(cheng)感受。1980年，BOSE公司成功研發了一款電磁主動懸架係統。1984年，電控空氣懸架開始(shi)出現，林肯(ken)汽車成為第一個采用可調線控空氣懸架係統的汽車。目前，寶馬(ma)汽車安裝的“魔毯”懸架係統，凱(kai)迪拉克汽車安裝的MRC主動電磁懸架係統，以及自適應空氣懸架係統，均(jun)屬於線控懸架係統的不同形(xing)式。奔馳新一代S級采用的 MAGICBODYCONTROL線控懸架係統，可以根據(ju)前方路(lu)麵狀況(kuang)，自動調節(jie)減震器的阻尼係數、車身高度等車輛參數，懸架剛度、阻尼等關鍵參數跟隨汽車載荷、行駛速度而變化(hua)。如圖15所示。 
圖15 MAGICBODYCONTROL線控懸架係統
線控懸架係統，主要(yao)由模式選擇開關、傳感器、ECU和執行機構等部分(fen)組成， 如下圖所示。
圖16 典型線控懸架係統工作原(yuan)理示意圖
傳感器負責采集汽車的行駛路(lu)況(kuang)（主要(yao)是顛簸(bo)情況(kuang)）、車速以及起動、加速、轉向、製動等工況(kuang)轉變為電信號，經簡單(dan)處理後傳輸給線控懸架ECU。其中，主要(yao)涉及車輛的加速度傳感器、高度傳感器、速度傳感器和轉角傳感器等關鍵傳感器。空氣彈簧根據(ju)ECU的控製信號，準確、快速、及時地作出反應動作，包括氣缸內氣體質量(liang)、氣體壓力及電磁閥設定(ding)氣壓等關鍵參量(liang)的改變，實現對車身彈簧剛度、減振器阻尼以及車身高度的調節(jie)。線控懸架係統執行機構主要(yao)由執行器、阻尼器、電磁閥、步進電機、電動氣泵等組成。如下圖所示，線控懸架ECU可以實現減振器阻尼、空氣彈簧剛度以及空氣彈簧長度控製等主要(yao)功能。
圖17 線控懸架係統ECU控製示意圖
減振器阻尼和彈簧剛度的控製主要(yao)保證車身在多種工況(kuang)下的穩定(ding)性和舒適性，具體工況(kuang)包括防側傾(qing)控製、防點頭控製、防下蹲控製、高車速控製、不平整(zheng)路(lu)麵控製等，如下圖所示。 
圖18 典型線控懸架係統工作原(yuan)理示意圖
車身高度控製，主要(yao)是控製車身在水平方向的高度，包括靜止狀態控製、行駛工況(kuang)控製及自動水平控製等。靜止狀態控製，是指(zhi)車輛靜止時，由於乘(cheng)員(yuan)和貨物等因素引起車載載荷的變化(hua)，線控懸架係統會自動改變車身高度，以減少(shao)懸架的負荷。行駛工況(kuang)控製，將(jiang)車輛靜態載荷和動態載荷綜合考慮，當汽車在高速行駛時，線控懸架係統主動降低車身高度以改善行車的操縱穩定(ding)性和氣動特性；當汽車行駛在起伏不平的路(lu)麵時，主動升高車身以避免車身與地麵或懸架的磕(ke)碰，同時改變懸掛係統的剛度以適應駕駛舒適性的要(yao)求(qiu)。自動水平控製，在道路(lu)平坦開闊的行駛工況(kuang)下，車身高度不受動態載荷和靜態載荷影(ying)響，保持基本恒(heng)定(ding)的姿態，以保證駕乘(cheng)舒適性和前大燈光束(shu)方向不變，提(ti)高行車的安全性。美國BOSE公司推出的動力-發電減震器PGSA，完全由線性電機電磁係統LMES組成電磁減震器，每(mei)個車輪單(dan)獨(du)配置一套該係統，組成獨(du)立懸掛係統。如下圖所示。 
圖19 美國BOSE公司的動力-發電減震器PGSA
其工作原(yuan)理為：每(mei)個車輪的控製信號通過BOSE功率放(fang)大器進行放(fang)大，以改變驅動電機的工作電流，從而驅動電磁式線性電機改變懸架的伸縮狀態。該係統不但(dan)可以為電機提(ti)供電流，而且還可以在整(zheng)車行駛工況(kuang)下由電機發電產生電流為電池充電，形(xing)成一套能量(liang)回收(shou)機製，非常有利(li)於純電力驅動的新能源(yuan)汽車使用，可以增加蓄(xu)電池的電力，延長電動汽車的續(xu)駛裏程。
（二）線控懸架係統特點
線控懸架係統可以針對汽車不同的工況(kuang)，控製執行器產生不同的彈簧剛度和減震 器阻尼，既(ji)能滿足(zu)平順性和操縱穩定(ding)性的要(yao)求(qiu)，也要(yao)保障駕乘(cheng)的舒適性要(yao)求(qiu)。其主要(yao)優點如下：
1.剛度可調，可改善汽車轉彎側傾(qing)、製動前傾(qing)和加速抬頭等情況(kuang)；
2.汽車載荷變化(hua)時，能製動維持車身高度不變；
3.在顛簸(bo)路(lu)麵行駛時，能自動改變底盤高度，提(ti)高汽車通過性；
4.可抑製製動點頭和加速抬頭現象(xiang)，充分(fen)利(li)用車輪與地麵的附著條(tiao)件，加速製動過程，縮短製動距(ju)離；
5.使車輪與地麵保持良好的接觸(chu)，提(ti)高車輪與地麵的附著力，增加汽車抵抗側滑的能力。
盡管線控懸架係統有諸(zhu)多優點，但(dan)其複雜的結構也決定(ding)了線控懸架係統具有不可避免的缺點：
1.結構複雜，故障概(gai)率和頻率遠遠高於傳統懸架係統。由於線控懸架要(yao)求(qiu)每(mei)個車輪懸架都有控製單(dan)元，得到路(lu)麵數據(ju)後的優化(hua)處理算法難度非常大，容易造成調節(jie)過度或失效(xiao)；
2.采用空氣作為調整(zheng)底盤高度的“推進動力”，減震器的密(mi)封(feng)性要(yao)求(qiu)非常高，若空氣減震器出現漏氣，則整(zheng)個係統將(jiang)處於“癱瘓”狀態，而且頻繁(fan)地調整(zheng)底盤高度，有可能造成氣泵係統局部過熱，大大縮短氣泵的使用壽命。
轉自智(zhi)能汽車設計
