1 引言
電子技術在汽車技術中廣泛套用，使汽車底盤的控制正在快速地向電子化、智慧型化和網路化方向發展，從而出現了許多汽車底盤電子控制系統。特別是像ABS、TCS和ESP這些技術十分成熟，功效顯赫，成本低廉的電子控制系統在汽車中的安裝率逐年上升。各種電子轉向控制系統如AFS、EPS和RWS也在不斷地安裝到中高檔轎車裡。汽車電子轉向控制能在必要時向駕駛員提出合理的建議或者對駕駛員的指令進行必要的修正。在一些豪華型轎車裡也開始套用電子懸掛控制系統，如ARC和CDC等。為了讓各種汽車底盤電子控制系統更和諧、更有效地工作，汽車工業界正在研究和制定汽車開放性系統構架AUTOSAR。使汽車系統和控制軟體具有開放性和標準化接口，加速汽車底盤電子控制系統的網路化，從而加快ESPII和GCC的產品化和系列化進程。為了最終實現汽車駕駛的全自動化，人們正在從事汽車線控系統的研發和試製。
2 汽車底盤的電子化技術
2. 1 全電路制動系統（BBW）
BBW是一種全新的制動模式，它的系統結構如圖1所示，BBW是一種新型的智慧型化制動系統，它採用嵌人式匯流排技術，可以與防抱死制動系統（ABS）、牽引力控制系統（TCS）、電子穩定性控制程式（ESP）、主動防撞系統（ACC）等汽車主動安全系統更加方便地協同工作，通過最佳化微處理器中的控制算法，可以精確地調整制動系統的工作過程，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動制動器。因此，BBW的結構簡潔，更趨向於模組化，安裝和維修更簡單方便。
圖1 BBW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，並對信號的推理判斷以及據此向制動器發出制動信號。此外，根據汽車智慧型化的發展趨勢，汽車底盤上的各種電子控制系統將與制動控制系統高度集成，同時在功能上趨於互補。
BBW採用雙重閉環控制方式，首先在各個電能制動器中都有制動力矩感測器，可以實時地監控制動力矩的大小，實現制動力矩的閉環控制。其次在制動過程中，各車輪轉速感測器時刻監視著車輪的運轉過程，ABS根據車輪轉速感測器的信號判斷車輪的運轉狀態。
根據目前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，必須能產生足夠大的制動力矩，對內部的驅動電機（或驅動電磁鐵體）、驅動力矩的傳動系統、外部的供電系統提出了較高的要求。現在比較成熟的想法是提高汽車的供電電壓，從原來的12 V提高到42 V，提高電壓可以有效地解決BBW的能源問題。
2. 2 汽車轉向控制系統
2. 2. 1 後輪轉向系統（RWS）
RWS能主動讓汽車兩後輪的橫拉桿相對於車身作側向運動，使兩後輪產生一轉向角。RWS是由電子控制單元、感測器和執行機構等組成。其執行機構有整體式和分離式兩種。整體式是指汽車兩後輪的橫拉桿由同一個執行機構調節；而分離式則指汽車兩後輪的橫拉桿由兩個不同執行機構來調節。對於整體式RWS執行機構，用一個橫拉桿位移感測器就能確定兩後輪的轉向角。但分離式RWS執行機構需要至少兩個位移感測器。由於分離式RWS執行機構的元件多，兩後輪的控制和協調比較複雜，現在研發更多的是整體式RWS執行機構。整體式RWS執行機構又分液壓式和機電式兩種。執行機構，由電動機、螺母螺桿驅動機構和安全鎖止機構等組成。為了提高系統的可靠性，執行機構里安裝了一個電機轉角感測器和一個螺桿位移感測器。當RWS出現故障時，電動機自動鎖止，兩後輪的轉向角不再發生變化，直到故障排除。
正常工作時，後輪的轉向角是轉向盤轉向角和汽車行駛速度的函式。汽車低速行駛時，當轉向盤的執行機構給後輪一個相應方向相反的轉向角。從而使汽車在低速拐彎或停車時，轉彎半徑變小，使汽車轉向和停車更方便快速、舒適。當汽車高速行駛時，給後輪一個與前輪轉向角方向一致的轉向角。汽車的前後輪同時向同一方向轉向，可提高汽車的方向穩定性，特別是汽車在高速行駛換道時，汽車不必要的橫擺運動會大大減小，從而增強了汽車的方向穩定性，當汽車在L2路面制動時，同系統相配合，可及時通過主動後輪轉向角來平衡制動力所產生的橫擺力矩，既能保持汽車的方向穩定性，又能最大限度地利用前輪的制動力，改進汽車的制動性能。
2. 2. 2 ESP Ⅱ（或者ESP plus）
由於ESP系統在對轎車的行駛狀態進行干涉時，只是通過對單個車輪施加制動來調節轎車的行駛穩定性。這時由脈衝制動力引起的轎車振動，乘員能夠感覺到。ESPⅡ能夠識別轉向輪與地面之間的附著係數。如果汽車在路面兩側附著係數不同的對開路面上制動時，它朝著路面附著係數較大的一側轉動的趨勢，即出現所謂的“制動器拉動”現象，在這種情況下，ESPⅡ能夠通過轉向輪朝路面附著係數較小的一側作些適當的轉向轉動，以平衡“制動器拉動”的趨勢。
ESPⅡ將其轉向盤轉向柱設計成兩部分，其中一部分含有一個齒輪傳動機構，通過該齒輪傳動機構，系統中的電動馬達對轉向輪的轉角施加影響。ESPⅡ對汽車制動和轉向的干涉，是利用ESP的控制裝置基於一個擴展的軟體來操控。
2. 3 汽車懸架控制系統
2. 3. 1 主動懸架阻尼器控制系統（ADC）
ADC（有時也稱為連續性阻尼控制系統CDC）由電子控制單元、CAN、4個車輪垂直加速度感測器、4個車身垂直加速度感測器和4個阻尼器比例閥組成。根據汽車的運動狀況及感測器信號，電子控制單元計算出每個車輪懸架阻尼器的最優阻尼係數，然後對阻尼器比例閥進行相應的調節，自動調整車高，抑制車輛的變化等，使汽車的懸架系統能提供更好的汽車舒適性、安全性和穩定性。為此，讓汽車車輪的動載振幅和車身垂直加速度儘可能小
2. 3. 2 主動橫向穩定器（ARC）
當汽車進行彎道行駛時，離心力會對汽車車身產生一個側傾力矩。這個側傾力矩一方面引起車身側傾，另一方面使車輪的載質量發生由內輪向外輪的轉移。主動橫向穩定桿則可以根據具體情況對每個橫向穩定桿施加一個可連續變化的初始側傾角或者初始側傾力矩。主動側傾穩定桿有兩種不同的結構形式：一種是將被動側傾穩定桿從中間分開，通過一個旋轉馬達把穩定桿的左右兩部分連線起來。旋轉馬達能讓左右兩部分進行相對轉動，旋轉馬達的轉矩可以調節。另一種是在被動穩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定桿連線，另一端與同車輪的橫向擺臂連線，差動液壓缸機構兩端的距離可以調節。主動橫向穩定器示意圖如圖2所示。
圖2 主動橫向穩定器示意圖
ARC的工作原理是主動讓穩定桿的左右兩端作垂直方向的相對位移，平衡車身的側傾力矩，使車身的側傾角接近零，提高了舒適性。由於汽車前後兩個主動穩定桿可以調節車身的側傾力矩的分配比例，從而可調節汽車的動力特性，提高了汽車安全性和機動性。
3 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、液壓或氣動的系統連線的部分，如換檔連桿、油門拉線、轉向器傳動機構、剎車油路等。它不僅是取代連線，而且包括操縱機構和操縱方式的變化，以及執行機構的電氣化。這將改變汽車的傳統結構。圖3是線控過程的基本組成。全面線控的實現將意味著汽車由機械到電子系統的轉變。線控技術要求網路的實時性好、可靠性高，而且一些線控部分要求功能實現的冗餘，以保證在一定的故障時仍可實現這個裝置的基本功能。就像現在的ABS和動力轉向一樣，線上路故障時仍具有剎車和轉向的基本功能。這就要求用線控的網路數據傳輸速度高、時間特性好和可靠性高。
圖3 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、制動系統（如電液制動系統EHB，電子機械制動系統EMB）、懸架系統、增壓系統、油門系統和轉向系統等。線控技術具有如下優點：無需使用液壓制動或其它任何液壓裝置，使汽車更為環保；減小了正面碰撞時的潛在危險性，並為汽車設計提供了更多空間；線控的靈活性使汽車設計、工程製造和生產過程中的成本大為降低，且降低了維護要求和車身重量。
4 汽車底盤集成化技術
現代汽車底盤電子控制系統正從最初單一控制發展到如今的多變數多目標綜合協調控制，這樣可以在硬體上共用感測器、控制器件、線路，使零件數量減少，從而減少連線點，提高可靠性，在軟體上實現信息融合、集中控制，提高和擴展各自的單獨控制功能。
⑴ ABS/ASR/ESP的集成化：ABS/ASR裝置成功地解決了汽車在制動和驅動時的方向穩定性問題，但不能解決汽車轉向行駛時的方向穩定性問題。汽車轉向行駛時，只有當地面能夠提供充分的轉向力時，駕駛員才能控制住車輛，使其按照預定的方向行駛。如果地面側向附著能力比較低，提供不了足夠的轉向力，汽車就會側向滑出，影響了汽車按預定方向行駛的能力。ABS/ASR/ESP集成系統的套用，在制動、加速和轉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。
⑵ ABS/ASR/ACC的集成化：在ABS/ASR電子控制裝置硬體的基礎上，增加接收車距感測器信號的電子電路、ACC常閉式和常開式進油電磁閥電子驅動電路。在原ABS控制模組和ASR控制模組的軟體基礎上，增加一個ACC控制模組，並與ABS/ASR電子控制模組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和車輪的轉動狀態。汽車ABS/ASR/ACC集成化系統具有優先支持駕駛員操作功能和ABS優先工作功能。
⑶ 汽車底盤全方位控制系統：汽車傳動控制系統、電子懸架系統、電子轉向系統、制動系統等集成融合在一起成為綜合的汽車底盤電子控制系統。各控制功能集中在一個ECU中，通過CAN匯流排實現信息共享、資源綜合利用。
5 汽車底盤的網路化技術
目前汽車上每個總成幾乎是機械、電子和信息一體化裝置。在系統中電子和信息部分所起的作用也越來越重要，汽車工電子裝置的增加使連線的電子線路迅速膨脹，線束越來越複雜。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，而使用傳統的點到點平行連線方式顯然無法擺脫這種困境，因而基於串列通信傳輸的網路結構成為一種必然的選擇。基於汽車底盤的電子化技術、線控技術的套用、汽車底盤的網路化技術成為必然。如何建立區域網路將汽車底盤的各種電子設備的感測器、執行機構、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。目前汽車底盤的網路化中套用比較成熟的有CAN匯流排，它是由博世提出的CAN標準（CAN/B為B級CAN，CAN/C為C級CAN），最早在歐洲汽車上被廣泛採用，後來包括美國、日木汽車行業也使用它作為B級或C級汽車網路。TTP/C和Flex Ray是以線控系統為主要套用目標的C級網路協定，它們的相關支撐元器件和套用系統開發測試工具等處於研究階段。目前無線區域網路在汽車底盤控制上的套用正在進一步探索。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的套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界的一致認同
