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1 引言 隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展，汽車(chē)的電子化程度也越來(lái)越高。汽車(chē)底盤(pán)控制系統的裝置與執行器之間的連接，也由簡(jiǎn)單的機械連接階段進(jìn)入了電信號聯(lián)系階段。良好的底盤(pán)電子控制系統能改善車(chē)輪和地面之間的附著(zhù)狀況，進(jìn)而改善汽車(chē)的安全性、動(dòng)力性和舒適性。電子控制系統在汽車(chē)底盤(pán)技術(shù)中的應用很好地改善了汽車(chē)的主動(dòng)安全性。常見(jiàn)的底盤(pán)控制系統有以下幾種：牽引控制、制動(dòng)控制、懸掛控制和轉向控制。傳感器是電子技術(shù)中的核心器件，是一種進(jìn)行信號變換的裝置，它的作用是把被測的非電量信號轉變成為電量信號，是促進(jìn)汽車(chē)技術(shù)全面發(fā)展的關(guān)鍵器件。在汽車(chē)底盤(pán)電子控制系統中，控制工作是離不開(kāi)傳感器的。用于底盤(pán)控制的傳感器指的是分布在變速器控制系統、動(dòng)力轉向系統、懸架控制系統、制動(dòng)系統等中的傳感器,在不同系統中他們的作用不同,但其工作原理是相同的。 2 汽車(chē)底盤(pán)電子控制的理論基礎 汽車(chē)底盤(pán)的主要功能是讓汽車(chē)能根據駕駛員的意愿作相應的運動(dòng)，像加速、減速和轉向運動(dòng)等。駕駛員是通過(guò)操縱汽車(chē)里的轉向盤(pán)、油門(mén)和制動(dòng)踏板等元件來(lái)表達自己意愿的,相應于這些操縱的執行量是前輪的轉向角以及車(chē)輪上的驅動(dòng)力矩或制動(dòng)力矩,而真正起作用的是輪胎的縱向力和側向力。影響汽車(chē)輪胎力的主要因素有路面的附著(zhù)系數、車(chē)輪的法向力、車(chē)輪滑動(dòng)率和車(chē)輪側偏角。汽車(chē)底盤(pán)控制設計的基本原理就是在給定了路面附著(zhù)系數和車(chē)輪法向力的前提下，對車(chē)輪滑動(dòng)率和車(chē)輪側偏角進(jìn)行適當的調整和控制,從而達到間接調控輪胎的縱向力和側向力的目的,最大限度地利用輪胎和路面之間的附著(zhù)力,達到提高汽車(chē)的主動(dòng)安全性、機動(dòng)性和舒適性的目的。汽車(chē)底盤(pán)的電子控制是一個(gè)多系統相互影響,相互作用的復雜系統工程,具體表現如下： (1) 同一個(gè)控制系統可能會(huì )擁有多個(gè)執行機構、并對多個(gè)變量同時(shí)進(jìn)行控制。 (2) 同一個(gè)控制目標可以由不同的控制系統單獨控制或者多個(gè)系統共同控制。 (3) 同一個(gè)控制目標同時(shí)被不同的控制系統所控制。 (4) 不同的控制系統可能共用同一傳感器或者控制單元 。 3 傳感器在汽車(chē)底盤(pán)電子控制中的應用現狀 3. 1 傳感器在動(dòng)力轉向系統中的應用 在動(dòng)力轉向系統中，傳感器的控制對象是車(chē)輪轉向角，通過(guò)對車(chē)輪轉向角的電子控制,達到控制動(dòng)力轉向系統的目的。常見(jiàn)的動(dòng)力轉向系統有：主動(dòng)前輪疊加轉向系統AFS、主動(dòng)前輪助力轉向系統ESP和主動(dòng)后輪轉向系統RWS。所用的傳感器主要有發(fā)動(dòng)機轉速傳感器、車(chē)速傳感器、轉矩傳感器等,通過(guò)這些傳感器發(fā)揮作用，動(dòng)力轉向電控系統在實(shí)現轉向操縱輕便、提高了響應特性的同時(shí)增大輸出功率、減少發(fā)動(dòng)機損耗，從而也節省了燃油。 所有的動(dòng)力轉向系統ESP、AFS及RWS的工作原理都是由駕駛員發(fā)出指令,由傳感器感知路面的狀況,并以電信號的形式將路面狀況通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳遞給電子控制器及執行器。比如在EPS系統中，這種微機控制的轉向助力系統具有部件少、質(zhì)量小、體積小等特點(diǎn)。在系統工作時(shí)，如果我們選擇最佳傳動(dòng)比，就可以得到最快的反應：即當汽車(chē)高速行駛時(shí)，轉向速度比就會(huì )變小，而轉向力度會(huì )逐漸增大，這會(huì )使汽車(chē)方向更穩定、行車(chē)更安全。而當以很低的行駛速度駕駛時(shí)，轉向速度比會(huì )變大，此時(shí)只需輕輕地小角度打轉向盤(pán)，車(chē)身位移就會(huì )發(fā)生大幅度變化，這會(huì )使得很多工作變得輕松，比如停車(chē)入位工作；該系統的特點(diǎn)在于它提高了汽車(chē)的轉向能力和轉向響應特性，同時(shí)它也增加了汽車(chē)高速行駛時(shí)的穩定性和低速行駛時(shí)的機動(dòng)性。另外，由于EPS可根據需要給轉向盤(pán)施加一個(gè)額外力矩,駕駛員可以根據這個(gè)力矩的提示信號,才去轉向措施，這就是此系統的轉向建議的功能。該系統主要有電子控制器、電動(dòng)機及運動(dòng)傳動(dòng)機構、電機轉速傳感器、轉向力矩傳感器和轉向盤(pán)轉角傳感器組成。其它系統也都和EPS系統一樣，各自發(fā)揮了不可替代的重要的功能。 3.2 傳感器在懸架系統控制中的應用 懸架系統控制中的傳感器的工作是過(guò)對汽車(chē)懸掛元件特性進(jìn)行干預和調節，從而達到實(shí)現汽車(chē)動(dòng)力學(xué)控制的目的。工作的時(shí)候，系統綜合汽車(chē)的運動(dòng)狀況和這些傳感器檢測到的信息，通過(guò)計算得出每個(gè)車(chē)輪懸掛阻尼器的最優(yōu)阻尼系數,然后作出自動(dòng)調整車(chē)高、抑制車(chē)輛姿勢的變化等工作指令,從而實(shí)現了對操縱穩定性、行車(chē)穩定性和車(chē)輛舒適性的控制。連續性阻尼控制系統ADC是由4個(gè)控制單元、CAN、4個(gè)車(chē)輪垂直加速度傳感器、4個(gè)車(chē)身垂直加速度傳感器和4個(gè)阻尼器比例閥組成的。 3. 3 傳感器在驅動(dòng)和制動(dòng)的電子控制系統中的應用 3. 3. 1 傳感器在牽引力控制系統TCS中應用。 由于汽車(chē)驅動(dòng)輪的驅動(dòng)力矩過(guò)大,驅動(dòng)輪就會(huì )相對地面作滑轉運動(dòng)。根據計算驅動(dòng)輪的安全滑轉率最好不要超過(guò)20%，因此我們需要對驅動(dòng)輪滑轉率進(jìn)行控制，對驅動(dòng)輪滑轉率進(jìn)行控制的系統就是牽引力控制系統TCS。它是在A(yíng)BS的基礎上發(fā)展起來(lái)的，在大部分汽車(chē)里, TCS和ABS是共用一個(gè)ECU的,傳感器的工作就是對汽車(chē)的滑轉進(jìn)行感知，然后將得到的信息以電信號的形式輸入系統，系統對傳感器輸入的信號進(jìn)行分析,來(lái)識別和判斷汽車(chē)的行駛狀況，從而采取相應的措施。 3. 3. 2 傳感器在汽車(chē)動(dòng)力學(xué)電子穩定系統ESP中的應用。 ESP系統是使汽車(chē)具有更舒適的操縱性和更好的方向的穩定性的主動(dòng)安全系統，其基本工作原理是通過(guò)對傳感器輸入信號的分析，進(jìn)行邏輯運算從而識別駕駛員對汽車(chē)的期望運動(dòng)狀態(tài)；通過(guò)對車(chē)輪縱向力大小和駕駛員對車(chē)的期望進(jìn)行調節，得知汽車(chē)的實(shí)際運動(dòng)狀態(tài)。因此它需要比ABS和TCS配置更多的傳感器來(lái)控制汽車(chē)的橫擺運動(dòng)。這一類(lèi)識別駕駛員對汽車(chē)的期望的傳感器，包括轉向盤(pán)傳感器、橫向加速度傳感器、汽車(chē)橫擺角速度傳感器和制動(dòng)主缸的液壓傳感器。 3. 3. 3 傳感器在汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統ABS中的應用。 防抱死制動(dòng)系統ABS是汽車(chē)電子裝置中一種開(kāi)發(fā)時(shí)間最長(cháng)、推廣應用最為迅速的重要的安全性部件。它的工作原理是：控制防止汽車(chē)制動(dòng)時(shí)車(chē)輪的抱死，保證車(chē)輪與地面之間達到最佳滑動(dòng)率(5％-20％)。這樣汽車(chē)無(wú)論在何種路面上制動(dòng)時(shí)，車(chē)輪與地面之間都能達到縱向的峰值附著(zhù)系數和較大的側向附著(zhù)系數，從而可以保證車(chē)輛制動(dòng)時(shí)不會(huì )發(fā)生車(chē)輪抱死抱滑、失去轉向能力等不安全的工況，減小制動(dòng)距離，提高了汽車(chē)的操縱穩定性和安全性。發(fā)揮作用的傳感器是防抱制動(dòng)傳感器，它主要是通過(guò)利用車(chē)輪角速度傳感器,檢測車(chē)輪轉速,在各車(chē)輪的滑移率為20% 時(shí)對制動(dòng)油壓進(jìn)行控制，改善其制動(dòng)性能,達到確保車(chē)輛操縱性和穩定性的目的。其中，輪速傳感器是ABS十分重要的器件。它的主要工作是向ECU及時(shí)地提供可靠精確的車(chē)輪轉速，如果沒(méi)有輪速傳感器，該系統的工作是無(wú)法完成的，同時(shí)輪速傳感器的精確程度將直接影響該系統的工作，輪速傳感器主要有電磁式、霍爾式、磁阻式幾種。 4 傳感器在汽車(chē)底盤(pán)電子控制中應用的發(fā)展趨勢 隨著(zhù)電子技術(shù)和汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展，汽車(chē)傳感器的發(fā)展狀況將成為影響汽車(chē)高檔化、電子化、自動(dòng)化發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。汽車(chē)的自動(dòng)化程度越高，對傳感器依賴(lài)性也就越大，所以很多汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)都把車(chē)用傳感器技術(shù)作為重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)的技術(shù)項目。由于汽車(chē)底盤(pán)電子控制系統是有很多個(gè)系統構成的，因此其所需要的傳感器種類(lèi)和數量也是多種多樣的。那么，研制高精度、高可靠性和低成本的新型傳感器是十分必要也將是必然的。為了適應這種需要，未來(lái)汽車(chē)底盤(pán)電子控制系統傳感器的發(fā)展趨勢必將是向著(zhù)集成化、智能化和微型化的方向發(fā)展；在進(jìn)行基礎研究的基礎上，發(fā)現新現象、采用新原理、開(kāi)發(fā)新材料和采用新工藝 。使傳感器越來(lái)越精確，科技含量越來(lái)越高，從而更好的促進(jìn)電子技術(shù)乃至汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展。 4.1發(fā)展趨勢介紹 智能化傳感器是一種帶有微型計算機，兼有檢測、判斷、信息處理等多種功能的傳感器。與傳統傳感器相比，它可以通過(guò)確定傳感器的工作狀態(tài)，對測量資料進(jìn)行修正，這樣就減少了環(huán)境因素，例如溫度的影響。它的最大優(yōu)點(diǎn)在于能夠充分感知駕駛員和乘客的狀況、交通設施以及周邊環(huán)境的信息；能夠判斷駕駛員和乘客是否處于最佳狀態(tài)、車(chē)輛和人是否會(huì )發(fā)生危險，并及時(shí)采取相應措施。它的不同之處就在于是利用軟件來(lái)解決問(wèn)題的，而這些問(wèn)題又是普通的傳感器中硬件難以解決的問(wèn)題。例如完成資料的計算與處理工作等，而且這種智能式傳感器不僅量程覆蓋范圍大、輸出信號大，而且精度高、信噪比高、抗干擾性能好，很多還帶有自檢功能。將來(lái)如果這種傳感器能應用于汽車(chē)底盤(pán)電子控制系統，將會(huì )給駕駛員帶來(lái)很多方便。 多功能集成化傳感器就是集多種功能敏感組件和同一功能的多個(gè)敏感組件于一體的傳感器。這種傳感器能檢測兩個(gè)或兩個(gè)以上的特征參數或者化學(xué)參數，這樣就減少了汽車(chē)底盤(pán)傳感器的數量，提高了其電子控制系統的精確性。 微型傳感器是利用微機械加工技術(shù)，將微米級的敏感元件、信號處理器、數據處理裝置等封裝在一塊芯片上，這種傳感器便于集成、體積小，而且價(jià)格便宜，小而精的元件可以明顯提高系統測試精度。當前，這項技術(shù)已逐步成熟，可以制作檢測力學(xué)量、磁學(xué)量、熱學(xué)量等各種微型傳感器。這種傳感器應用于汽車(chē)底盤(pán)的電子控制系統，將大大優(yōu)化汽車(chē)的很多性能。 4.2 研究方法、方向介紹 進(jìn)行傳感器的研究開(kāi)發(fā)是電子技術(shù)發(fā)展的必然，各種傳感器的基本原理都是一樣的，那就是利用物理現象、化學(xué)反應和生物效應等。所以發(fā)現新現象與新效應是現代傳感器發(fā)展的重要基礎。 傳感器技術(shù)發(fā)展的另一個(gè)重要基礎是功能材料。由于材料科學(xué)的飛速發(fā)展，材料制造已經(jīng)達到了一個(gè)很高的水平，即在制造各種材料時(shí)，我們是可以任意控制材料的成分的。鑒于此我們也可以設計與制造出各種用于傳感器的功能材料。例如，加入不同的半導體氧化物，可以制造出各種不同性能的氣體傳感器；光導纖維可以用作傳感器的材料，是傳感器功能材料的一個(gè)重大發(fā)現；另外，國內外汽車(chē)電子化方面的很多專(zhuān)家也已經(jīng)對有機材料產(chǎn)生了濃厚的興趣，他們在推測有機材料是否可以作為功能材料應用于傳感器，這還有待于專(zhuān)家的進(jìn)一步研究。 對于傳感器，其敏感元件的性能很大程度上取決于其所用的功能材料。但是，加工工藝也會(huì )對元件的性能有一定的影響。所以改進(jìn)加工工藝也將是將來(lái)研究的一個(gè)方向。隨著(zhù)各種新型材料諸如半導體、陶瓷等應用于傳感器敏感元件，許多現代先進(jìn)加工技術(shù)也被逐步引入汽車(chē)傳感器制造工藝，像離子注入技術(shù)、集成技術(shù)、微細加工技術(shù)等。通過(guò)運用這些新技術(shù)，就可以制造出可靠性高、體積小、質(zhì)量輕、性能穩定的新型敏感元件。例如，由于科技的飛速發(fā)展，微電子機械系統(MEMS)技術(shù)已日漸成熟，這種技術(shù)是從半導體集成電路技術(shù)發(fā)展而來(lái)的。利用微電子機械系統可以制作出各種能夠敏感地檢測力學(xué)量、磁學(xué)量、熱學(xué)量、化學(xué)量和生物量的微型傳感器。 5 結語(yǔ) 電子技術(shù)在汽車(chē)技術(shù)中的廣泛應用，使汽車(chē)底盤(pán)的控制系統正在向著(zhù)電子化、智能化的方向快速地發(fā)展，這樣就導致了許多汽車(chē)底盤(pán)電子控制系統的出現，而傳感器是電子技術(shù)的核心器件,汽車(chē)底盤(pán)也越來(lái)越多的使用了傳感器,由于傳感器的使用底盤(pán)的制動(dòng)操縱性能、轉向性能和汽車(chē)行駛的安全性能得到了極大的改善。同時(shí)，也提高了汽車(chē)的經(jīng)濟性、安全性。各種電子轉向控制系統如AFS、EPS和RWS效果更是非常顯著(zhù)，它能在必要時(shí)向駕駛員提出合理的建議或者對駕駛員的指令進(jìn)行必要的修正。隨著(zhù)電子傳感器技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和完善，通過(guò)集成化將這些新的信息同汽車(chē)底盤(pán)電子控制系統結合，將會(huì )出現更多的新功能和新系統，從而為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供充分的條件和基礎。 |
