1引言

       隨著電子技術(shù)的發(fā)展，汽車的電子化程度也越來越高。汽車底盤控制系統(tǒng)的裝置與執(zhí)行器之間的連接，也由簡單的機(jī)械連接階段進(jìn)入了電信號聯(lián)系階段。良好的底盤電子控制系統(tǒng)能改善車輪和地面之間的附著狀況，進(jìn)而改善汽車的安全性、動(dòng)力性和舒適性[1]。電子控制系統(tǒng)在汽車底盤技術(shù)中的應(yīng)用很好地改善了汽車的主動(dòng)安全性。常見的底盤控制系統(tǒng)有以下幾種：牽引控制、制動(dòng)控制、懸掛控制和轉(zhuǎn)向控制[2]。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(zhuǎn)變成為電量信號，是促進(jìn)汽車技術(shù)全面發(fā)展的關(guān)鍵器件。在汽車底盤電子控制系統(tǒng)中，控制工作是離不開傳感器的[3]。用于底盤控制的傳感器指的是分布在變速器控制系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)等中的傳感器,在不同系統(tǒng)中他們的作用不同,但其工作原理是相同的[4]。

　　2 汽車底盤電子控制的理論基礎(chǔ)

　　汽車底盤的主要功能是讓汽車能根據(jù)駕駛員的意愿作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，像加速、減速和轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)等。駕駛員是通過操縱汽車?yán)锏霓D(zhuǎn)向盤、油門和制動(dòng)踏板等元件來表達(dá)自己意愿的,相應(yīng)于這些操縱的執(zhí)行量是前輪的轉(zhuǎn)向角以及車輪上的驅(qū)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(cè)向力。影響汽車輪胎力的主要因素有路面的附著系數(shù)、車輪的法向力、車輪滑動(dòng)率和車輪側(cè)偏角。汽車底盤控制設(shè)計(jì)的基本原理就是在給定了路面附著系數(shù)和車輪法向力的前提下，對車輪滑動(dòng)率和車輪側(cè)偏角進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和控制,從而達(dá)到間接調(diào)控輪胎的縱向力和側(cè)向力的目的,最大限度地利用輪胎和路面之間的附著力,達(dá)到提高汽車的主動(dòng)安全性、機(jī)動(dòng)性和舒適性的目的。汽車底盤的電子控制是一個(gè)多系統(tǒng)相互影響,相互作用的復(fù)雜系統(tǒng)工程,具體表現(xiàn)如下：

　　(1) 同一個(gè)控制系統(tǒng)可能會擁有多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、并對多個(gè)變量同時(shí)進(jìn)行控制。(2) 同一個(gè)控制目標(biāo)可以由不同的控制系統(tǒng)單獨(dú)控制或者多個(gè)系統(tǒng)共同控制。 (3) 同一個(gè)控制目標(biāo)同時(shí)被不同的控制系統(tǒng)所控制。(4) 不同的控制系統(tǒng)可能共用同一傳感器或者控制單元 [2]。

　　3 傳感器在汽車底盤電子控制中的應(yīng)用現(xiàn)狀

　　3. 1　傳感器在動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　在動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，傳感器的控制對象是車輪轉(zhuǎn)向角，通過對車輪轉(zhuǎn)向角的電子控制,達(dá)到控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的目的。常見的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有：主動(dòng)前輪疊加轉(zhuǎn)向系統(tǒng)AFS、主動(dòng)前輪助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)ESP和主動(dòng)后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)RWS。所用的傳感器主要有發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、車速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器等,通過這些傳感器發(fā)揮作用，動(dòng)力轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向操縱輕便、提高了響應(yīng)特性的同時(shí)增大輸出功率、減少發(fā)動(dòng)機(jī)損耗，從而也節(jié)省了燃油。

　　所有的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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網(wǎng)絡(luò)傳遞給電子控制器及執(zhí)行器。比如在EPS系統(tǒng)中，這種微機(jī)控制的轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)具有部件少、質(zhì)量小、體積小等特點(diǎn)。在系統(tǒng)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(yīng)：即當(dāng)汽車高速行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向速度比就會變小，而轉(zhuǎn)向力度會逐漸增大，這會使汽車方向更穩(wěn)定、行車更安全。而當(dāng)以很低的行駛速度駕駛時(shí)，轉(zhuǎn)向速度比會變大，此時(shí)只需輕輕地小角度打轉(zhuǎn)向盤，車身位移就會發(fā)生大幅度變化，這會使得很多工作變得輕松，比如停車入位工作；該系統(tǒng)的特點(diǎn)在于它提高了汽車的轉(zhuǎn)向能力和轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性，同時(shí)它也增加了汽車高速行駛時(shí)的穩(wěn)定性和低速行駛時(shí)的機(jī)動(dòng)性。另外，由于EPS可根據(jù)需要給轉(zhuǎn)向盤施加一個(gè)額外力矩,駕駛員可以根據(jù)這個(gè)力矩的提示信號,才去轉(zhuǎn)向措施，這就是此系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向建議的功能。該系統(tǒng)主要有電子控制器、電動(dòng)機(jī)及運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)向力矩傳感器和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器組成。其它系統(tǒng)也都和EPS系統(tǒng)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(tǒng)控制中的應(yīng)用

　　懸架系統(tǒng)控制中的傳感器的工作是過對汽車懸掛元件特性進(jìn)行干預(yù)和調(diào)節(jié)，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)汽車動(dòng)力學(xué)控制的目的。工作的時(shí)候，系統(tǒng)綜合汽車的運(yùn)動(dòng)狀況和這些傳感器檢測到的信息，通過計(jì)算得出每個(gè)車輪懸掛阻尼器的最優(yōu)阻尼系數(shù),然后作出自動(dòng)調(diào)整車高、抑制車輛姿勢的變化等工作指令,從而實(shí)現(xiàn)了對操縱穩(wěn)定性、行車穩(wěn)定性和車輛舒適性的控制。連續(xù)性阻尼控制系統(tǒng)ADC是由4個(gè)控制單元、CAN、4個(gè)車輪垂直加速度傳感器、4個(gè)車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(qū)動(dòng)和制動(dòng)的電子控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　3. 3. 1　傳感器在牽引力控制系統(tǒng)TCS中應(yīng)用

　　由于汽車驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩過大,驅(qū)動(dòng)輪就會相對地面作滑轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)計(jì)算驅(qū)動(dòng)輪的安全滑轉(zhuǎn)率最好不要超過20%，因此我們需要對驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)率進(jìn)行控制，對驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)率進(jìn)行控制的系統(tǒng)就是牽引力控制系統(tǒng)TCS。它是在ABS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，在大部分汽車?yán)? TCS和ABS是共用一個(gè)ECU的,傳感器的工作就是對汽車的滑轉(zhuǎn)進(jìn)行感知，然后將得到的信息以電信號的形式輸入系統(tǒng)，系統(tǒng)對傳感器輸入的信號進(jìn)行分析, 來識別和判斷汽車的行駛狀況，從而采取相應(yīng)的措施。

　　3. 3. 2　傳感器在汽車動(dòng)力學(xué)電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESP中的應(yīng)用

　　ESP系統(tǒng)是使汽車具有更舒適的操縱性和更好的方向的穩(wěn)定性的主動(dòng)安全系統(tǒng)，其基本工作原理是通過對傳感器輸入信號的分析，進(jìn)行邏輯運(yùn)算從而識別駕駛員對汽車的期望運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；通過對車輪縱向力大小和駕駛員對車的期望進(jìn)行調(diào)節(jié)，得知汽車的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。因此它需要比ABS和TCS配置更多的傳感器來控制汽車的橫擺運(yùn)動(dòng)。這一類識別駕駛員對汽車的期望的傳感器，包括轉(zhuǎn)向盤傳感器、橫向加速度傳感器、汽車橫擺角速度傳感器和制動(dòng)主缸的液壓傳感器[4]]。

　　3. 3. 3　傳感器在汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS中的應(yīng)用

　　防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS是汽車電子裝置中一種開發(fā)時(shí)間最長、推廣應(yīng)用最為迅速的重要的安全性部件。它的工作原理是：控制防止汽車制動(dòng)時(shí)車輪的抱死，保證車輪與地面之間達(dá)到最佳滑動(dòng)率(5％-20％)。這樣汽車無論在何種路面上制動(dòng)時(shí)，車輪與地面之間都能達(dá)到縱向的峰值附著系數(shù)和較大的側(cè)向附著系數(shù)，從而可以保證車輛制動(dòng)時(shí)不會發(fā)生車輪抱死抱滑、失去轉(zhuǎn)向能力等不安全的工況，減小制動(dòng)距離，提高了汽車的操縱穩(wěn)定性和安全性。發(fā)揮作用的傳感器是防抱制動(dòng)傳感器，它主要是通過利用車輪角速度傳感器,檢測車輪轉(zhuǎn)速,在各車輪的滑移率為20% 時(shí)對制動(dòng)油壓進(jìn)行控制，改善其制動(dòng)性能,達(dá)到確保車輛操縱性和穩(wěn)定性的目的[5]。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輪轉(zhuǎn)速，如果沒有輪速傳感器，該系統(tǒng)的工作是無法完成的，同時(shí)輪速傳感器的精確程度將直接影響該系統(tǒng)的工作，輪速傳感器主要有電磁式、霍爾式、磁阻式幾種。

　　4 傳感器在汽車底盤電子控制中應(yīng)用的發(fā)展趨勢

　　隨著電子技術(shù)和汽車行業(yè)的發(fā)展，汽車傳感器的發(fā)展?fàn)顩r將成為影響汽車高檔化、電子化、自動(dòng)化發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。汽車的自動(dòng)化程度越高，對傳感器依賴性也就越大，所以很多汽車電子產(chǎn)業(yè)都把車用傳感器技術(shù)作為重點(diǎn)研究開發(fā)的技術(shù)項(xiàng)目。由于汽車底盤電子控制系統(tǒng)是有很多個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成的，因此其所需要的傳感器種類和數(shù)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(yīng)這種需要，未來汽車底盤電子控制系統(tǒng)傳感器的發(fā)展趨勢必將是向著集成化、智能化和微型化的方向發(fā)展；在進(jìn)行基礎(chǔ)研究的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、采用新原理、開發(fā)新材料和采用新工藝 [7]。使傳感器越來越精確，科技含量越來越高，從而更好的促進(jìn)電子技術(shù)乃至汽車行業(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(jì)算機(jī)，兼有檢測、判斷、信息處理等多種功能的傳感器。與傳統(tǒng)傳感器相比，它可以通過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(shè)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)、車輛和人是否會發(fā)生危險(xiǎn)，并及時(shí)采取相應(yīng)措施。它的不同之處就在于是利用軟件來解決問題的，而這些問題又是普通的傳感器中硬件難以解決的問題。例如完成資料的計(jì)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 [7]。將來如果這種傳感器能應(yīng)用于汽車底盤電子控制系統(tǒng)，將會給駕駛員帶來很多方便。

　　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(shù)或者化學(xué)參數(shù)，這樣就減少了汽<