智能網(wǎng)聯(lián)汽車概論 課件 單元2 汽車總體結(jié)構(gòu)及線控技術(shù)

單元二汽車總體結(jié)構(gòu)及線控技術(shù)智能網(wǎng)聯(lián)汽車概論了解汽車的發(fā)展歷程、類型。掌握汽車的總體構(gòu)造以及布置形式。了解線控技術(shù)的起源和優(yōu)缺點。掌握線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成、工作原理。掌握線控制動系統(tǒng)的組成、工作原理。掌握線控油門系統(tǒng)的組成、工作原理。結(jié)合世界汽車工業(yè)發(fā)展史上的三次巨大變革，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識創(chuàng)新意識的重要性，只有通過不斷地創(chuàng)新，才能推動世界的發(fā)展和進(jìn)步。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)內(nèi)容

汽車總體結(jié)構(gòu)

汽車線控技術(shù)一、汽車總體結(jié)構(gòu)（一）汽車的發(fā)展歷程汽車自上世紀(jì)末誕生以來，已經(jīng)過一百多年的發(fā)展。經(jīng)過一百多年來的不斷改進(jìn)、創(chuàng)新，凝聚了人類的智慧和匠心。得益于石油、鋼鐵、鋁、化工、塑料、機械設(shè)備、電力、道路網(wǎng)、電子技術(shù)與金融等多種行業(yè)的支撐，帶動了它的發(fā)展，成為現(xiàn)在這樣具有多種型式、不同規(guī)格，廣泛用于社會經(jīng)濟生活多種領(lǐng)域的交通運輸工具。（1）汽車的誕生在汽車發(fā)展史上，被公認(rèn)的第一輛汽車的發(fā)明者是卡爾·本茨。1885年卡爾·本茨在德國曼海姆制造出第一輛汽油發(fā)動機汽車。卡爾·本茨和他發(fā)明的第一輛汽車

繼摩托車之后，戴姆勒于1886年8月訂購了一輛馬車，他在埃斯林加機械制造廠將這輛四輪馬車加以改制，增加了傳動、轉(zhuǎn)向等機構(gòu)，然后在車身后部裝上一臺單缸水冷汽油發(fā)動機，制成了世界上第一輛四輪汽油發(fā)動機汽車戈特利布·戴姆勒和他發(fā)明的四輪汽油發(fā)動機汽車在一百多年的汽車發(fā)展歷史中，世界汽車工業(yè)經(jīng)歷了三次巨大變革。第一次變革是美國福特汽車公司推出T型車，并發(fā)明了汽車裝配流水線，使世界汽車工業(yè)的中心從歐洲轉(zhuǎn)向美國。第二次變革是歐洲通過多品種的生產(chǎn)方式，打破了美國汽車公司在世界車壇上的長期壟斷地位，使世界汽車工業(yè)的中心從美國又轉(zhuǎn)回歐洲。第三次變革是日本通過完善生產(chǎn)管理體制形成精益的生產(chǎn)方式，全力發(fā)展物美價廉的經(jīng)濟型轎車，日本成了繼美國、歐洲之后世界第三個汽車工業(yè)發(fā)展中心。（2）世界汽車工業(yè)的發(fā)展（3）中國汽車工業(yè)的發(fā)展

新中國成立后，中國的汽車工業(yè)才得以建立和發(fā)展。經(jīng)過半個世紀(jì)的努力，中國汽車工業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化。從一個曾經(jīng)是只有卡車沒有轎車、只有公車沒有私車、只有計劃沒有市場的汽車工業(yè)，終于形成了一個種類齊全、生產(chǎn)能力不斷增長、產(chǎn)品水平日益提高的汽車工業(yè)體系。中國汽車工業(yè)半個多世紀(jì)來，經(jīng)歷了創(chuàng)建、成長和全面發(fā)展三個歷史階段1）創(chuàng)建階段（1953—1965年）1953年7月15日在長春打下了第一根樁，從而拉開了新中國汽車工業(yè)籌建工作的帷幕。國產(chǎn)第一輛汽車于1956年7月13日駛下總裝配生產(chǎn)線。由長春一汽生產(chǎn)的解放牌載貨汽車，結(jié)束了中國不能自己制造汽車的歷史。長春第一汽車制造廠和解放牌載貨汽車1964年國家確定建設(shè)以生產(chǎn)越野汽車為主的第二汽車制造廠。二汽是我國汽車工業(yè)第二個生產(chǎn)基地，與一汽不同的是，二汽是依靠我國自己的力量在湖北省十堰市興建和投產(chǎn)的大型汽車制造廠。當(dāng)時主要生產(chǎn)中型載貨汽車和越野汽車。二汽擁有約2萬臺設(shè)備，100多條自動生產(chǎn)線。二汽的建成開創(chuàng)了中國汽車工業(yè)以自己的力量設(shè)計產(chǎn)品、確定工藝、制造設(shè)備和興建工廠的紀(jì)錄，檢驗了整個中國汽車工業(yè)和相關(guān)工業(yè)的水平，標(biāo)志著中國汽車工業(yè)上了一個新臺階。2）成長階段（1966—1980年）3）全面發(fā)展階段（1981年至今）在改革開放方針的指導(dǎo)下，汽車工業(yè)進(jìn)入全面發(fā)展階段。汽車?yán)袭a(chǎn)品（解放、躍進(jìn)、黃河車型）升級換代，結(jié)束了30年一貫制的歷史；調(diào)整商用車產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，改變“缺重少輕”的生產(chǎn)格局；引進(jìn)技術(shù)和資金，建設(shè)轎車工業(yè)，形成生產(chǎn)規(guī)模；行業(yè)管理體制和企業(yè)經(jīng)營機制改革，汽車車型品種、質(zhì)量和生產(chǎn)能力大幅增長。在這30多年中，中國汽車工業(yè)發(fā)生了重大變革，成為中國汽車工業(yè)一個舊時代的結(jié)束和一個新時代開始的分水嶺。（三）汽車的總體構(gòu)造及車輛布置形式汽車通常由發(fā)動機、底盤、車身和電氣設(shè)備等四個部分組成。（1）汽車總體構(gòu)造汽車總體構(gòu)造1）發(fā)動機發(fā)動機是為汽車提供動力的裝置，是汽車的心臟。一般汽車都采用往復(fù)活塞式內(nèi)燃機。發(fā)動機由曲柄連桿機構(gòu)、配氣機構(gòu)、燃料供給系、冷卻系、潤滑系、點火系（汽油機）和起動系組成。柴油機采用壓燃式燃燒，所以不存在點火系。2）底盤底盤是汽車的傳力和支撐裝置，接受來自發(fā)動機的動力，經(jīng)變速后傳遞給車輪，使汽車產(chǎn)生運動，并保證正常行駛。底盤由傳動系、行駛系、轉(zhuǎn)向系和制動系統(tǒng)組成。傳動系：將發(fā)動機的動力傳遞給驅(qū)動車輪，包括離合器、變速器、萬向傳動裝置和驅(qū)動橋等部件。行駛系：使汽車各總成及部件安裝在合適位置，支撐全車并保證正常行駛，包括車架、車橋、車輪和懸架等部件。轉(zhuǎn)向系：保證汽車能按照駕駛員所選定的方向行駛，包括轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)。制動系：使汽車減速或停車的裝置，并且能保證駕駛員離開后，汽車仍能可靠的駐留原地，包括制動器和制動傳動機構(gòu)。3）車身

車身是形成駕駛員和乘客乘坐空間，并能存放行李或其他物品的裝置。車身為駕駛員和乘客提供了舒適安全的乘坐的環(huán)境。轎車車身由本體、內(nèi)外飾和車身附件等組成。4）電氣設(shè)備電氣設(shè)備是汽車的重要組成部分，由電源、發(fā)動機點火系（汽油機）、起動系、照明和信號裝置、空調(diào)系統(tǒng)、儀表裝置和輔助電器裝置等組成。對于高級轎車，更多地采用了現(xiàn)代新技術(shù)，尤其是電子技術(shù)，如微處理器、中央計算機系統(tǒng)及各種人工智能裝置等，從而顯著提高了汽車的性能。

為滿足不同的功能要求，汽車的總體結(jié)構(gòu)和布置形式也各不相同，按發(fā)動機和各個總成相對位置的不同。汽車的布置形式可分為前置前驅(qū)（FF）、前置后驅(qū)（FR）、后置后驅(qū)（RR）、中置后驅(qū)（MR）和全輪驅(qū)動（4WD）五種形式。（2）汽車的布置形式1）前置前驅(qū)（FF）前置前驅(qū)是指發(fā)動機放置在車的前部，采用前輪作為驅(qū)動輪?，F(xiàn)在大部分轎車都采取這種布置方式，如圖示。優(yōu)點：省略了傳動軸裝置，減輕車重，結(jié)構(gòu)比較緊湊；有效地利用了發(fā)動機艙的空間，駕駛室內(nèi)空間較為寬敞，并有利于降低地板高度，提高乘坐舒適性；發(fā)動機等總成前置，增加前軸的負(fù)荷，提高了轎車高速行駛時的操縱穩(wěn)定性和制動時的方向穩(wěn)定性。缺點：啟動、加速或爬坡時，前輪負(fù)荷減少，導(dǎo)致牽引力下降；前橋既是轉(zhuǎn)向橋，又是驅(qū)動橋，結(jié)構(gòu)及工藝復(fù)雜，制造成本高、維修保養(yǎng)困難。

2）前置后驅(qū)（FR）前置后驅(qū)是指發(fā)動機放置在車前部，采用后輪作為驅(qū)動輪。是傳統(tǒng)的布置形式。國內(nèi)外大多數(shù)貨車、部分轎車和部分客車都采用這種形式。優(yōu)點：在良好的路面上啟動、加速或爬坡時，驅(qū)動輪的負(fù)荷增大，其牽引性能比前置前驅(qū)形式優(yōu)越；軸荷分配比較均勻，因而具有良好的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性，并有利于延長輪胎的使用壽命；轉(zhuǎn)向輪是從動輪，轉(zhuǎn)向機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，便于維修。缺點：采用了傳動軸裝置，增加車重，同時降低動力傳動系的傳動效率，影響了燃油經(jīng)濟性；縱置發(fā)動機、變速箱和傳動軸等總成的布置，使駕駛室空間減小，影響乘坐舒適性，后排地板中央有突起；在雪地或易滑路面上啟動加速時，后輪推動車身，易發(fā)生甩尾現(xiàn)象。3）后置后驅(qū)（RR）后置后驅(qū)是指將發(fā)動機放置在后軸的后部，采用后輪作為驅(qū)動輪，是目前大、中型客車廣泛采用的布置形式，如圖2-26所示。優(yōu)點：后置后驅(qū)車的重量大多集中于后方，又是后輪驅(qū)動，所以起步、加速性能非常好。轉(zhuǎn)彎性能比較敏銳。缺點：由于后軸承受較大負(fù)荷，因此后輪的抓地力達(dá)到極限時，會有打滑甩尾現(xiàn)象，且不容易控制。車頭較輕，所以開始進(jìn)入轉(zhuǎn)彎時較容易造成轉(zhuǎn)向過度現(xiàn)象。4）中置后驅(qū)（MR）中置后驅(qū)是指將發(fā)動機放置在駕乘室與后軸之間，采用后輪作為驅(qū)動輪，目前大多數(shù)運動型轎車和方程式賽車采用的布置形式，如圖2-27所示。優(yōu)點：可獲得最佳的軸荷分配，操縱穩(wěn)定性和行駛平順性較好；發(fā)動機臨近驅(qū)動橋，無需傳動軸，從而減輕車重，具有較高的傳動效率；重量集中，車身平擺方向的慣性力矩小，轉(zhuǎn)彎時轉(zhuǎn)向盤操作靈敏，運動性好。缺點：發(fā)動機的布置占據(jù)了車廂和行李箱的一部分空間，通常車廂內(nèi)只能安放2個座椅。對發(fā)動機的隔音和隔熱效果較差，乘坐舒適性有所降低。

全輪驅(qū)動又稱四輪驅(qū)動，是指汽車的總布置型式為全部車輪都是驅(qū)動輪。通常發(fā)動機安裝在汽車的前部，通過傳動系統(tǒng)帶動全部車輪驅(qū)動，如圖2-28所示。越野汽車和SUV多采用全輪驅(qū)動方式。5）全輪驅(qū)動（4WD）二、汽車線控技術(shù)（一）線控技術(shù)簡介

線控技術(shù)最早起源于飛機，隨著線控技術(shù)的發(fā)展和成熟，這一技術(shù)逐漸被使用在汽車上。汽車線控系統(tǒng)（X-By-Wire）是指將駕駛員的操縱意圖經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)化為電信號，通過CAN總線傳輸?shù)綀?zhí)行機構(gòu)并實現(xiàn)精準(zhǔn)控制的一種系統(tǒng)。汽車線控系統(tǒng)主要包括線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、線控制動系統(tǒng)、線控油門系統(tǒng)等。（1）操作輕便、省力，更加人性化。（2）省去大量機械和管路系統(tǒng)及部件，更易布置，使汽車結(jié)構(gòu)更加合理。（3）線控技術(shù)通過電腦控制，使動作響應(yīng)時間更短。（4）線控系統(tǒng)的制造、裝配、測試簡單快捷。（5）汽車線控技術(shù)的應(yīng)用便于實現(xiàn)個性化設(shè)計。（6）使用線控制動無需制動液，使汽車更為環(huán)保，無需另加維護。汽車線控技術(shù)具有以下的優(yōu)點：（1）存在控制系統(tǒng)及其電子設(shè)備的可靠性問題。（2）電能灌溉消耗量過大，目前車輛的電源系統(tǒng)無法提供如此大的能量。（3）由于線控系統(tǒng)技術(shù)難度大，科技含量高，因此研制成本高。（4）存在抗干擾問題。車輛在運行過程中會有各種各樣干擾信號，如電磁干擾、網(wǎng)絡(luò)攻擊，對電子系統(tǒng)及其元件造成干擾，影響系統(tǒng)的可靠運行。另一方面，汽車線控技術(shù)也具有以下缺點：（二）線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已完成了幾代技術(shù)革新，從早期的機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，發(fā)展到液壓助力、電控液壓助力及電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，再到線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Steering-By-Wire）。英菲尼迪Q50線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向盤模塊、轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊和主控制器（ECU）這三個主要部分以及自動防故障系統(tǒng)、電源等輔助模塊組成。（1）轉(zhuǎn)向盤模塊主要由轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、扭矩傳感器和路感電機組成。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器用于監(jiān)測駕駛員輸入給轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角，同時通過CAN總線將轉(zhuǎn)角信息轉(zhuǎn)化為電信號發(fā)送給ECU。與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器類似，扭矩傳感器監(jiān)測駕駛員輸入到轉(zhuǎn)向盤上的扭矩，并通過CAN總線發(fā)送給ECU。路感電機根據(jù)ECU傳回的回正信號，產(chǎn)生回正力矩，給駕駛員提供路感。（2）轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊由前輪轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)向電機、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向拉桿等部件組成。轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊根據(jù)ECU傳來的命令，完成轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖。（3）ECU在接收到轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)向盤扭矩等傳感器傳送的信號后，通過計算分析，得到合適的前輪轉(zhuǎn)角發(fā)送給轉(zhuǎn)向電機，實現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向，得到合適的回正力矩發(fā)送給路感電機，給駕駛員提供路感反饋。（4）自動防故障系統(tǒng)中包含監(jiān)控程序，在識別到故障后，根據(jù)故障形式和等級做出相應(yīng)的處理，以最大限度保證汽車能夠正常安全行駛。自動防故障系統(tǒng)是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安全性得以保障的基礎(chǔ)。（5）電源模塊是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中轉(zhuǎn)向電機、路感電機、ECU等模塊的供電來源。汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)斷開了方向盤和轉(zhuǎn)向輪之間的機械和液壓連接，駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤時，方向盤轉(zhuǎn)角傳感器和扭矩傳感器監(jiān)測到轉(zhuǎn)角、扭矩信號，通過CAN總線將數(shù)據(jù)發(fā)送給主控制器，主控制器根據(jù)內(nèi)部的程序，計算出合適的前輪轉(zhuǎn)角并發(fā)送給轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機，實現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向，同時通過發(fā)送回正力矩給路感電機，實現(xiàn)方向盤轉(zhuǎn)向路感反饋。（三）線控制動系統(tǒng)

傳統(tǒng)制動是通過駕駛員踩下制動踏板，利用液壓或氣壓驅(qū)動制動器工作，從而完成對汽車的制動。而線控制動則由導(dǎo)線取代傳統(tǒng)制動的機械連接，由集成有位置傳感器的電子制動踏板取代原有的機械制動踏板。當(dāng)駕駛員踩下制動踏板時，制動踏板上的位置傳感器將采集到的制動踏板行程信號傳遞給電子控制單元，電子控制單元根據(jù)制動踏板行程信號并結(jié)合其他信號綜合分析車輛的行駛工況，計算出每個車輪需要的理想制動強度，再向安裝在各車輪上的電動機或其他動力源發(fā)出指令，驅(qū)動制動器工作，實現(xiàn)對車輪的制動。

汽車線控制動系統(tǒng)包括電子液壓制動系統(tǒng)（Electro-hydraulicBrake，EHB）和電子機械制動系統(tǒng)（Electro-mechanicalBrake，EMB）這兩種類型。

電子液壓制動（EHB）系統(tǒng)是在傳統(tǒng)液壓制動系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將電子元件與原有的液壓系統(tǒng)整合到一起，該系統(tǒng)也可以視為是線控制動技術(shù)的前期產(chǎn)物。EHB工作原理EMB系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢：（1）去除了制動主缸等液壓部件，使得汽車的裝配和維修保養(yǎng)更加容易，而且沒有了液壓油，更加汽節(jié)能環(huán)保。（2）取消了制動踏板到制動輪缸之間冗長的制動管路。因此，在制動時減少了傳動時間，縮短了汽車制動響應(yīng)時間和制動距離，提高了汽車的制動性能。（3）整個系統(tǒng)實現(xiàn)了輕量化，一系列電子元器件代替了原來笨重的機械助力傳動裝置，提高了整車的燃油經(jīng)濟性，減小了前軸的負(fù)荷和前輪的磨損。（4）電子機械制動系統(tǒng)可以很方便地并入CA