單元二汽車總體結構及線控技術智能網聯汽車概論了解汽車的發展歷程、類型。掌握汽車的總體構造以及布置形式。了解線控技術的起源和優缺點。掌握線控轉向系統的組成、工作原理。掌握線控制動系統的組成、工作原理。掌握線控油門系統的組成、工作原理。結合世界汽車工業發展史上的三次巨大變革，引導學生認識創新意識的重要性，只有通過不斷地創新，才能推動世界的發展和進步。學習目標學習內容

汽車總體結構

汽車線控技術一、汽車總體結構（一）汽車的發展歷程汽車自上世紀末誕生以來，已經過一百多年的發展。經過一百多年來的不斷改進、創新，凝聚了人類的智慧和匠心。得益于石油、鋼鐵、鋁、化工、塑料、機械設備、電力、道路網、電子技術與金融等多種行業的支撐，帶動了它的發展，成為現在這樣具有多種型式、不同規格，廣泛用于社會經濟生活多種領域的交通運輸工具。（1）汽車的誕生在汽車發展史上，被公認的第一輛汽車的發明者是卡爾·本茨。1885年卡爾·本茨在德國曼海姆制造出第一輛汽油發動機汽車?？枴け敬暮退l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、轉向等機構，然后在車身后部裝上一臺單缸水冷汽油發動機，制成了世界上第一輛四輪汽油發動機汽車戈特利布·戴姆勒和他發明的四輪汽油發動機汽車在一百多年的汽車發展歷史中，世界汽車工業經歷了三次巨大變革。第一次變革是美國福特汽車公司推出T型車，并發明了汽車裝配流水線，使世界汽車工業的中心從歐洲轉向美國。第二次變革是歐洲通過多品種的生產方式，打破了美國汽車公司在世界車壇上的長期壟斷地位，使世界汽車工業的中心從美國又轉回歐洲。第三次變革是日本通過完善生產管理體制形成精益的生產方式，全力發展物美價廉的經濟型轎車，日本成了繼美國、歐洲之后世界第三個汽車工業發展中心。（2）世界汽車工業的發展（3）中國汽車工業的發展

新中國成立后，中國的汽車工業才得以建立和發展。經過半個世紀的努力，中國汽車工業發生了翻天覆地的變化。從一個曾經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，終于形成了一個種類齊全、生產能力不斷增長、產品水平日益提高的汽車工業體系。中國汽車工業半個多世紀來，經歷了創建、成長和全面發展三個歷史階段1）創建階段（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籌建工作的帷幕。國產第一輛汽車于1956年7月13日駛下總裝配生產線。由長春一汽生產的解放牌載貨汽車，結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年國家確定建設以生產越野汽車為主的第二汽車制造廠。二汽是我國汽車工業第二個生產基地，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的大型汽車制造廠。當時主要生產中型載貨汽車和越野汽車。二汽擁有約2萬臺設備，100多條自動生產線。二汽的建成開創了中國汽車工業以自己的力量設計產品、確定工藝、制造設備和興建工廠的紀錄，檢驗了整個中國汽車工業和相關工業的水平，標志著中國汽車工業上了一個新臺階。2）成長階段（1966—1980年）3）全面發展階段（1981年至今）在改革開放方針的指導下，汽車工業進入全面發展階段。汽車老產品（解放、躍進、黃河車型）升級換代，結束了30年一貫制的歷史；調整商用車產品結構，改變“缺重少輕”的生產格局；引進技術和資金，建設轎車工業，形成生產規模；行業管理體制和企業經營機制改革，汽車車型品種、質量和生產能力大幅增長。在這30多年中，中國汽車工業發生了重大變革，成為中國汽車工業一個舊時代的結束和一個新時代開始的分水嶺。（三）汽車的總體構造及車輛布置形式汽車通常由發動機、底盤、車身和電氣設備等四個部分組成。（1）汽車總體構造汽車總體構造1）發動機發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活塞式內燃機。發動機由曲柄連桿機構、配氣機構、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，接受來自發動機的動力，經變速后傳遞給車輪，使汽車產生運動，并保證正常行駛。底盤由傳動系、行駛系、轉向系和制動系統組成。傳動系：將發動機的動力傳遞給驅動車輪，包括離合器、變速器、萬向傳動裝置和驅動橋等部件。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。轉向系：保證汽車能按照駕駛員所選定的方向行駛，包括轉向器和轉向傳動機構。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。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境。轎車車身由本體、內外飾和車身附件等組成。4）電氣設備電氣設備是汽車的重要組成部分，由電源、發動機點火系（汽油機）、起動系、照明和信號裝置、空調系統、儀表裝置和輔助電器裝置等組成。對于高級轎車，更多地采用了現代新技術，尤其是電子技術，如微處理器、中央計算機系統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，汽車的總體結構和布置形式也各不相同，按發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（FF）、前置后驅（FR）、后置后驅（RR）、中置后驅（MR）和全輪驅動（4WD）五種形式。（2）汽車的布置形式1）前置前驅（FF）前置前驅是指發動機放置在車的前部，采用前輪作為驅動輪。現在大部分轎車都采取這種布置方式，如圖示。優點：省略了傳動軸裝置，減輕車重，結構比較緊湊；有效地利用了發動機艙的空間，駕駛室內空間較為寬敞，并有利于降低地板高度，提高乘坐舒適性；發動機等總成前置，增加前軸的負荷，提高了轎車高速行駛時的操縱穩定性和制動時的方向穩定性。缺點：啟動、加速或爬坡時，前輪負荷減少，導致牽引力下降；前橋既是轉向橋，又是驅動橋，結構及工藝復雜，制造成本高、維修保養困難。

2）前置后驅（FR）前置后驅是指發動機放置在車前部，采用后輪作為驅動輪。是傳統的布置形式。國內外大多數貨車、部分轎車和部分客車都采用這種形式。優點：在良好的路面上啟動、加速或爬坡時，驅動輪的負荷增大，其牽引性能比前置前驅形式優越；軸荷分配比較均勻，因而具有良好的操縱穩定性和行駛平順性，并有利于延長輪胎的使用壽命；轉向輪是從動輪，轉向機構結構簡單，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，影響了燃油經濟性；縱置發動機、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，易發生甩尾現象。3）后置后驅（RR）后置后驅是指將發動機放置在后軸的后部，采用后輪作為驅動輪，是目前大、中型客車廣泛采用的布置形式，如圖2-26所示。優點：后置后驅車的重量大多集中于后方，又是后輪驅動，所以起步、加速性能非常好。轉彎性能比較敏銳。缺點：由于后軸承受較大負荷，因此后輪的抓地力達到極限時，會有打滑甩尾現象，且不容易控制。車頭較輕，所以開始進入轉彎時較容易造成轉向過度現象。4）中置后驅（MR）中置后驅是指將發動機放置在駕乘室與后軸之間，采用后輪作為驅動輪，目前大多數運動型轎車和方程式賽車采用的布置形式，如圖2-27所示。優點：可獲得最佳的軸荷分配，操縱穩定性和行駛平順性較好；發動機臨近驅動橋，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，轉彎時轉向盤操作靈敏，運動性好。缺點：發動機的布置占據了車廂和行李箱的一部分空間，通常車廂內只能安放2個座椅。對發動機的隔音和隔熱效果較差，乘坐舒適性有所降低。

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

線控技術最早起源于飛機，隨著線控技術的發展和成熟，這一技術逐漸被使用在汽車上。汽車線控系統（X-By-Wire）是指將駕駛員的操縱意圖經傳感器轉化為電信號，通過CAN總線傳輸到執行機構并實現精準控制的一種系統。汽車線控系統主要包括線控轉向系統、線控制動系統、線控油門系統等。（1）操作輕便、省力，更加人性化。（2）省去大量機械和管路系統及部件，更易布置，使汽車結構更加合理。（3）線控技術通過電腦控制，使動作響應時間更短。（4）線控系統的制造、裝配、測試簡單快捷。（5）汽車線控技術的應用便于實現個性化設計。（6）使用線控制動無需制動液，使汽車更為環保，無需另加維護。汽車線控技術具有以下的優點：（1）存在控制系統及其電子設備的可靠性問題。（2）電能灌溉消耗量過大，目前車輛的電源系統無法提供如此大的能量。（3）由于線控系統技術難度大，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、網絡攻擊，對電子系統及其元件造成干擾，影響系統的可靠運行。另一方面，汽車線控技術也具有以下缺點：（二）線控轉向系統

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

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

傳統制動是通過駕駛員踩下制動踏板，利用液壓或氣壓驅動制動器工作，從而完成對汽車的制動。而線控制動則由導線取代傳統制動的機械連接，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，電子控制單元根據制動踏板行程信號并結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出指令，驅動制動器工作，實現對車輪的制動。

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

電子液壓制動（EHB）系統是在傳統液壓制動系統的基礎上，將電子元件與原有的液壓系統整合到一起，該系統也可以視為是線控制動技術的前期產物。EHB工作原理EMB系統具有如下優勢：（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更加容易，而且沒有了液壓油，更加汽節能環保。（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時間和制動距離，提高了汽車的制動性能。（3）整個系統實現了輕量化，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濟性，減小了前軸的負荷和前輪的磨損。（4）電子機械制動系統可以很方便地并入CA