其实也算大势所趋 源自航空的线传操控技术如何用于汽车？

其实也算大势所趋 源自航空的线传操控技术如何用于汽车？欲望出租屋,餐饮加盟店注意事项,魔兽之巫妖王崛起, 出品 | 搜狐汽车·搜狐新车 作者 | 石嵩 | 马良 国内某自主品牌车企曾在日前发布了旗下“某某智能2.0智慧线控底盘”技术，再一次将“线传操控”这一概念带到了人们身边。那

出品 | 搜狐汽车·搜狐新车

作者 | 石嵩

| 马良

国内某自主品牌车企曾在日前发布了旗下“某某智能2.0智慧线控底盘”技术，再一次将“线传操控”这一概念带到了人们身边。那么，究竟什么是“线传操控”？相比其他操控技术，线传操控都有哪些优势？这项技术又为何要应用到汽车领域？看完本期《有一说一》，相信前面这些问题自然就有答案了。

※ 什么是线传操控？

想要研究线传操控技术如何在汽车上应用，我们首先要搞清楚究竟什么是线传操控技术。单从字面意思上来看，你是不是以为线传操控是这样的？

你以为的“线”传操控？

哈哈，当然不是。线传操控和“线”并没有什么实质上的关系，实际上，线传操控又名电传操控，是一种源自航空领域的飞行控制系统，最初先是用于飞机等航空器的飞行控制。

早期的飞机由于结构相对简单，且体型不大，因此基本上都采用钢索牵引的方式对飞机进行操纵控制。例如，飞行员手中握着的驾驶盘或操纵杆通过钢索与飞机的副翼、升降舵相连，脚下踩着的脚蹬通过钢索与飞机的方向舵相连；飞行员在操纵驾驶盘/操纵杆或方向舵时，与之相连的钢索就带动对应的舵面做出偏转，从而改变飞机的飞行姿态。

早期的飞机通过钢索进行操纵控制

后来，随着飞机的体型越来越大，速度也越来越快，对于飞机操控的要求自然就变得越来越高。如果还是采用钢索牵引这种纯机械的控制方式，一方面会明显加大飞行员的劳动强度，另一方面也是更重要的是，纯粹依靠人力和机械传动的控制方式已经达不到控制飞机应有的反应速度。

于是，在飞机的控制系统中加入了液压系统，利用液体无法压缩的物理特性，以油液为工作介质，通过油压驱动执行机构完成所需要的对飞机的各种操纵动作。当然了，出于安全和可靠性的考虑，一般来说飞机上都会有几套独立的液压系统，甚至一些飞机在使用液压控制的同时，还保留了最原始的钢索牵引的纯机械控制系统，以应对极端情况。例如人们平时出行经常会乘坐到的波音737（不含737MAX系列）系列飞机，就是典型的采用液压控制系统的民航客机。

山东航空公司的波音737-800

随着飞机自身的进一步发展，特别是现代化飞机对于飞行控制灵敏度及精确性的要求越来越高，特别是自动驾驶在飞机的飞行控制中所占据的重要性越来越高，传统的液压系统已经无法满足需要，便催生出了现如今在航空器飞行控制领域已经被普遍采用的电传操控（线传操控）系统。

采用电传操控（线传操控）系统的飞机，飞行员不再像驾驶老式飞机时通过钢索牵引或液压助力来操纵飞机，而是依靠装在驾驶杆处的传感器将杆力或杆位移转换成电信号，再通过电线传到舵机以驱动控制面偏转，从而达到操纵飞机的目的。由于电传操控（线传操控）的反应速度更快、控制精度也更高，因此如今的现代化飞机已经普遍都在采用电传操控（线传操控）系统了。

例如同样是人们日常出行可能经常会乘坐到的空中客车A320系列飞机，就是世界上第一款采用全电传操控（线传操控）系统的民航客机；包括在军用飞机领域，世界公认的“三代机”的一个显著特征，就是采用全电传操控（线传操控）。

中国南方航空公司的空中客车A320

中国空军“八一”飞行表演队的歼10A单发单座中型战斗机是我国自主设计研发的第一款第三代作战飞机

※ 线传操控技术如何应用到汽车领域？

前面咱们说了，由于传统的机械操控方式和液压操控方式都无法再满足现代飞机对操控系统控制精度、反应速度的更高要求，于是便催生出了电传操控（线传操控）。由此可见，电传操控（线传操控）的主要优势就在于速度快、精度高。既然现代化的飞机出于对操控的更高要求需要使用线传操控，那么现代化的汽车同样也可以出于对操控的更高要求而使用线传操控。

其实，线传操控技术在汽车上的应用早就已经开始了，只不过可能大多数人并不是非常了解。下面咱们就逐一举例来给大家讲解清楚。

（1）电子油门：线传操控在汽车上应用的最简单形式

如今在汽车上已经大范围采用的电子油门，其实就可以认为是线传操控技术在汽车上应用的最简单形式了。老司机们都知道，早期的汽车普遍采用的是拉线油门，即驾驶员脚下的油门踏板通过金属拉线或拉杆与节气门形成刚性连接，从而在驾驶员踩踏油门踏板的时候，能够同步控制节气门的开度。从控制机构的原理上来讲，这和前面提到过的早期的老式飞机采用钢索牵引控制可以说是一脉相承。

采用拉线油门控制方式的汽车发动机舱内的油门拉线

后来，随着电喷发动机逐渐取代化油器发动机成为主流，尤其是定速巡航功能的不断普及，基于线传操控技术而来的电子油门也开始渐渐代替传统的拉线油门。从原理上来说，电子油门就是通过线束（导线）代替了传统拉线油门的拉索或拉杆，同时在节气门位置安装一台伺服电机，用电机驱动来控制节气门的开度。

电子油门的控制系统主要包括油门踏板、踏板位移传感器、ECU（电子控制单元）、数据总线、伺服电机、节气门执行机构。其中，位移传感器安装在油门踏板的内部，当驾驶员踩下油门踏板时，位移传感器监测到油门踏板的高度位置有变化，于是将信号传递至ECU，ECU再对该信号以及其他系统传来的数据等信息进行运算处理，从而计算出一个控制信号，最终通过线束传递给伺服电机，于是伺服电机驱动节气门执行机构，从而改变节气门的开度。

电子油门的油门踏板后面不再是金属拉锁或拉杆，而是数据导线

（2）线控转向：没有了转向管柱的汽车你还敢开吗？

线传操控技术应用于汽车的转向系统其实也早就不是什么新鲜事了，例如英菲尼迪的Q50，就是世界上第一款采用这一技术的量产车型。

英菲尼迪Q50

与拉线油门相似，在最初的汽车转向系统中，方向盘转向管柱与转向轮之间是通过传动轴进行刚性连接的。随着汽车制造技术的不断发展，为了减轻驾驶员打方向盘时的操作强度，汽车的转向系统中加入了液压助力装置，再到后来便是如今大多数车辆都采用的电动助力装置即电子助力转向（EPS）。

采用液压助力装置的汽车转向系统示意图

其实，如今大多数车型上面所采用的电子助力转向（EPS）在原理上与真正意义的线控转向是非常接近的。真正意义上的线控转向系统，方向盘转向管柱与转向轮之间是不存在刚性的机械连接的，而是通过传感器来获得方向盘的转角数据，然后ECU将方向盘的转角数据换算成转向伺服电机的驱动数据，进而再由伺服电机驱动转向执行机构带动转向机来转动转向轮。

相比之下，目前大多数车型上采用的电子助力转向（EPS）系统，方向盘转向管柱与转向轮之间仍然是有传动轴保持着刚性连接的，无非是电子助力转向系统EPS会根据驾驶员打方向盘的转角大小来施加不同程度的转向力。不过出于法规、安全及可靠性的多重考虑，像咱们前面提到过的英菲尼迪Q50所采用的线控转向系统仍然保留了方向盘转向管柱与转向轮之间的刚性机械连接，因此即便该线控转向系统失效，驾驶员仍然可以通过方向盘来控制车辆的行进方向。

但是从汽车科技发展的大趋势上来说，线控转向仍然是未来的一个重要发展方向。尤其是因为真正意义上的线控转向系统，取消了方向盘转向管柱与转向轮之间的刚性机械连接，才能使那些概念车上面炫酷的可收折方向盘成为现实。

一些概念车上所展示的可收折方向盘并非天方夜谭，通过线控转向技术便可实现

（3）线控制动：当有一天制动系统不再需要真空助力泵和复杂的制动液管路会怎样？

由真空助力器、制动主缸、制动液储液壶、轮缸、制动鼓/盘构成的传统的汽车制动系统，对老司机们来说同样不陌生。驾驶员在踩下刹车踏板后，制动液储液壶中的刹车油进入制动主缸，进而再进入轮缸，之后轮缸两端的活塞推动制动蹄向外运动（鼓式刹车）或推动制动钳夹紧制动盘（盘式刹车），从而让刹车片和制动鼓/盘相互摩擦，通过这一系列的动作最终产生制动力。

传统的汽车制动系统工作原理示意图

说到这里，您或许都能想象得到，所谓的线控刹车系统，是不是就是将传统制动系统里这一套真空及液压助力装置全部取消，进而由电机来代替了呢？

这个答案还不能说是完全正确，因为从理想的形式上来说，真正意义上的、纯粹的线控制动，确实就是不再依靠传统制动系统里那些真空及液压助力装置，而是直接用电机驱动制动蹄/制动钳，从而让制动蹄片与制动鼓/制动盘相互摩擦产生制动力。

但是，受限于现有的技术水平和对可靠性的考虑，目前已经应用到汽车上的“线控制动”，还只能说是对线传操控技术的部分采用，并非完全采用。咱们就拿博世的iBooster（电子制动助力器）来举例说明一下，大家就能够明白为什么说目前的“线控制动”，还仅仅只是线传操控技术在汽车制动系统里的部分应用了。

前面说了，老司机们都知道，在传统的汽车制动系统里，真空助力器是一个非常关键的部件。而真空助力器之所以能够产生作用，得益于汽车发动机（内燃机）持续运转并借助发动机的进气从而在助力器一侧的腔室内形成真空环境，而助力器腔室的另一侧是正常气压，由此便形成了压力差。正是由于压力差的存在，才使得制动推力得以增强，从而降低了制动踏板的阻力，给驾驶员提供刹车助力。

汽车发动机舱内的真空助力器

但是问题来了，随着汽车电气化进程的不断推进，越来越多的混合动力汽车和纯电动汽车开始出现。其中，混合动力汽车的发动机（内燃机）并不会持续工作，纯电动汽车更是没有发动机（内燃机），那真空助力器还怎么实现真空呢？真空助力器不能正常实现真空，刹车系统就得不到最初的制动助力了啊。

别急，就是因为会有这样的问题，于是电子制动助力器就被发明出来了。博世的iBooster就是其中的典型代表之一，与其类似的还有大陆的MK C1、日立的EACT等等，就不逐一细说了。

其实iBooster电子制动助力器的工作原理并不复杂。当驾驶员踩下制动踏板以后，与制动踏板相连的输入推杆便会产生位移，系统依据位移的程度计算出伺服电机需要提供的扭矩，进而由传动装置将伺服电机输出的扭矩转化为伺服制动力。在驾驶员踩刹车踏板的踏板力和伺服制动力的共同作用下，制动系统在制动主缸内形成制动器轮缸的液压力，最终推动制动蹄/制动钳进行刹车动作。

博世iBooster电子制动助力器

之所以说以iBooster电子制动助力器为代表的“线控制动”系统并非完全意义上的线控制动，就是因为这套系统虽然采用了一部分线传操控的技术原理，但最终实现刹车效果仍然需要借助液压系统来放大制动力。而完全意义上的线控制动系统，也就是EMB则应该是取消液压系统，并直接用电机驱动制动蹄/制动钳，这才是目前线控制动领域里最为高精尖的研究方向。

※ 点评：线传操控技术完全应用到汽车上将带来哪些革新性的进步？

除了前面我们解读过的线控油门、线控转向、线控制动外，像线控换挡、线控悬挂等等，也都是线传操控技术在汽车上应用的表现形式。虽然这些应用方式目前有些只是部分采用了线传操控的技术理念，甚至有些还没有真正应用到量产汽车当中，但必须承认的一点是，线传操控技术在汽车上的应用，正是实现高阶自动驾驶所必须具备的，是绝对意义上的大势所趋。尤其是凭借线传操控技术精度高、反应快的特性，在汽车上应用线传操控技术无疑会提升车辆的加速能力、缩短制动距离、减少燃油消耗......

线传操控技术在汽车上的完全应用，是实现高阶自动驾驶（L4级、L5级）实现的前提

当然，高精尖的线传操控应用到汽车上面也并非毫无缺点。例如，线控转向系统由于方向盘和转向轮之间缺乏刚性的机械连接，因此驾驶员无法从方向盘上获得路面传导过来的反馈力，会使得驾驶操作失去路感，丧失乐趣。因此，如果未来的汽车想要实现真正意义上的线控转向同时又不抹杀驾驶乐趣，就需要在方向盘上模拟出力反馈。

还有就是，包括任何一种线传操控在汽车上的应用形式，都需要考虑并做到具备足够的安全冗余。就好比任何一款采用线传飞控技术的飞机一样，其飞控系统里并不会只运行着一套控制程序，而是通常有多套控制程序在同时运行，为的就是确保有足够的安全冗余，不至于因为其中一套程序失效而使飞机失去控制。

应用在汽车上面也是同样的道理，假如线控转向系统失灵，那么车辆是否有备份的解决方案？是否可以通过向两侧车轮施加大小不同的制动力，从而实现差动转向？假如线控制动系统失灵，车辆又有何应急的处置办法？是不是可以通过将驱动电机临时转为发电电机来产生阻力，从而通过增大动力总成及能量回收系统的反拖力矩来降低车速？等等等等......这些都是线传操控技术完全应用到量产汽车之前必须要解决的问题。

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