CarlosVelásquez，邁來芯底盤系統專家

長久以來，汽車行業一直以機械和液壓工程為主導。從懸架、冷卻系統到發動機和控制系統，絕大多數車輛系統都采用機械和液壓控制與操作。盡管自20世紀30年代起，電子元件就已被引入汽車，但主要應用于發動機啟動器、照明以及可選裝的收音機等方面，汽車的整體機械特性并未改變。

然而，近幾十年來，電子系統在汽車中的應用范圍持續拓展。眾多機械泵和真空控制系統已被電磁閥、固態繼電器和壓電陶瓷所取代。同樣，電子傳感器和顯示屏也早已取代了機械反饋系統，如機械儀表。盡管如此，在轉向、制動等核心功能方面，機械和液壓仍占據主導地位，電子元件僅發揮輔助作用。

這一局面如今正迎來轉變：在汽車智能化、電動化趨勢以及排放法規的共同推動下，汽車設計師們正通過將機械液壓系統轉變為機電系統，以實現汽車領域的革命性變革。這一轉變旨在增強功能性和安全性、提升精度、簡化集成、降低整體系統復雜性，并減少排放與能源消耗。因此，汽車行業愈發重視下一代“線控”（X-by-Wire）系統開發，這類系統能夠為新興汽車功能提供比傳統機械液壓系統更卓越的支持。

線控系統的轉變

本質上，線控系統采用電子控制機制取代了傳統的機械聯動裝置。這標志著汽車設計和運行方式的重大變革，其中，油門、制動和轉向等基本功能不再依賴轉向柱、拉索或液壓管路等物理連接。取而代之的是，傳感器、電動執行器和控制單元對這些功能進行管理。

以線控油門為例，它采用位置傳感器測量加速踏板位置，并將信號傳輸至發動機控制單元（ECU）以進行電子功率調節，從而取代了加速踏板與節氣門之間的機械連接。盡管缺乏機械連接可能會引發部分人的擔憂，但這一概念已得到成功驗證。1969年推出的協和式飛機在諸多方面都是開創性的，但它也是第一架采用電傳飛行控制技術的商用客機1。20世紀80年代中期，寶馬7系車型率先在汽車行業應用了線控油門
技術2。自那時起，該技術已成為幾乎所有現代車輛的標配。

線控系統具有諸多優勢，包括更精細的控制、更高的效率、增強的安全功能以及與自動駕駛等新興技術的兼容性。然而，它們也面臨著一系列獨特的挑戰，如確?？煽啃砸约皾M足先進的集成和冗余要求。

線控制動與線控轉向

盡管線控操作在汽車中已屢見不鮮，如節氣門、發動機和部分變速箱均采用電子控制，但有兩個主要車輛系統的轉變較為緩慢，即制動和轉向系統。然而，這一狀況正在迅速改變。

線控制動系統

線控制動系統利用傳感器監測制動踏板位置或壓力，并通過驅動電液或機電制動執行器（制動卡鉗）來控制制動力。線控制動系統實現了自動駕駛輔助系統（ADAS）和自動駕駛功能的無縫集成[4]，同時促進了電動汽車（EV）的再生制動。這一功能允許車輛的動力傳動系統電機產生制動力，使電流方向反轉，從而在制動過程中為電池組充電。

線控轉向系統

線控轉向系統則完全摒棄了將方向盤與車輪直接相連的機械轉向柱。相反，該系統依靠電子傳感器識別轉向輸入，并將其傳達給驅動車輪的執行器。與傳統機械轉向系統相比，線控轉向系統具有諸多優勢。它簡化了先進功能（如車道保持輔助、碰撞避免、可調轉向比和自動駕駛能力）的集成，同時緩解了某些封裝限制，并使得輪轂電機的應用成為可能（而傳統轉向齒條則難以實現）。此外，通過消除物理轉向柱的
需求，線控轉向系統為創新車輛設計開辟了道路，拓展了內部空間和設計可能性。

由于涉及復雜性和成本問題，這些系統長期以來一直采用機械控制。然而，隨著汽車自動化、電動化的推進以及新型傳感器和執行器技術的應用，許多長期存在的障礙已被消除，線控轉向和線控制動系統正成為下一代電動汽車的關鍵要素。

減少排放

液壓系統易受流體污染和泄漏的影響，需要定期維護和更換流體以確保安全運行。而線控制動和線控轉向系統結合純機電執行器的應用，則可完全摒棄液壓輔助。這代表了汽車行業的新范式，實現了“干式”制動和轉向系統，減少了車輛中的流體量，從而消除了相關排放和維護需求。

隨著排放法規的實施和電動汽車的引入，過去二十年來，細顆粒物PM10和PM2.5（分別小于10微米和2.5微米）的尾氣排放已顯著下降。

然而，由于制動和輪胎磨損產生的排放卻在緩慢但持續地增加，并已成為車輛顆粒物排放的主要來源。圖1展示了英國空氣質量專家小組對2000年至2030年細粉塵排放（PM10）演變的估算3。

圖1–英國道路運輸PM10排放量（來源：英國空氣質量專家組）

這一問題亟待改善：歐7法規已專門對制動顆粒物排放設定了限制，并計劃確定輪胎磨損的限制4。

線控制動技術能夠更快地施加和釋放制動扭矩，結合精確的速度傳感器和汽車智能系統，可通過多種方式最大限度地減少制動和輪胎磨損排放：最大化利用再生制動，優化制動扭矩以最小化輪胎磨損，以及完全避免同時施加油門和制動。

傳感器要求

在安全關鍵系統中，電子元件必須滿足多項關鍵技術要求。這些元件需具備固有精度、可靠性，并能夠承受車輛中的惡劣條件，如振動、溫度波動和電磁干擾（EMI）。傳感器還必須易于集成，并能夠與其他類型的傳感器協同工作，因為異構冗余已成為線控系統功能安全架構的核心要素，以確保故障安全操作。

與傳統的制動系統相比，線控制動系統需要在更多區域進行感知，并在系統各點實現更高的冗余度，因為它缺乏機械備份（圖2）。

圖2–從機械液壓制動系統到線控制動系統的演變（來源：邁來芯）

為確保安全運行，通常會部署多個傳感通道，這使得傳感器集成和靈活性成為工程師設計的關鍵考量。系統控制和反饋通過制動踏板位置和力傳感器以及安裝在卡鉗和制動液回路上的額外傳感器來收集。鑒于車輛這些區域面臨的溫度范圍、振動和噪聲（EMI）問題，系統各點的傳感器準確性和可靠性至關重要，因此需要部署冗余的高質量傳感器。

在線控轉向系統中，需要額外的傳感器來跟蹤齒條位置，并驗證其移動是否與轉向角傳感器指示的需求一致（圖4）。

圖4–從機械轉向系統到線控轉向系統的演變（來源：邁來芯）

同樣，可靠性至關重要，因此會部署多種傳感技術以實現異構冗余系統操作。

邁來芯線控系統傳感器

邁來芯與汽車行業有著長期的合作關系，長期以來一直提供各種傳感技術。其產品線包括專為下一代線控系統設計的尖端磁性和電感式傳感器。

磁傳感器

邁來芯的磁傳感器，如MLX90423、MLX90424和MLX90427，利用邁來芯專有的Triaxis?技術，專為先進的汽車線控制動和線控轉向應用而設計。與僅檢測垂直于霍爾元件表面的磁通密度的傳統霍爾傳感器不同，Triaxis?傳感器由于集成了集磁點（IMC），能夠檢測XYZ三個磁通分量。這項技術使傳感器能夠準確解碼任何移動磁鐵的絕對位置，無論是旋轉還是線性位移（圖3）。

圖3–Triaxis?解決方案可用于檢測線性、旋轉或“操縱桿”運動（來源：邁來芯）

Triaxis?傳感器，如MLX90423和MLX90427，符合ISO26262ASIL-C標準，并能夠承受高達5mT的雜散磁場，因此成為電動汽車或與其他磁性傳感器距離較近的系統的絕佳選擇。它們還提供TSSOP-16雙芯片封裝，提供額外的內置冗余，并支持ASIL-D系統的實現。MLX90424等產品在單一封裝中集成了兩個Triaxis?MLX90423傳感器和一個MLX92292低功耗鎖存和開關喚醒傳感器，為線控制動應用提供了終極
傳感解決方案。

除了傳感元件外，Triaxis?傳感器還提供了一系列關鍵特性，旨在進一步簡化先進線控系統的開發。多種輸出模式（模擬、SPI、PWM和SENT，包括MLX90377和MLX90376等芯片中的SPC功能）支持多傳感器總線架構的應用，并確保與不同系統配置的兼容性，從而能夠順利集成到各種汽車平臺中。

此外，通過在MLX90372等芯片中包含一個網關（輸入引腳），傳感器可以整合來自壓力傳感器、力敏電阻或NTC溫度傳感器等外部源的信號。這一特性增強了集成可能性，減少了線束數量，并簡化了系統設計。

電感式傳感器

邁來芯電感傳感芯片（如MLX90513）對磁雜散場具有免疫性（ISO11452-8），因此可在高電磁干擾（EMI）環境中部署，并與MLX90423或MLX90427等磁性傳感器結合使用。這使得它們成為安全關鍵線控系統所需異構設置的理想選擇。

MLX90513專為汽車和工業應用而設計，依托邁來芯在電感式傳感器領域超過15年的經驗，是一款強大的接口，能夠感知旋轉和線性運動的絕對位置（圖5）。電感式傳感器通過發射線圈、目標塊和三個接收線圈之間的電感耦合來工作。當片上LC振蕩器通過發射線圈產生電磁場時，該電磁場會在三個接收線圈中感應出與目標塊（轉子）角度相關的電壓。

圖5–MLX90513三種運動類型（中）、線控制動踏板（左）和方向盤位置應用（右）（來源：邁來

芯）

MLX90513的內部信號處理單元捕獲并處理這三個信號，從而提供精確的位置信息，最大誤差為滿量程的0.1%。接收信號的線圈根據其上方金屬目標塊（轉子）的極數相對布置。通常，這些線圈是印刷電路板上的軌道，便于簡單定制設計，并優雅地集成到線控制動和線控轉向系統中。

與磁傳感器類似，MLX90513也符合ISO26262ASIL-C標準[3]，并提供四種輸出模式（SENT/SPC、PWM和模擬），以適應多傳感器總線設置，并促進與汽車平臺的無縫集成。

結論

汽車行業正經歷著深刻的變革，線控轉向和線控制動技術正成為下一代車輛的基石。這些安全關鍵系統相較于傳統的機械和液壓設置具有顯著優勢，能夠實現增強的功能性、卓越的控制性，并為實現更可持續、清潔和智能的出行未來邁出重要步伐。

然而，這些先進系統的成功實施依賴于高度精確、可靠且智能集成的傳感解決方案。這正是邁來芯的專長所在，其擁有尖端的Triaxis?磁性傳感器以及抗雜散場電感式傳感器，這些傳感器專為滿足汽車線控應用的嚴格要求而設計。

邁來芯的傳感器具有無與倫比的精度、寬工作溫度范圍（-40°C至160°C）以及出色的抗電磁干擾和雜散磁場能力，確保在最惡劣的汽車環境中也能表現出色。除了技術實力外，邁來芯的解決方案還通過內置冗余（如TSSOP-16雙芯片封裝，用于ASIL-D系統）、多種輸出模式（模擬、SPI、PWM、SENT、SPC）以及通過輸入引腳集成外部信號的能力等特性，簡化了復雜的系統設計。這種整體方法使汽車原始設備制造商和一級供應商能夠簡化開發周期，并降低整體系統復雜性和成本。

隨著行業迅速向電動化和更高水平的自動駕駛邁進，先進線控系統所提供的功能性和安全性將成為贏得消費者青睞的關鍵。高質量的位置傳感器不僅僅是組件，更是確保未來車輛安全性、性能和創新設計的關鍵推動因素。

參考文獻

1:https://www.heritageconcorde.com/fly-by-wire

2:https://www.pistonheads.com/news/ph-features/ph-origins-electronicthrottle-control/38098

3:https://ukair.defra.gov.uk/assets/documents/reports/cat09/1907101151_20190709_Non_

Exhaust_Emissions_typeset_Final.pdf

4:https://www.consilium.europa.eu/en/press/press-releases/2024/04/12/euro7-council-adopts-new-rules-on-emission-limits-for-cars-vans-and-trucks