新能源汽車智能線控底盤

摘 要：在“雙碳”戰(zhàn)略驅動下，新能源汽車全球滲透率預計在2025年突破30%（IEA數(shù)據(jù)），其智能化是未來發(fā)展的關鍵，在此背景下對底盤系統(tǒng)提出革命性需求。智能線控底盤技術目前是行業(yè)關注的熱點，其包括線控轉向、線控制動、線控驅動以及線控懸掛四個模塊。文章聚焦智能線控底盤技術，首先對四個模塊的組成以及基本控制原理進行介紹，接著介紹了基于域控制器的協(xié)同控制的原理，最后分析了智能線控地盤當前面臨的挑戰(zhàn)以及未來的發(fā)展趨勢，為未來線控底盤技術的應用提供支持。

關鍵詞：新能源汽車 智能線控底盤 協(xié)同控制

隨著新能源汽車產業(yè)的蓬勃發(fā)展，對于汽車性能、安全性和舒適性的要求不斷提高。智能線控底盤技術作為一種創(chuàng)新的底盤技術，是新能源汽車智能駕駛的必然選擇[1]。它能夠實現(xiàn)底盤系統(tǒng)的精確控制，提高車輛的操控性、安全性和舒適性，并且與新能源汽車的電動化、智能化發(fā)展趨勢相契合。

1 智能線控底盤

汽車線控底盤技術是指通過線控系統(tǒng)實現(xiàn)對車輛底盤的操控。線控系統(tǒng)由傳感器、控制器和執(zhí)行機構組成，通過電信號或電子信號傳遞指令，以完成對車輛的轉向、制動和懸掛等操作。相比傳統(tǒng)的機械連接方式，線控底盤不僅可以省去了傳統(tǒng)的機械連接件，而且具有更高的響應速度和更高的控制精度，能夠更好地適應復雜多變的駕駛環(huán)境[2-3]。

線控底盤中由各種傳感器負責采集車輛各種狀態(tài)信息，如加速度、輪速和轉向角度等，并通過CAN線將其發(fā)送給控制器，控制器接收到這些信息后，進行分析處理并制定相應的控制策略，發(fā)送控制指令給執(zhí)行器。執(zhí)行器收到控制指令后執(zhí)行相應的動作，完成車輛的控制。

2 智能線控底盤關鍵技術

2.1 線控轉向

線控轉向系統(tǒng)，其特點在于取消了傳統(tǒng)的機械傳動軸，使方向盤與轉向機構之間僅通過電線連接。這種系統(tǒng)完全依賴于電信號來傳輸控制指令，從而實現(xiàn)了駕駛員與轉向機構之間的非直接物理力矩傳輸[4]。在這種系統(tǒng)中，駕駛員操作方向盤的指令完全通過電子信號傳遞給電子控制單元（Electronic Control Unit，ECU），ECU分析指令后傳遞給轉向機完成操作。線控轉向系統(tǒng)主要由方向盤模塊、主控制器、執(zhí)行模塊、故障處理系統(tǒng)，電源等部分組成。其中方向盤模塊、主控制器、執(zhí)行模塊是線控轉向的3個主要部分，其他模塊屬于輔助部分。其結構圖如下圖1所示。

方向盤模塊是轉向意圖的輸入模塊方向盤模塊通過測量方向盤的轉角和轉矩，將駕駛員的轉向意圖，轉換成數(shù)字信號，并傳遞給主控制器；同時，方向盤模塊接收主控制器反饋的力矩信號，產生方向盤的回正力矩，為駕駛員提供對應的路感。主控制器作用是分析和處理各路信號，判斷轉向意圖和汽車的運動狀態(tài)，并輸出相應的控制指令。轉向執(zhí)行模塊的作用是實現(xiàn)和執(zhí)行駕駛員的轉向意圖，它由轉向執(zhí)行電機、轉向電機控制器、車輪轉向組件以及車輪轉角傳感器組成。執(zhí)行模塊接受主控制器的指令，通過轉向電機及其控制器，控制轉向輪的轉動，實現(xiàn)轉向。

相比于傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)，線控轉向系統(tǒng)由于取消了轉向柱等機械結構，給車內節(jié)省了更多的空間，同時避免了撞車事故中轉向柱對駕駛員的傷害；轉向更靈活，基于車速、牽引力控制以及其他相關參數(shù)基礎上的轉向比率（轉向盤轉角和車輪轉角的比值）不斷變化，如在低速行駛時轉向比率低，可以減少轉彎或停車時轉向盤轉動的角度，在高速行駛時轉向比率變大，獲得更好的直線行駛條件，此外可以顯著降低汽車的重量，并因此減少耗油量或耗電量。同時，取消這些機械連接，也降低了汽車的零件生產成本。

2.2 線控制動

線控制動是一種先進的汽車制動技術，它通過電子控制系統(tǒng)來實現(xiàn)制動操作，而不是傳統(tǒng)的機械或液壓連接。這種技術的核心在于將制動踏板與制動器之間的動力傳遞分離開來，取而代之的是電線連接。制動踏板的移動被傳遞給ECU，ECU根據(jù)踏板的位置和其他傳感器的數(shù)據(jù)來命令電機進行制動。由于這些電機是相互獨立的，它們可以對每個輪胎施加不同的壓力。

線控制動系統(tǒng)主要分為電子液壓制動（Electro-Hydraulic Braking，EHB）和電子機械制動（Electro-Mechanical Braking，EMB）兩大類。EHB系統(tǒng)以液壓制動為基礎，實現(xiàn)了動力源的電控化，而EMB系統(tǒng)則進一步簡化，取消了傳統(tǒng)制動系統(tǒng)中的制動主缸和液壓管路，將電機直接集成在制動器上方，是真正的線控制動系統(tǒng)。EMB根據(jù)是否和電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)（Electronic Stability Control System，ESC）系統(tǒng)集成可分為Two-box和One-box兩種形式。Two-Box方案中，ESC和電子助力器相互獨立、互為冗余；One-box方案集成真空助力器、主缸、電子真空泵、ESC等。

由于EMB制動系統(tǒng)取消了機械傳動結構，使用電子信號來進行控制，相比于EHB制動系統(tǒng)，其響應速度更快，制動距離更短，車輛能有更好穩(wěn)定性動態(tài)控制以及更舒適精準的制動操作，但EMB制動系統(tǒng)沒有備份系統(tǒng)，對可靠性要求極高，所以目前沒有大規(guī)模應用，EHB制動目前仍然是市場上的主流產品。

2.3 線控驅動

線控驅動系統(tǒng)是指通過電子控制單元對驅動機構中的電機轉速、扭矩等進行控制，從而實現(xiàn)對車輛速度、方向等的控制。新能源汽車線控驅動系統(tǒng)包括ECU、功率轉換器、驅動電機、機械傳動系統(tǒng)、驅動輪以及能源子系統(tǒng)和輔助子系統(tǒng)等組成，其組成結構如下圖2所示。

線控驅動的工作原理，當駕駛員踩下踏板，傳感器會感知到踏板的位移信號，并將其通過電纜傳遞給 ECU，新能源車的ECU為整車控制器（Vehicle Control Unit，VCU），VCU各傳感器輸入信號判斷車輛所處的工況并決策各工況下驅動電機的目標轉矩，然后通過CAN總線將目標值發(fā)送給電機控制器，電機控制器根據(jù)接收到的命令對電機進行控制。

新能源汽車的線控驅動系統(tǒng)按照驅動電機的布置方式又可分為集中式驅動、分布式驅動以及中央橋式驅動。集中式驅動只有一個動力源，通過傳動系統(tǒng)將動力分配至各驅動輪，其優(yōu)點是結構簡單，底盤改動較小且成本低，缺點是仍然保留機械差速器等機構，對驅動電機要求較高，須具備較高的起動轉矩和較大的后備功率；分布式驅動整車動力需求由多個電機共同滿足，且每個驅動電機對單個車輪進行獨立驅動。主要可分為輪邊電機驅動構型和輪轂電機驅動構型，其優(yōu)點是取消了機械差速器等傳動裝置，節(jié)省出更多的底盤空間且能更精確地調節(jié)驅動輪動力輸出，更容易實現(xiàn)汽車底盤集成控制，缺點是該方案成本較高，且對整車控制策略的要求很高。中央橋式驅動方案介于分布式驅動和集中式驅動方案之間，將動力系統(tǒng)集成在車輛中央通過一個中央驅動橋連接至前后輪，這種驅動方案優(yōu)點是相比于分布式驅動其成本低，控制策略要求并沒有那么高，其占用空間比集中式驅動更低。

目前隨著新能源汽車的崛起，整個線控驅動市場也在快速增長，線控驅動技術正由集中式驅動向分布式驅動不斷發(fā)展。未來，以輪邊和輪轂電機為代表的分布式驅動技術方案將得到大量應用。

2.4 線控懸掛

線控懸掛系統(tǒng)是一種采用電子控制技術替代傳統(tǒng)機械和液壓連接的汽車懸掛系統(tǒng)。與傳統(tǒng)懸掛系統(tǒng)通過彈簧、減震器以及機械連接件共同作用來吸收路面不平的沖擊不同，線控懸掛可以通過電子信號來調節(jié)懸掛的硬度、行程等參數(shù)，實現(xiàn)更加智能、精確的懸掛控制，進而優(yōu)化駕駛體驗和車輛的操控性能。

線控懸架系統(tǒng)主要由ECU、傳感器、執(zhí)行器等組成。傳感器主要包括車速傳感器、車身高度傳感器以及車身姿態(tài)傳感器等，這些傳感器共同采集車輛行駛過程中各種信息，并將采集到信息通過CAN總線傳給ECU。ECU接收到信號后，根據(jù)預設的算法進行計算和分析，得出最優(yōu)的懸架調節(jié)參數(shù)，然后輸出控制信號給執(zhí)行機構，以實現(xiàn)對懸架系統(tǒng)的精確控制。執(zhí)行機構結構到ECU傳遞過來信息，調整懸掛的高度、剛度和阻尼。

當前線控懸架技術已經基本成熟，但由于其高昂的成本，過去主要應用在高端豪華乘用車上。近年來我國自主車企高端化發(fā)展進一步擴大了國內中高端市場的規(guī)模，目前小鵬和蔚來等造車新勢力均將線控懸架作為產品賣點之一。

2.5 底盤域控

底盤域控制器是汽車電子電氣架構中的一個核心控制單元，主要負責車輛底盤相關系統(tǒng)的集成控制，包括傳動系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)和制動系統(tǒng)等。它是實現(xiàn)線控底盤運算集成化的必要構件，能夠實現(xiàn)底盤傳感系統(tǒng)整合與信號融合，優(yōu)化整車功能安全等級與駕乘體驗。底盤域控制器利用CAN網絡接收駕駛員的操縱指令或智能駕駛指令，以及同汽車動態(tài)特征有關的所有傳感器的信息，同時同本域內所有的執(zhí)行ECU通過CAN網絡連接起來，底盤域控制器運行底盤最高層的控制策略和控制邏輯，包括駕駛員意圖識別，XYZ控制，故障診斷與降級處理等。底盤域控制可以進行跨域融合，如和智駕域控制器融合，底盤域將收集到信息進行處理得到車輛狀態(tài)并上報給智駕域控制器，智駕域控制器做出控制決策，通過底盤域去控制各個執(zhí)行機構如懸掛轉向等系統(tǒng)，其原理如下圖3所示。

3 未來發(fā)展趨勢

目前，隨著新能源汽車的普及，線控底盤技術也不斷普及，國內很多主機廠都推出了自己線控底盤產品，如上汽智己車型上的靈蜥底盤、華為智界上的途靈底盤等。但是其普及仍面臨許多的困難與挑戰(zhàn)，如下。

冗余設計復雜，由于直接關系著車輛的駕駛安全，線控底盤需在制動、轉向等關鍵環(huán)節(jié)部署多重冗余（如雙電源、雙傳感器系統(tǒng)），但冗余設計顯著增加系統(tǒng)復雜性和成本。

高溫性能穩(wěn)定性，例如EMB依賴電機直接控制制動器，但在高溫、高負荷工況下易出現(xiàn)性能衰減，影響制動可靠性。

制造成本高，線控底盤部分零件其精度要求高，國內供應鏈尚未完全成熟，導致初期量產成本居高不下，所以目前只是高端車型上應用。

集成度不足，各子系統(tǒng)（線控制動、轉向、懸架）的協(xié)同控制需高度集成化，但現(xiàn)有解決方案仍存在軟硬件解耦不徹底、跨域協(xié)同效率低等問題，影響整車開發(fā)速度

法律法規(guī)的缺失，目前對線控底盤缺乏相應的法律標準，例如，國內乘用車線控轉向法規(guī)仍在討論中，預計2026年才能初步明確，制約了技術規(guī)?；涞?。

同時線控底盤技術是未來智能汽車和自動駕駛技術的核心之一。隨著汽車行業(yè)向智能化、電動化和自動化方向發(fā)展，線控底盤的發(fā)展方向如下。

與自動駕駛等進行整合，線控底盤能夠為自動駕駛提供必要的精確控制和高響應速度以及更好的舒適性和安全性，未來更加緊密地整合，以實現(xiàn)更高效、穩(wěn)定的自動化操控。

更高的集成度，目前各子系統(tǒng)的集成度不夠，各模塊的協(xié)同控制比較困難，未來整個線控底盤將實現(xiàn)更高的集成度

智能化與云端連接，線控底盤系統(tǒng)未來可能會與車載智能系統(tǒng)及云端平臺連接，實現(xiàn)信息的協(xié)同共享。

未來隨著智能汽車技術的不斷革新和應用，線控底盤技術將會得到更多發(fā)展，同時也將會與智能駕駛技術深度融合，進一步提升車的智能化水平和安全性能[5-6]。

參考文獻：

[1]劉建銘，劉建勇，張發(fā)忠.新能源汽車智能駕駛線控底盤技術應用研究[J].時代汽車，2022（03）：101-103.

[2]何凌蘭，周蘇.新能源汽車智能駕駛線控底盤技術應用[J].汽車測試報告，2023（03）：53-55.

[3]黃李麗.智能網聯(lián)背景下汽車底盤線控系統(tǒng)及控制技術應用[J].內燃機與配件，2023（13）：93-95.

[4]林大杰.智能網聯(lián)汽車底盤線控系統(tǒng)與控制技術[J].時代汽車，2023（24）：11-13.

[5]鄭磊.智能網聯(lián)汽車底盤線控系統(tǒng)與控制技術研究[J].汽車測試報告，2023（22）：40-42.

[6]楊玉好，唐翠微.智能汽車線控底盤技術的研究與應用[J].內燃機與配件，2024（15）：82-84.