汽車智能底盤原理及技術 課件 第1、2章 汽車底盤的電動化與智能化、智能驅動系統(tǒng)

智能電動底盤的原理與控制第1講

汽車底盤的電動化與智能化1主要內容汽車底盤技術的變革關鍵技術發(fā)展現(xiàn)狀行業(yè)行動發(fā)展趨勢和展望22研究背景電動化革命智能化革命內燃機汽車電動汽車智能電動汽車電動底盤智能電動底盤機械底盤3汽車底盤的發(fā)展為自動駕駛系統(tǒng)、座艙系統(tǒng)、動力系統(tǒng)提供承載平臺，具備認知、預判和控制車輪與地面間相互作用、管理自身運行狀態(tài)的能力，具體實現(xiàn)車輛智能行駛任務的系統(tǒng)。由電動化動力裝置、傳動系、行駛系、轉向系和制動系組成，支承、安裝汽車各部件，形成汽車的整體造型，保證車輛正常行駛的系統(tǒng)。由傳動系、行駛系、轉向系和制動系四部分組成，支承、安裝汽車發(fā)動機及其各部件、總成，形成汽車的整體造型，承受發(fā)動機動力，保證車輛正常行駛的系統(tǒng)。智能電動底盤電動底盤機械底盤車輪與地面間的相互作用是汽車不同于其它運載工具、不同于其它智能體的最本質的屬性。4機電復合制動系統(tǒng)：電機回饋制動+摩擦制動電動化引發(fā)底盤制動系統(tǒng)的變革制動時，旋轉的車輪拖動電機發(fā)電，將車輛的動能回收至動力電池，用于驅動車輛運行，同時對驅動輪產生回饋制動力矩。5Tesla寧德時代動力電池與底盤、車身的集成設計（CTC、CTB）比亞迪動力電池由單一的“儲能件”變成了“儲能件+結構件”電動化引發(fā)底盤設計的變革6比亞迪+BoschdTCS(distributedTCS)牽引力控制系統(tǒng)移至電機控制器，電機控制器直接控制輪胎滑轉，提升了轉矩響應速度。電機動力學作用的強化,促進了動力域與底盤域的融合清華大學電機參與ABS制動力矩回饋制動摩擦制動進入ABS動態(tài)力矩分量穩(wěn)態(tài)力矩分量理想制動力矩時間提升了路面附著系數(shù)利用率電動化引發(fā)底盤控制的變革7智能化對底盤提出新挑戰(zhàn)弗迪動力BSC制動冗余：BSC+RC伯特利WCBS制動冗余：WCBS+EHC+EPB蜂巢智能轉向L3級全冗余自動駕駛轉向系統(tǒng)設計——高精度線控控制——功能安全離線容錯切換控制設計在線容錯切換控制器部署8智能化賦能底盤性能提升和功能擴展差動制動實現(xiàn)轉向冗余制動、轉向和懸架系統(tǒng)之間協(xié)同控制改善底盤動力學控制性能支撐專業(yè)駕駛體驗差動制動轉向故障9電動化和智能化改變了傳統(tǒng)底盤的技術形態(tài)電動化和智能化為底盤技術創(chuàng)新提供了突破口機械底盤電動底盤智能電動底盤摩擦制動結構設計底盤各執(zhí)行系統(tǒng)分立控制電機回饋制動+摩擦制動電池與底盤集成設計電機介入底盤縱向和橫向運動控制制動、轉向線控化電機回饋制動+線控制動從功能安全出發(fā)的設計底盤各執(zhí)行系統(tǒng)互為冗余底盤各執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)同控制底盤設計底盤控制零部件10研究背景智能電動底盤是決定智能電動汽車運動安全、駕乘體驗、運行能效等的基石轉向底盤控制制動智能電動底盤承載平臺提供動力保障安全運動安全高效節(jié)能駕駛舒適懸架電驅動系統(tǒng)11智能電動底盤的基本屬性安全主被動一體化安全功能安全預期功能安全信息安全體驗車控協(xié)同提升駕乘體驗自迭代的個性化駕乘體驗數(shù)據(jù)驅動專業(yè)駕乘體驗低碳低能耗行駛執(zhí)行部件能耗域控計算平臺能耗傳感部件能耗12研究背景攻克底盤技術是國家戰(zhàn)略需求2023年6月2日國務院總理李強主持召開國務院常務會議，指出要加強底盤架構攻關。純電動汽車零碳燃料混合動力汽車燃料電池汽車動力電池與燃料電池智能底盤智能駕駛新能源汽車戰(zhàn)略規(guī)劃電動化和智能化為底盤技術的趕超發(fā)展創(chuàng)造了難得的歷史機遇13主要內容汽車底盤技術的變革關鍵技術發(fā)展現(xiàn)狀行業(yè)行動發(fā)展趨勢和展望1414關鍵技術底盤架構電動化動力總成線控制動線控轉向狀態(tài)估計運動安全控制底盤功能安全失效運行控制軟件架構開發(fā)和測試技術15關鍵技術：底盤物理架構底盤架構電動化動力總成線控制動線控轉向狀態(tài)估計運動安全控制底盤功能安全失效運行控制軟件架構開發(fā)測試技術16底盤物理架構現(xiàn)狀電池模組模塊化結構電芯托盤電池上蓋模組車身地板電池“三明治”結構：CTP粘接劑托盤粘接劑電池上蓋電芯車身地板整車“三明治”結構：CTC/CTB

粘接劑托盤粘接劑車身地板集成電池上蓋電芯電池與底盤集成程度不斷加深電池與底盤集成技術（CTC）、電池與車身集成技術（CTB）逐步推向量產CTB技術Tesla比亞迪應用車型:海豹CTC技術應用車型:ModelY底盤架構電動化動力總成線控制動線控轉向狀態(tài)估計運動安全控制底盤功能安全失效運行控制軟件架構開發(fā)測試技術17底盤物理架構現(xiàn)狀Rivian滑板底盤解構三電系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)與下車體承載結構高度集成滑板底盤成為底盤創(chuàng)新構型底盤架構電動化動力總成線控制動線控轉向狀態(tài)估計運動安全控制底盤功能安全失效運行控制軟件架構開發(fā)測試技術18底盤物理架構現(xiàn)狀舍弗勒驅轉一體滑板底盤主銷轉向傳統(tǒng)減振器+螺旋彈簧MOBIS-eCornerSystem驅動+制動+轉向+懸架高度集成驅轉一體角模塊概念已初露端倪底盤架構電動化動力總成線控制動線控轉向狀態(tài)估計運動安全控制底盤功能安全失效運行控制軟件架構開發(fā)測試技術19關鍵技術：底盤電子電氣架構“電氣電子架構”是指電子硬件、網絡通信、軟件應用和布線融合成的集成系統(tǒng)，該系統(tǒng)管理車輛控制、車身和安全、信息娛樂、主動安全以及其他舒適、便利和連接功能等領域中越來越多的車輛功能。電子電氣架構是實現(xiàn)智能底盤功能的基礎融合發(fā)展給底盤電子電氣架構帶來新挑戰(zhàn)電子電氣架構數(shù)據(jù)交換底盤內各系統(tǒng)協(xié)同控制通訊帶寬對外通訊拓展性和靈活性計算能力底盤架構電動化動力總成線控制動線控轉向狀態(tài)估計運動安全控制底盤功能安全失效運行控制軟件架構開發(fā)測試技術20底盤電子電氣架構現(xiàn)狀底盤域控可實現(xiàn)軟硬件解耦和軟件分層控制，實現(xiàn)核心算法上移至域控制器或中央控制器并進行協(xié)同控制由獨立分散控制架構向集中式域控架構進化分散控制懸架ECU轉向ECU制動ECU驅動ECU集中式域控懸架ECU轉向ECU制動ECU驅動ECU底盤架構電動化動力總成線控制動線控轉向狀態(tài)估計運動安全控制底盤功能安全失效運行控制軟件架構開發(fā)測試技術21關鍵技術：電動化動力總成底盤架構電動化動力總成線控制動線控轉向狀態(tài)估計運動安全控制底盤功能安全失效運行控制軟件架構開發(fā)測試技術電機/電控/減速器八合一電驅動集中式多合一驅動輪邊/輪轂電機驅動系統(tǒng)獨立驅動單元DC-DC電控電機&減速器驅動部件分立前/后車輪驅動電機傳動裝置/差速器/減速器高集成化分布式驅動是電動化動力總成的重要發(fā)展方向電驅動系統(tǒng)集成化水平不斷提升22電動化動力總成現(xiàn)狀我國自主品牌車企推出四電機構型產品，分布式驅動發(fā)展迎來新的需求分布式電驅動系統(tǒng)進一步提升四輪縱、橫向附著控制能力底盤架構電動化動力總成線控制動線控轉向狀態(tài)估計運動安全控制底盤功能安全失效運行控制軟件架構開發(fā)測試技術23制動系統(tǒng)類型傳統(tǒng)制動線控制動傳統(tǒng)液壓電控液壓（EHB）機械電子（EMB）輸入制動踏板制動踏板制動踏板傳遞真空助力器+液壓管路液壓管路+電信號電信號執(zhí)行壓力調節(jié)器+制動器電動助力壓力調節(jié)器+制動器EMB制動器關鍵技術：線控制動線控制動取消了制動踏板和制動器之間的機械連接，通過踏板傳感器采集駕駛員制動意圖或者接收智能駕駛控制器的制動請求，進而由制動控制單元處理電子信號并控制執(zhí)行機構輸出制動力。底盤架構電動化動力總成線控制動線控轉向狀態(tài)估計運動安全控制底盤功能安全失效運行控制軟件架構開發(fā)測試技術24線控制動現(xiàn)狀國內EMB發(fā)展速度遠超預期，產品開發(fā)進度與國外基本同步EHB是當前線控制動主流方案布雷博菲格智能格陸博華為博世-IPB大陸-MKC1evo伯特利-WCBS弗迪動力-BSCEMB是線控制動最優(yōu)方案底盤架構電動化動力總成線控制動線控轉向狀態(tài)估計運動安全控制底盤功能安全失效運行控制軟件架構開發(fā)測試技術25關鍵技術：線控轉向線控轉向系統(tǒng)把依靠轉向管柱連接轉向機構來實現(xiàn)轉向的傳統(tǒng)方式，改變?yōu)橛呻娍叵到y(tǒng)直接進行轉向控制，完全由電信號實現(xiàn)轉向的信息傳遞和控制。其最顯著的特征是去掉了傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)中從轉向盤到與轉向輪（轉向執(zhí)行器）間的機械連接，采用機電執(zhí)行器代替了傳統(tǒng)的機械控制機構。底盤架構電動化動力總成線控制動線控轉向狀態(tài)估計運動安全控制底盤功能安全失效運行控制軟件架構開發(fā)測試技術26舍弗勒ZF耐世特TeslaCybertruck雷克薩斯RZ豐田bZ4X世寶蜂巢轉向德科智控線控轉向現(xiàn)狀國內線控轉向已有較好基礎，具備裝車應用條件線控轉向系統(tǒng)發(fā)展迅速，國外部分車型已實現(xiàn)量產應用底盤架構電動化動力總成線控制動線控轉向狀態(tài)估計運動安全控制底盤功能安全失效運行控制軟件架構開發(fā)測試技術27關鍵技術：底盤狀態(tài)估計準確實時獲取底盤關鍵狀態(tài)參數(shù)是智能汽車發(fā)展的必然要求高性能控制依賴高精度狀態(tài)參數(shù)時變、非線性、動力學耦合無法通過量產傳感器直接測量準確估計對車輛穩(wěn)定性控制至關重要智能汽車運動控制需要向全工況發(fā)展狀態(tài)參數(shù)不同控制能力不同應用場景不同底盤架構電動化動力總成線控制動線控轉向狀態(tài)估計運動安全控制底盤功能安全失效運行控制軟件架構開發(fā)測試技術28底盤狀態(tài)估計技術現(xiàn)狀輪胎-路面峰值附著系數(shù)估計感知信息車輛動力學響應質心側偏角估計運動學模型車輛動力學模型視覺信息多源信息融合是底盤狀態(tài)估計的最佳途徑基于動力學和感知信息的輪胎-路面峰值附著系數(shù)融合估計運動學、動力學與視覺信息融合估計底盤架構電動化動力總成線控制動線控轉向狀態(tài)估計運動安全控制底盤功能安全失效運行控制軟件架構開發(fā)測試技術29關鍵技術：運動安全控制運動安全控制是智能電動底盤的重要賦能技術智能化為底盤運動安全控制提供了極大的技術空間高速過彎緊急避撞濕滑路面為車輛提供傳統(tǒng)底盤無法實現(xiàn)的功能和性能底盤架構電動化動力總成線控制動線控轉向狀態(tài)估計運動安全控制底盤功能安全失效運行控制軟件架構開發(fā)測試技術30運動安全控制技術現(xiàn)狀華為xMotion2.0車身運動系統(tǒng)對驅動、制動、轉向、懸架進行中央?yún)f(xié)同控制，實現(xiàn)了全方位車身姿態(tài)控制。博世VDC2.0車輛動態(tài)控制通過制動、動力總成系統(tǒng)、線控轉向協(xié)同控制，最大化底盤運動安全性能。比亞迪iADC智能漂移控制系統(tǒng)通過對車身姿態(tài)監(jiān)控，計算出合適的前后軸電機扭矩分配比，輔助駕駛員靈敏進入漂移狀態(tài)。底盤架構電動化動力總成線控制動線控轉向狀態(tài)估計運動安全控制底盤功能安全失效運行控制軟件架構開發(fā)測試技術31關鍵技術：底盤功能安全功能安全技術通過確保系統(tǒng)在預期操作條件下，即便遇到硬件故障、軟件錯誤或其他不可預見風險時，仍能執(zhí)行必要的安全功能，從而保障人身安全、避免重大財產損失，成為智能電動底盤不可或缺的一部分。功能安全是智能電動底盤的基礎支撐技術底盤智能化后，制動、轉向都已線控化，須防止系統(tǒng)故障導致的不可接受風險底盤架構電動化動力總成線控制動線控轉向狀態(tài)估計運動安全控制底盤功能安全失效運行控制軟件架構開發(fā)測試技術32底盤功能安全技術現(xiàn)狀線控轉向冗余架構控制模式33底盤架構電動化動力總成線控制動線控轉向狀態(tài)估計運動安全控制底盤功能安全失效運行控制軟件架構開發(fā)測試技術底盤功能安全技術現(xiàn)狀ZF線控轉向-部分冗余方案34底盤架構電動化動力總成線控制動線控轉向狀態(tài)估計運動安全控制底盤功能安全失效運行控制軟件架構開發(fā)測試技術底盤功能安全技術現(xiàn)狀ZF線控轉向-完全冗余方案35底盤架構電動化動力總成線控制動線控轉向狀態(tài)估計運動安全控制底盤功能安全失效運行控制軟件架構開發(fā)測試技術底盤功能安全技術現(xiàn)狀博世IPB+RBU線控制動冗余方案36底盤架構電動化動力總成線控制動線控轉向狀態(tài)估計運動安全控制底盤功能安全失效運行控制軟件架構開發(fā)測試技術關鍵技術：失效運行控制線控底盤取消機械連接對安全策略提出了更高要求機械底盤機械硬連接與駕駛員操作耦合不支持自動駕駛故障后駕駛員自動備份助力轉向助力制動被動懸架燃油發(fā)動機智能底盤電氣軟連接與駕駛員操作解耦線控轉向線控制動線控懸架電驅/制動自動駕駛的執(zhí)行基礎故障后依賴安全策略底盤架構電動化動力總成線控制動線控轉向狀態(tài)估計運動安全控制底盤功能安全失效運行控制軟件架構開發(fā)測試技術37失效運行控制技術現(xiàn)狀前EHB后EMB左后右后IPB右前左前MMM電動轉向失效差扭轉向轉向故障驅制動差動轉向容錯切換控制異構冗余機構容錯切換控制制動故障EHB/EMB容錯切換控制底盤架構電動化動力總成線控制動線控轉向狀態(tài)估計運動安全控制底盤功能安全失效運行控制軟件架構開發(fā)測試技術38關鍵技術：軟件架構面向服務的SOA架構適合座艙域，亟需設計符合底盤特性的軟件架構SOA架構資源開銷大，實時性低分層架構資源開銷小實時性高SOA架構分層架構數(shù)據(jù)組件服務API應用服務總線關車門調燈光調座椅看視頻車門服務視頻燈光座椅服務燈光控制座椅控制視頻控制車門控制車輛數(shù)據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)行為數(shù)據(jù)感知數(shù)據(jù)底盤架構電動化動力總成線控制動線控轉向狀態(tài)估計運動安全控制底盤功能安全失效運行控制軟件架構開發(fā)測試技術39底盤軟件架構技術現(xiàn)狀具備跨域/跨系統(tǒng)協(xié)同控制能力，支撐縱橫垂融合控制具備失效運行控制能力具備極限動力學控制能力底盤架構電動化動力總成線控制動線控轉向狀態(tài)估計運動安全控制底盤功能安全失效運行控制軟件架構開發(fā)測試技術40關鍵技術：開發(fā)和測試技術1）智能電動底盤及其所屬總成開發(fā)驗證流程。2）涵蓋車輛動力學、機/電/液執(zhí)行系統(tǒng)、底盤各傳感器、E/E架構、底盤域控制器及總成控制單元的智能底盤模型、測試場景及測試用例。3）支撐開發(fā)和測試的通用系統(tǒng)，包括工具鏈（測試支持軟件、測試管理軟件、評價分析軟件、報告生成軟件等）、測試數(shù)據(jù)庫、仿真器硬件等。4）一系列標準規(guī)范（包括測試方法、開發(fā)方法、模型接口、測試場景/工況、評價標準等）。經緯恒潤基礎軟件解決方案系統(tǒng)安全設計V形流程底盤架構電動化動力總成線控制動線控轉向狀態(tài)估計運動安全控制底盤功能安全失效運行控制軟件架構開發(fā)測試技術41底盤測試技術現(xiàn)狀場景驅動下的虛實結合仿真測試技術基于模型的XiL多層級在環(huán)測試流程基于模型的XiL多層級在環(huán)的虛實結合仿真測試技術是當前研究熱點實車場地測試無法精準、穩(wěn)定復現(xiàn)極限邊界場景底盤架構電動化動力總成線控制動線控轉向狀態(tài)估計運動安全控制底盤功能安全失效運行控制軟件架構開發(fā)測試技術42主要內容汽車底盤技術的變革關鍵技術發(fā)展現(xiàn)狀行業(yè)行動發(fā)展趨勢和展望43432022年：《電動汽車智能底盤技術路線圖》線控制動與底盤智能控制工作組50多家企業(yè)100多名專家23萬字44第一部分智能底盤總體技術路線圖第一章汽車底盤的技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢第二章智能底盤的技術范圍及基本屬性第三章智能底盤總體路線圖第二部分乘用車智能底盤技術路線圖第四章乘用車智能底盤第五章乘用車智能底盤構型的組成要素第六章乘用車智能底盤控制第七章乘用車智能底盤的冗余第三部分商用車智能底盤技術路線圖第八章商用車智能底盤第九章商用車智能底盤構型的組成要素第十章商用車智能底盤控制第十一章商用車智能底盤的冗余第四部分線控制動與線控轉向技術路線圖第十二章線控制動系統(tǒng)第十三章線控轉向系統(tǒng)第五部分開發(fā)測試平臺與標準規(guī)范技術路線圖第十四章智能底盤的開發(fā)測試平臺第十五章智能底盤標準規(guī)范2022年：《電動汽車智能底盤技術路線圖》452025電動汽車智能底盤技術平臺與產品平臺定義發(fā)布啟動平臺定義技術平臺組定義面向2025年的智能底盤技術體系、細化描述牽引性技術、確定牽引性指標總體組總體目標、重點行動、總體協(xié)調咨詢組工信部相關領導、學會領導、電動汽車聯(lián)盟技術專家組乘用車產品平臺組極限運動小組&城市運行小組&高端公務小組&智能越野小組產品平臺細化描述及對應的牽引性技術商用車產品平臺組重卡小組&輕卡小組&客車小組&礦用等特種車小組產品平臺細化描述及對應的牽引性技術線控制動系統(tǒng)組線控液壓制動、線控氣壓制動、EMB等牽引性技術和產品描述線控轉向系統(tǒng)組乘用車線控轉向系統(tǒng)、商用車線控轉向系統(tǒng)等牽引性技術和產品描述開發(fā)與測試平臺組2025年智能底盤牽引性測試場景、開發(fā)工具鏈等的細化描述標準規(guī)范組智能底盤關鍵術語、牽引性指標等的標準化描述，并推進標準體系建設工作2023年：“電動汽車智能底盤平臺定義”462023年：“電動汽車智能底盤平臺定義”乘用車底盤產品平臺商用車底盤產品平臺面向2025智能底盤技術平臺定義二、智能底盤總體架構設計技術三、智能底盤切換控制技術四、智能底盤健康狀態(tài)管理技術五、智能底盤開發(fā)測試技術一、智能底盤關鍵零部件技術1.輪邊電機與EMB集成的雙電制動系統(tǒng)2.線控轉向與差動轉向集成的多模轉向系統(tǒng)3.可變行程和可變特性的自適應主動懸架4.智能底盤軟硬件架構設計5.新構型底盤的集成設計6.多模式時序協(xié)同的底盤切換控制7.自駕-座艙-底盤多域融合控制8.底盤關鍵部件壽命預測與性能演化9.底盤異常狀態(tài)的感知與管理10.執(zhí)行機構在環(huán)的駕駛模擬器測試定義面向智能駕駛的智能底盤十大牽引性技術472024年：啟動智能底盤技術與指標體系重構工作48重構智能電動底盤技術體系底盤設計底盤控制開發(fā)測試關鍵零部件面向2030年的智能電動底盤技術體系復合線控制動多模式轉向多域深度集成的智能底盤設計跨域協(xié)同的智能底盤全過程控制面向綜合安全開發(fā)的智能底盤測試裝備49復合線控制動-確定增量技術、增量指標，給出具體定義、定量或定性描述電驅動復合制動一體化、全線控、分布式；深度改變傳統(tǒng)防滑、防抱死、穩(wěn)定性控制的具體實施。1.

輪邊電機+EMB制動；2.輪轂電機+EMB制動；3.電機+單輪獨立線控液壓；4.其它機電復合的分布式制動等。最大回饋制動能力、復合制動一致性、電機介入縱向動力學控制程度、冗余與功能安全等體系重構工作：關鍵零部件方面50體系重構工作：關鍵零部件方面多模式轉向-確定增量技術、增量指標，給出具體定義、定量或定性描述轉向逐漸實現(xiàn)異構冗余、全線控、縱橫向深度協(xié)同；重新定義極限工況下可操縱性、高速工況下的穩(wěn)定性、低速工況下靈活性。1.

前軸線控轉向；2.后軸轉向；3.差動轉向；4.

單輪獨立轉向等。差動介入橫向動力學控制程度、異構轉向能力極限、冗余與功能安全等51體系重構工作：底盤設計方面多域深度集成的智能底盤設計-確定增量技術、增量指標，給出具體定義、定量或定性描述集成度更高、結構更安全、軟件定義；駕乘更安全、更舒適，能效更優(yōu)越。1.電機電池與底盤的集成；2.面向功能安全的機械電子電氣融合設計等。底盤電池動力系統(tǒng)集成程度、底盤輕量化水平與碰撞安全性、功能安全、信息安全等52體系重構工作：底盤控制方面跨域協(xié)同的智能底盤全過程控制-確定增量技術、增量指標，給出具體定義、定量或定性描述協(xié)同/融合程度更高、可控工況更復雜、控制模式自適應；重新定義底盤縱橫垂控制方式、重新定義底盤控制的交互邊界。1.動力與底盤一體化控制；2.自駕與底盤一體化控制；3.正常-故障-失效運行切換控制等?？v橫垂協(xié)調控制水平、首次故障后縱橫向協(xié)同可控性、跨系統(tǒng)冗余切換時間等53體系重構工作：開發(fā)測試方面面向綜合安全開發(fā)的智能底盤測試裝備-確定增量技術、增量指標，給出具體定義、定量或定性描述負載高動態(tài)、場景高擬真、系統(tǒng)多聯(lián)動；從測試評價轉變?yōu)橹尉C合安全算法的實時研發(fā)，降低實車標定工作量，且提供更為豐富的智能底盤安全場景。1.面向功能安全的測試技術與裝備；2.面向極限安全的測試技術與裝備；3.底盤執(zhí)行機構在環(huán)的駕駛模擬設備等。底盤執(zhí)行機構負載模擬水平、故障注入覆蓋度、底盤極端工況擬真度、面向綜合安全測試的場景覆蓋度等54重構智能電動底盤指標體系電動汽車智能底盤指標體系增量的牽引性指標底盤電池動力系統(tǒng)集成程度底盤輕量化水平與碰撞安全性縱橫垂協(xié)調控制水平……故障注入覆蓋度底盤極端工況擬真度底盤執(zhí)行機構負載模擬水平面向綜合安全測試的場景覆蓋度……底盤設計與控制底盤開發(fā)測試首次故障后縱橫向協(xié)同可控性復合制動一致性電機介入縱向動力學控制程度首次故障后制動可控性冗余制動安全性……多模式轉向復合線控制動異構轉向能力極限首次故障后轉向可控性主冗協(xié)同控制性能……差動介入橫向動力學控制程度55主要內容汽車底盤技術的變革關鍵技術發(fā)展現(xiàn)狀行業(yè)行動發(fā)展趨勢和展望5656線控液壓、半主動懸架等實現(xiàn)規(guī)模量產國內線控制動搭載情況國內半主動懸架搭載情況底盤部件線控化程度加深，逐漸實現(xiàn)全線控集中式線控液壓EHB正在成為主流方案空氣懸架成為主流市場熱門配置之一57EMB處于量產落地前夕四輪EMB/全干式EMB正在成為量產方向EMB國內外標準法規(guī)25-26年落地技術趨于成熟，多家企業(yè)多輪冬標58驅動制動一體化正在成為智能底盤新特征分布式驅動電機與EMB互補，加快二者技術量產落地步伐輪邊電機+EMB輪轂電機+EMB電機介入底盤，引發(fā)了底盤零部件系統(tǒng)的深度變革59驅制轉懸集成的行駛單元技術成為熱點面向高速運行的行駛單元有望在2030年滿足量產要求集成化高壓化低壓電氣系統(tǒng)進入“高壓化”時代60智能底盤跨域協(xié)同程度加深底盤與動力的深度協(xié)同，促進底盤控制的飛躍發(fā)展基于電機的動力學控制縱橫垂的融合控制比亞迪+BoschdTCS清華基于運動力矩解耦的底盤運動安全控制架構動力域與底盤域的跨域協(xié)同底盤內制動、轉向、懸架的智能融合清華智能底盤應用層軟件架構長城融合了EMB、線控轉向、后輪轉向、主動力懸架等61智能底盤安全功能逐步擴展構建正常、故障、容錯等狀態(tài)的時序協(xié)同與統(tǒng)一切換控制體系主動安全故障安全復合ABS-機電切換復合ESC-機電切換轉向嚴重故障-差動轉向制動嚴重故障-極限漂移62智能底盤安全功能逐步擴展極限運動控制、二次運動規(guī)劃等是底盤控制體系的增量創(chuàng)新功能極限場景復雜多變，嚴重威脅車輛行駛安全丁字路口碰撞濕滑路面高速AEB避撞難題高速過彎極限運動控制二次運動規(guī)劃63底盤與自動駕駛正在深度融合底盤智能控制成為自動駕駛的安全保障一段式端到端兩段式端到端感知增強機器視覺與動力學融合的附著估計感知規(guī)劃網絡、軌跡控制網絡感知-規(guī)劃-控制的網絡一體化充分激勵的精確估計+視覺近似估計安全保障：智能底盤運動軌跡二次規(guī)劃安全保障：智能底盤最小自駕功能64第二章智能電驅動系統(tǒng)智能驅動系統(tǒng)課前小討論66比亞迪電驅動系統(tǒng)的發(fā)展經歷了顯著的迭代和進步。該系統(tǒng)從分立式發(fā)展起步，逐步演進至“3+3”模式，最終發(fā)展到目前的多合一高集成度生產平臺。其中，第四代電驅動技術尤為突出，作為全球首款量產的集成八大部件的深度集成動力模塊，其不僅集成了驅動電機、電機控制器、減速器、整車控制器等關鍵部件，還顯著減少了體積和重量，提升了系統(tǒng)綜合效率至89%。此外，基于e平臺3.0開發(fā)，該電驅動系統(tǒng)已成功搭載于比亞迪的e3.0首款轎車及純電動SUV上，展現(xiàn)了其輕量化、小型化、高效率和高智能的核心優(yōu)勢。這一系列的發(fā)展表明，比亞迪在電驅動技術方面持續(xù)創(chuàng)新，致力于提供更為先進、高效的新能源汽車動力系統(tǒng)。目前汽車驅動系統(tǒng)的主要類型有哪些？其發(fā)展趨勢是什么？第二章

智能電驅動系統(tǒng)

67智能電驅動系統(tǒng)基本結構與工作原理集中式驅動系統(tǒng)分布式驅動系統(tǒng)智能電驅動系統(tǒng)基本結構與工作原理1.1智能電驅動系統(tǒng)基本結構智能電驅動系統(tǒng)由傳感器、電子控制單元及執(zhí)行器三大部分組成智能電驅動系統(tǒng)基本結構實時監(jiān)測車輛的狀態(tài)和駕駛員的操作將電能轉化為機械能，實現(xiàn)對車輛動力的精確控制智能電驅動系統(tǒng)基本結構與工作原理69電路磁路機械能電能驅動電機是依據(jù)電磁感應定律和電磁力定律實現(xiàn)機電能量轉換和信號傳遞的裝置。1.1智能電驅動系統(tǒng)基本結構驅動電機智能電驅動系統(tǒng)基本結構與工作原理70交流異步電機永磁同步電機變壓器旋轉電機直流電機驅動電機1）按運動方式分類：2）按功能方式分類：電機發(fā)電機：由原動機拖動，將機械能轉換成電能電動機：將電能轉化為機械能，驅動電力機械變壓器、變流機、變頻機、移相器：分別用于改變電壓、電流、頻率和相位控制電機：進行信號的傳遞和轉換，控制系統(tǒng)中的執(zhí)行，檢測或解算元件電機1.1智能電驅動系統(tǒng)基本結構驅動電機分類智能電驅動系統(tǒng)基本結構與工作原理71定子：主要包括定子繞組和定子鐵心兩部分。定子繞組主要分為分布式和集中式兩種形式；轉子：包含永磁體、轉子鐵心、轉軸、軸承等。根據(jù)永磁體在轉子上的不同安放位置，永磁同步電機通常被分為表貼式轉子結構和內置式轉子結構。1.1智能電驅動系統(tǒng)基本結構永磁同步電機永磁同步電機（PMSM）是一種先進的電動機，其核心部件包括定子、轉子以及端蓋等，這些部件共同協(xié)作以實現(xiàn)高效的能量轉換和動力輸出。智能電驅動系統(tǒng)基本結構與工作原理72基本原理：當向定子繞組通入交流電時，會在定子內部產生一個旋轉磁場。由于永磁體產生的磁場與定子產生的旋轉磁場之間存在相互作用，轉子會受到定子磁場的吸引和排斥力，從而跟隨定子磁場的旋轉而轉動。由于其幅值大小不變，這個旋轉磁動勢的軌跡便形成一個圓，稱為圓形旋轉磁動勢。1.1智能電驅動系統(tǒng)基本結構永磁同步電機在電機內部，轉子上安裝了永磁體，而定子上則繞有繞組永磁體提供的恒定磁場使得電機在不同負載下都能保持較好的性能，并且具有較寬的調速范圍通過精確控制定子電流的頻率和相位，可以實現(xiàn)對永磁同步電機轉速和轉矩的精確調節(jié)智能電驅動系統(tǒng)基本結構與工作原理73定子：主要包括定子繞組和定子鐵心兩部分。鐵心是電動機主磁路的關鍵部分，繞組主要功能是產生感應電勢和電磁轉矩；轉子：作為電機的旋轉部分，同樣由鐵心和繞組組成，分為鼠籠式和繞線式兩種。1.1智能電驅動系統(tǒng)基本結構異步電機異步電機是一種常見的交流電機，其基本結構主要包括定子和轉子兩部分。智能電驅動系統(tǒng)基本結構與工作原理74基本原理：當定子磁場旋轉，轉子不轉，轉子導條與旋轉磁場有相對運動，在導條中產生感應電勢E，因轉子導條彼此在端部短路，則感應電勢在閉合回路內產生電流i。電流方向與感應電勢同方向。轉子受力后產生電磁轉矩，方向與旋轉磁場同方向。1.1智能電驅動系統(tǒng)基本結構異步電機n

--電機轉速，單位：r/min；s--轉差率。電機轉速與旋轉磁場的轉速不相同，

即定轉子轉速不同步，存在轉速差，

因此叫“異步電機”。通過改變轉差、

極數(shù)和定子頻率可以實現(xiàn)電機的轉速的改變。在異步驅動電機系統(tǒng)中，

采用的是改變定子頻率，即采用所謂的變頻調速，通過改變電機控制器的輸出頻率來調節(jié)電機的轉速。智能電驅動系統(tǒng)基本結構與工作原理75概念：電機控制器是控制動力電源與驅動電機之間能量傳輸?shù)难b置，是電動汽車三電核心部件之一。電機控制器的整體結構如右圖所示。原理：電機控制器通過逆變電路輸出三相交流電壓，控制電機旋轉，實現(xiàn)電能到機械能的轉化。其主要由功率模塊、高壓連接器、母線電容、低壓連接器、控制電路、驅動電路、電流傳感器等部分構成。1-母線維修蓋；2-上蓋；3-高壓連接器；4-控制和驅動電路；5-旋變線束；6-電流傳感器；7-磁環(huán)；8-IGBT三相導電柱；9-母線電容；10-功率模塊；11-水道密封圈；12-低壓連接器屏蔽罩；13-三相銅排及支架；14-殼體；15-低壓連接器；16-出水口密封圈電機控制器基本組成1.1智能電驅動系統(tǒng)基本結構電機控制器智能電驅動系統(tǒng)基本結構與工作原理76功率模塊是電機控制器的核心部件，主要作用是將動力電池的直流電轉換為交流電，用于驅動電機工作。功率模塊的典型封裝結構如圖所示，主要包括外殼、芯片、鍵合線、端子、陶瓷覆銅板和基板功率模塊典型封裝結構1.1智能電驅動系統(tǒng)基本結構電機控制器——功率模塊智能電驅動系統(tǒng)基本結構與工作原理77目前行業(yè)主流的功率模塊為：Si基IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）和SiC基MOSFET（金屬氧化物場效應晶體管）。Si-IGBT及SiC-MOSFET功率模塊Si-IGBT功率模塊SiC-MOSFET功率模塊Si-IGBT芯片SiC-MOSFET芯片Si-IGBT及SiC-MOSFET芯片同規(guī)格下，SiC-MOSTET芯片和功率模塊顯著小于Si-IGBT芯片和功率模塊，可大幅提升控制器功率密度1.1智能電驅動系統(tǒng)基本結構電機控制器——功率模塊智能電驅動系統(tǒng)基本結構與工作原理與Si-IGBT相比，SiC-MOSFET具有以下優(yōu)勢：更高的熱導率，即在高溫運行時穩(wěn)定性明顯提升。更高的電子飽和速度，故該功率器件導通損耗更低。更高的電子遷移率，使功率器件的工作頻率可以更高。更寬的禁帶寬度使其具有更高的耐壓能力。78SiC-MOSFET具備高頻、高壓、高效等多種優(yōu)勢，因此在電動汽車領域的應用越來越多1.1智能電驅動系統(tǒng)基本結構電機控制器——功率模塊智能電驅動系統(tǒng)基本結構與工作原理高壓連接器是在高壓電纜與高壓部件間，提供連接和分離功能的具有一組或者多組導體端子的部件。其工作電壓在60Vdc以上，主要由端子、絕緣體、塑殼、屏蔽環(huán)、密封件、高壓互鎖機構等組成。高壓連接器791.1智能電驅動系統(tǒng)基本結構電機控制器——高壓連接器高壓連接器在設計上集成了高壓安全、電磁屏蔽和防護結構。高壓連接器廣泛應用于電池系統(tǒng)、電機控制器、電機、DC/DC轉換器及車載充電器等設備。智能電驅動系統(tǒng)基本結構與工作原理母線電容位于母線正負極之間，可以穩(wěn)定動力電池輸出母線電壓進而減小電壓波動，以及降低功率器件和母線回路中電感進而抑制器件兩端的尖峰電壓。母線電容801.1智能電驅動系統(tǒng)基本結構電機控制器——母線電容智能電驅動系統(tǒng)基本結構與工作原理母線電容主要是薄膜電容，它是以有機薄膜為絕緣介質，在有機薄膜表面蒸鍍而成的金屬層作為電極，成對卷繞而成的電力電容器，具有容量穩(wěn)定，自感量小等優(yōu)點。適合應用于使用條件苛刻、感量低、長壽命、性能要求高的變流器中。81母線電容主要類型1.1智能電驅動系統(tǒng)基本結構電機控制器——母線電容智能電驅動系統(tǒng)基本結構與工作原理低壓連接器負責連接電纜、信號線及電氣元件，適用于60VDC以下電壓的電流與信號傳輸。其主要包括外殼、插頭、插座、密封圈、鎖止機構以及其他附件等。低壓連接器的應用：①車內照明、儀表盤、空調等基礎電氣系統(tǒng)；②制動系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)及懸架控制系統(tǒng)等車輛關鍵外部控制器。82低壓連接器1.1智能電驅動系統(tǒng)基本結構電機控制器——低壓連接器智能電驅動系統(tǒng)基本結構與工作原理低壓連接器一旦發(fā)生松動，可能會引起動力系統(tǒng)故障、安全功能失效、充電系統(tǒng)監(jiān)測異常等，嚴重影響車輛的安全性與可靠性。連接器設計需求：防塵防水要求:電驅安裝于車輛后副車架或前艙，工作環(huán)境較為惡劣，連接器須達到IP67、IPX9K防護等級；對外通信接共需要16~20位信號針及4位電源針（12V或24V,5AMax.）；防錯設計、阻燃材料。83低壓連接器1.1智能電驅動系統(tǒng)基本結構電機控制器——低壓連接器智能電驅動系統(tǒng)基本結構與工作原理84控制電路控制電路包括主控芯片及外圍電路、CAN通訊電路、模擬采樣電路、旋變解碼電路、過流和過壓保護電路以及PWM信號電路。1.1智能電驅動系統(tǒng)基本結構電機控制器——控制電路工作原理：信號接收與處理：負責接收來自VCU和其他系統(tǒng)的信號，并通過內置的微處理器處理這些信號。電機控制算法：控制板運用預設的控制算法來計算出電機需要的電流、電壓或頻率等參數(shù)。安全與保護：控制板集成多種保護機制，如過溫保護、過流保護、短路保護等。智能電驅動系統(tǒng)基本結構與工作原理85驅動電路驅動電路主要包括電源電路、驅動電路及保護電路。1.1智能電驅動系統(tǒng)基本結構電機控制器——驅動電路工作原理：功率轉換：負責將電池提供的直流電轉換為驅動電機所需的交流電。電機控制：驅動板通過控制逆變器的開關狀態(tài)來調節(jié)電機的轉速和扭矩。信號處理：驅動板中的微處理器或數(shù)字信號處理器解析指令，并計算出合適的電機控制策略。反饋回路：驅動板中的傳感器（如電流傳感器），持續(xù)監(jiān)測電機的狀態(tài)，并將數(shù)據(jù)反饋給控制器。智能電驅動系統(tǒng)基本結構與工作原理

霍爾傳感器861.1智能電驅動系統(tǒng)基本結構電機控制器——電流傳感器智能電驅動系統(tǒng)基本結構與工作原理1.2電機控制原理直流交流位置傳感器電流傳感器電壓采樣電流反饋位置(角度)反饋母線電容

電機控制算法電機控制器能夠將動力電池的直流電轉換成幅值、頻率可控的交流電，用于控制電機輸出車輛需求的扭矩，其中電機控制算法發(fā)揮了核心的作用。智能電驅動系統(tǒng)基本結構與工作原理22自然坐標系(ABC)兩相靜止坐標系(αβ)兩相旋轉坐標系(dq)Clark變換Park變換反Clark變換反Park變換

Clark變換矩陣：Park變換矩陣：

逆Clark變換矩陣：

Clark變換：逆Clark變換：逆Park變換矩陣：

Park變換：逆Park變換：

1.2電機控制原理坐標變化前饋解耦

智能電驅動系統(tǒng)基本結構與工作原理23傳統(tǒng)PID控制器的位置式表達式：

增量型表達式（由①-②得）：

永磁同步電機d、q軸電壓方程：

解耦后：d、q軸存在耦合d、q軸各自獨立PID的增量型算法可以消除位置型算法中的累加誤差，減少存儲單元，便于程序的編寫。

解耦后d、q軸的被控對象不存在相互間的參數(shù)擾動，大大提高控制性能。

PID控制前饋解耦1.2電機控制原理電流閉環(huán)調節(jié)智能電驅動系統(tǒng)基本結構與工作原理24

三相電壓合成的空間矢量：

能夠最大化直流母線電壓的利用率，是正弦PWM輸出電壓的1.154倍；減小諧波含量，從而減小轉矩脈動，實現(xiàn)更平滑的電機控制。

SVPWM是一種脈寬調制技術，相比傳統(tǒng)的正弦PWM可提高直流母線電壓利用率，降低諧波含量，提高電機性能和效率。1.2電機控制原理空間矢量脈寬調制(SVPWM)第二章

智能電驅動系統(tǒng)

91智能電驅動系統(tǒng)基本結構與工作原理集中式驅動系統(tǒng)分布式驅動系統(tǒng)集中式驅動系統(tǒng)集中式驅動系統(tǒng)其工作原理是通過主電機與傳動軸的直接連接，從而有效地驅動車輛。該系統(tǒng)的核心組件包括一個驅動總成、一個差速器以及雙傳動半軸，這些構成了其基礎結構單元。根據(jù)驅動總成在車輛中的具體布局，集中式驅動系統(tǒng)可以采取不同的配置形式。由于電機的體積和重量相較于內燃機顯著減小，可以進一步分為單電機驅動系統(tǒng)和多電機驅動系統(tǒng)

集中式驅動系統(tǒng)

單電機驅動系統(tǒng)

多電機驅動系統(tǒng)集中式驅動系統(tǒng)概念及分類類型動力架構驅動系統(tǒng)特點傳統(tǒng)燃油汽車復雜的多檔變速傳動機構1.結構復雜，成本高2.傳遞路徑長，效率低3.換檔過程車輛平順性差電動汽車一檔變速器的動力架構1.結構簡單2.傳遞路徑短，效率高3.無檔位切換全速域駕駛平順集中式驅動系統(tǒng)單電機驅動系統(tǒng)由驅動電機、一檔減速器或多檔變速器及差速器構成，每個組件在系統(tǒng)中都扮演著不可或缺的角色，共同影響著車輛的性能、效率和駕駛體驗。2.1單電機驅動系統(tǒng)單電機驅動系統(tǒng)組成類型動力架構系統(tǒng)外特性特點局限性單電機+一檔減速器1.結構簡單，驅動過程簡潔明了2.驅動過程平順性較好1.受的扭矩相對較小，無法適應大負載或高扭矩的應用場景2.速度調節(jié)范圍相對有限單電機+多檔變速器1.在高速行駛時，可以有效降低電機的轉速2.在爬坡或加速等工況，可讓電機釋放出更大的轉矩1.結構復雜和尺寸較大,不利于車輛的布置2.控制復雜，換檔過程容易出現(xiàn)頓挫感或沖擊感集中式驅動系統(tǒng)隨著車輛動力性需求的不斷增長，一檔減速器逐漸顯露出其局限性，而多檔變速器具備動力性方面的優(yōu)勢2.1單電機驅動系統(tǒng)單電機+多檔變速器集中式驅動系統(tǒng)2.2多電機驅動系統(tǒng)雙電機+固定傳動比定義：多電機耦合驅動構型是采用兩個或多個電機共同驅動車輛的一種技術方案。多電機耦合驅動構型與傳統(tǒng)的單電機驅動系統(tǒng)相比，多電機耦合驅動構型通過電機之間的協(xié)調控制和動力耦合，能夠顯著提升車輛的動力性能和扭矩輸出。通過智能控制策略，該系統(tǒng)還能實現(xiàn)電機之間的靈活切換和協(xié)同工作，以適應不同工況下的動力需求。集中式驅動系統(tǒng)2.2多電機驅動系統(tǒng)

目標：應能承受兩個電機輸出的高扭矩和高轉速，還能實現(xiàn)電機之間的動力耦合和傳遞，為此常采用先進的齒輪傳動技術和精密的控制系統(tǒng)，此外還需具備電機空檔操作功能，實現(xiàn)與單電機相當?shù)慕洕阅?。換擋機構電機換檔基本控制模塊齒輪設計：采用多檔變速設計，通過調整齒輪傳動比實現(xiàn)電機轉速和輸出扭矩的靈活調節(jié)。采用了輕量化材料和先進的潤滑技術，降低傳動損失和提高傳動效率。控制系統(tǒng)設計：電機控制單元負責接收來自車輛控制器的指令，并根據(jù)指令控制電機的運行狀態(tài)。傳感器負責實時監(jiān)測電機的轉速、溫度、電流等參數(shù)，并將數(shù)據(jù)反饋給電機控制單元和車輛控制器。耦合變速器的設計與功能集中式驅動系統(tǒng)2.2.2多電機驅動系統(tǒng)

優(yōu)勢：更高的動力輸出：通過同時驅動多個電機，將各個電機的動力疊加，從而提供比單電機更高的動力輸出。提高能源效率：通過不同電機的搭配和協(xié)調控制擴大系統(tǒng)高效區(qū)，有助于在不同工況下保持較高的能源利用效率。增強系統(tǒng)靈活性：根據(jù)實時工況動態(tài)調整各電機的輸出，以適應復雜多變的行駛環(huán)境。

挑戰(zhàn)：復雜性和成本相對較高?？刂齐y度較大。為實現(xiàn)電機之間的精確配合和協(xié)同工作，需采用先進的無沖擊換檔控制算法和傳感器技術?？煽啃?、耐久性需經過嚴格的測試和驗證。雙電機輸出扭矩特性圖多電機耦合驅動構型的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)第二章

智能電驅動系統(tǒng)

98智能電驅動系統(tǒng)基本結構與工作原理集中式驅動系統(tǒng)分布式驅動系統(tǒng)分布式驅動系統(tǒng)99分布式驅動系統(tǒng)的類型主要有輪邊驅動和輪轂驅動兩種形式，其工作原理是將驅動電機直接安裝在車輪內或車輪附近，從而取消了差速器等傳動部件，使得傳動鏈路更簡單、緊湊。該構型將動力源直接分散至每個車輪，使驅動力分配變得均衡與靈活，且賦予每個車輪獨立驅動的能力，可以實現(xiàn)多種集中式驅動構型無法實現(xiàn)的功能，如扭矩矢量控制、原地轉向和應急浮水等。原地轉向功能分布式驅動系統(tǒng)應急浮水功能分布式驅動系統(tǒng)概念及分類分布式驅動系統(tǒng)3.1輪邊電機驅動系統(tǒng)100輪邊電機驅動系統(tǒng)是由輪邊電機、減速器、控制器、電池組、傳動軸、制動器等構成。其中，減速器的布置和集成方式決定了驅動系統(tǒng)的構型。集成位置因車輛類型和設計需求而異，目前主要有兩種構型，構型一是減速器位于電機與輪轂之間，構型二是減速器位于兩側驅動輪的近旁。兩種輪邊電機驅動系統(tǒng)構型輪邊電機驅動構型的組成分布式驅動系統(tǒng)3.1輪邊電機驅動系統(tǒng)101輪邊電機驅動構型的類型輪邊電機構型可以根據(jù)其安裝位置和功能特點進行分類：輪邊電機直接驅動構型：輪邊電機直接安裝在車輪邊上，通過傳動機構將動力傳遞給車輪。該構型簡化了傳動系統(tǒng)，提高了傳動效率，并且可以獨立控制每個車輪的扭矩。輪邊電機-減速驅動構型：輪邊電機通過減速機構（如齒輪、帶輪或鏈輪等）來驅動車輪。該構型可提高扭矩輸出，適用于需要較大驅動力的應用場景。輪邊電機的位置可以是固定的，也可以與懸架集成，形成擺動式結構，以適應不同的懸架設計。動態(tài)吸振式輪邊電驅動構型：利用動態(tài)吸振原理來抑制由于簧下質量增加導致的車輛振動問題。電機可以懸置于轉向節(jié)或車身，通過設計移動副安裝彈簧和減震器來吸收車輛振動。該構型可以提高車輛的平順性和車輪接地性。分布式驅動系統(tǒng)3.1輪邊電機驅動系統(tǒng)10