新能源汽车智能驾驶线控底盘技术应用研究

刘建铭　刘建勇　张发忠

摘 要：新能源汽车智能驾驶线控系统包含了线控转向、线控制动、线控换挡、线控油门几部分构成。线控底盘技术属于新能源汽车智能驾驶涉及到的关键技术，也是推进智能驾驶不断更新发展的有效支撑，是现阶段新能源汽车研发制造的热点问题。本文结合笔者实际研究，探讨了新能源汽车智能驾驶线控系统结构及其线控底盘技术的基本原理，对全矢量控制线控底盘技术展开分析。

关键词：新能源 智能驾驶 线控底盘 技术应用

1 引言

线控底盘技术属于新能源汽车智能驾驶更新发展的关键技术，是未来汽车智能驾驶的必然选择。線控底盘技术的应用改变了过去那种复杂的机械连接设备和液压、气压等零部件，在很大程度上促进了能量利用效率提升，在很大程度上提高了新能源汽车可支持的续航。按照国务院2020年正式提出的《新能源汽车产业发展规划（2020-2035）》中的要求，更高级别的智能驾驶汽车在未来必然能够得以推广普及，当前新能源汽车行业的共识便是“无线控，不自动驾驶”，这也很好地说明了线控底盘技术在新能源汽车智能驾驶领域占据的重要位置。

2 新能源汽车线控底盘技术原理

现阶段新能源汽车智能驾驶线控底盘系统包含了线控油门、线控转向、线控制动以及线控换挡四个基本模块，下文针对这四个子模块的结构与基本原理展开详细分析。

2.1 线控油门系统结构及原理

线控油门系统即电子节气门技术，其基本结构包含了加速踏板传感器、控制器、传递线路和节气门执行器构成。其中涉及到的传感器除开加速踏板传感器之外，还包含了节气门开度传感器、车速传感器以及氧传感器，详细见下图1。

新能源汽车智能驾驶线控油门系统的基本实现流程也能够通过上图1来分析，控制器模块能够直接获取到驾驶人对油门踏板发出的力度，收集整合其他传感器提供的数据信息，进而了解驾驶员的操作意向，再依靠既定程序与参数直接命令执行器执行相关动作，最终实现控制加速[1]。因为传感器信号可能会因为其他各种电子设备而受到影响，导致给出的信号存在偏差，对于该现象可以选择能够实现线控的控制模块的电路结构，从而有效防止信号错误，同时制定可以准确判定驾驶人意图并进行故障有效诊断的安全监控方案。

2.2 线控转向系统结构及原理

这一系统直接改变了过去汽车转向盘和车轮间的机械系统，通常来说包含了转向盘模块、转向机模块以及整车传感器模块。转向盘模块详细划分为方向盘、转向盘传感器以及路感电路及;转向机模块主要有转向机与执行器;整车传感器模块细分为车速传感器、加速度传感器、横摆角传感器和控制器，具体见下图2。转向控制系统的主要功能在于利用转矩、转速传感器把驾驶人做出的转向动作转化成电信号传输到控制器，通过控制器再将信号传递到执行器，随后控制转向轮动作，进而实现转向流程。方向盘以及转向轮借助控制信号实现有效连接，传动比能够利用软件合理调整，能够与线控底盘系统的其他模块之间进行协调统一控制。

需要注意的一个问题是，控制器能够获取其他传感器提供的信号，对路面状况予以识别，同时把信号传递到方向盘模块。同时线控转向系统的电子控制模块拥有相应的纠错能力，可以根据实际行车状态来对驾驶人发出的操作指令予以准确识别，进而最终决定执行与否。比如说在汽车处于高速行驶状态时，驾驶人突然发出较大幅度的转向指令往往不会被系统所执行，通常情况下会最终判定成误操作，不会将转向信号传输给执行器，以避免安全事故的发生。对拥有线控转向系统的新能源汽车来说，与传统汽车比起来表现出如下优势：一是因为电子控制器处在中间位置，发出转向指令后灵敏度相对更高，可靠性更强;二是因为转向器和转向盘之间不再有直接机械连接，当汽车行驶在路面不平的道路时能够为驾驶人和乘客带来更加舒适的操作和乘车体验;三是选择电机为执行机构，转变了传统油液动力传递介质，真正做到绿色环保[2]。

近年来轮毂电机技术不断更新，2018年舍弗勒成功研发出Mover系统，该系统能够基本达到整车需求，转向轴心处在轮辋之内，车轮转向包络与过去的转向系统大致相同。这一系统配置的轮毂电机能够达到24kW，500N·m的轮端性能。所以当前更多专业研发人员逐渐把转向系统集成仅轮毂电机模块，为车辆带来更为可靠的转向性。其他零部件主要是轮毂电机车轮、转向盘模块、控制器以及整车传感器。这一技术的运用能够有效留下更多空间面积，让电池配置于底板下，车辆重心下移，车辆运行稳定性得以提高。同时因为集成轮毂电机的轮边转向并没有之前的转向器，为车辆赋予了其他多元化的转向模式，比如说侧方停车、调头等。

2.3 线控制动系统结构及原理

制动系统是确保新能源汽车智能驾驶过程中非常关键的安全保障，它是借助于制动器和车轮之间的摩擦来让汽车能够根据驾驶人的意愿来实现减速或者停车的目标，让汽车在行驶过程中维持稳定，同时于不同驾驶环境下停止的车辆稳定性得以提升。针对线控转向系统来说，其基本结构见下图3，包含了制动踏板、行程传感器、控制器、执行器、车速传感器和其他信号传输线路。而制动踏板传感器可以把驾驶人实际操作转变成电信号传递给控制器，控制器对传输来的相关指令实施综合计算，判定是否属于正常操作动作，防止驾驶人误操作，若判定为正常动作则将信号再次传递给执行器，最终实现制动[3]。

线控制动系统在新能源汽车智能驾驶中应用的优势主要有以下几点：一是结构简单，精简了诸多管路系统和零部件;二是响应快速，车辆制动性能得以有效增强;三是系统装配测试便捷，选择模块化结构有助于后期更好维护保养;四是通过电线连接拥有更强的耐久性;五是便于更新改进，可以配备多种电控功能。针对线控制动系统的精确度，对混合动力汽车来说，分别对汽车车轮予以控制，这是近年来业内研究的热点，这一方向的研究可以确保车辆在制动过程中保持更好的稳定性，同时有效控制因为地面摩擦性质造成的突发事故。

2.4 线控换挡系统结构及原理

为确保具备自动变速器的汽车可以进行全自动泊车，应当把过去借助于操纵档杆后驱动拉索变速器实现有效换挡的模式，转变为依靠电驱动便捷快速进行换挡轴的办法更加高效准确地换挡，这一电驱动系统即是线控换挡系统。线控换挡的运用属于辅助驾驶运用在智能驾驶中的重要组成部分，其中主要包含了自动变速、自动P档、驾驶员安全带保护、开门安全保护、驾驶习惯自动学习、整体防盗等功能[4]。一般来说线控换挡系统的构成涉及到控制器、电子档位选择、发动机和变速器模块、换挡执行器和整车信号模块。线控换挡系统将换挡指令传递给控制器，随后控制器通过分析车辆运行状态来自行判断是否能够操作，确保安全后向执行器传递换挡信号，随后实现换挡操作，另外第一时间把换挡信息通过仪表盘呈现给驾驶人，进而顺利完成换挡流程。若控制器判定车辆状态存在安全隐患，也能够把相关信息显示到仪表盘上，驾驶人能够第一时间采取对应措施进行处理。线控换挡技术应用的主要优势在于：一是电子换挡系统相对于过去的机械换挡结构来说质量更轻，占据空间面积更少，便于后期维护;二是线控换挡能够有效保障换挡过程中的稳定性和安全性。

3 全矢量控制线控底盘技术

一般的油车属于较为常见的欠驱动系统，仅仅包含了油门踏板、制动踏板以及方向盘这几个重要系统结构，仅仅可以保证纵横两个方向的控制，动力学控制存在较大难度，稳定性不佳。电控技术应用之后，借助于电控模块能够提供的控制输入量不断增加，新能源车辆也开始慢慢转变为全驱动或者过驱动系统。各个车轮受路面的力包含了纵向、横向以及垂直这三个独立的力，所以整车控制系统也应当涉及到十二个作用力（四个车轮×来自三个方向的力）。在这一情况下我们能够设想，若车辆可以对全部车轮的三个方向作用力进行独立控制，即全矢量控制汽车。依托于目前有的轮毂电机驱动技术以及电液线控技术，可以得到大转角的独立转向结构和依靠磁流变阻尼器以及空气弹簧提供支持的主动悬架结构，进而得到一体化电动轮结构，其结构原理见下图4。

全矢量控制属于非常常见的过驱动系统，车辆的各个车轮都拥有驱动、制动、转向以及悬架这几个独立的操控结构，和普通的车轮控制系统比起来，包含了16个能够控制的输入模块，基本上属于汽车的最大独立控制单元，能够提供12个作用力的有效控制。全矢量汽车配备可控输入之后，不但能够进一步提升了车轮的控制性能，降低不同性能指标可能存在的相互影响，同时相关功能的执行器能够产生有效的补充效应，确保当某环节出现故障状态后能够保持稳定性与可靠性[5]。全矢量控制汽车的关键技术集合在底盘上，所以必须要优化调整一般新能源汽车的线控底盘架构，独立设计优化调整后的全矢量线控底盘与功能实现方式。四个车轮能够独立实施驱动、制动、转向以及悬架调节，同时也拥有相互独立的电控系统。全矢量线控底盘控制器属于其中的核心系统模块，主要对整车动力学控制以及四个车轮的有效协调。

基于运动学与动力学的角度来看，全矢量控制线控底盘系统表現出诸多方面的优势，我们还应当从如下三个方面出发进行研究：首先，全矢量线控底盘架构与功能实现。对全矢量线控底盘架构进一步优化和完善，得到全新的架构和功能实现模式。分析研究系统的拓扑结构和功能性，研究不同零部件的相容性以及控制单元之间的相互关系。其次，进行电动轮动力学分析和整车动力学耦合。全矢量线控底盘系统的动力学控制前提是具备能够实现驱动、制动、转向以及悬架的多功能电动轮，所以应当深入研究电动轮在不同执行器作用下的动力学过程，同时分析电动轮和整车的动力学耦合机制[6]。最后，域控制技术以及失效冗余机制。全矢量控制线控底盘所涉及到的执行器较多，系统结构集成度更高，不单单要深入研究分层协调控制方案，同时还需要充分考虑部分部件失效的状况，构建失效冗余机制，确保整车控制系统的安全稳定。

4 结语

新能源汽车智能驾驶线控底盘技术的应用可以说是高精度的电子控制技术，是未来智能驾驶不断发展的重要技术组成。和过去的传统控制比起来，线控底盘技术运用的突出优势表现在：一是对过去传统的机械结构进行优化，让新能源汽车具备更为灵活的系统结构布局;二是依靠电机当作执行器有效降低整车质量，促进行驶里程数提升;三是线控底盘技术应用之后可以更加便利地实施二次开发，提供更加多元化的定制功能;四是能够为智能驾驶系统的研发与更新带来充分保障。在现代科学技术不断发展的新形势下，为促进新能源汽车自身性能的不断增加，汽车控制技术必然会朝着更为精准的线控系统、全矢量线控底盘等方向迈进。

项目名称：新能源商用车智能驾驶关键技术及产业化应用;（项目编号：2019TSLH0701）。

参考文献：

[1]马兵兵，彭月明，李文强.智能网络汽车发展中的无线技术研究[J].内燃机与配件，2019（24）：210-211.

[2]陈琦.瞄准智能驾驶，舍弗勒的新一轮战略布局[J].汽车与配件，2019（23）：46-47.

[3]程婕，陈建峰.一种基于5G的车路协同自动驾驶技术架构[J].信息通信，2019（12）：39-41.

[4]刘彦博，黄宏成，时良仁，许敬.基于SLAM模式的自动驾驶感知教学[J].当代教育实践与教学研究，2019（21）：66-67.

[5]董兰军.人工智能在智能驾驶工程技术开发中的应用国际态势分析[J].高科技与产业化，2019（10）：56-63.

[6]王奕博.自动驾驶及其关键技术的研究[J].通讯世界，2019，26（10）：279-280.