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能源汽车智能线控底盘

news 2025/9/16 8:05:06

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摘要：在“双碳”战略驱动下，新能源汽车全球渗透率预计在2025年突破30%（IEA数据），其智能化是未来发展的关键，在此背景下对底盘系统提出革命性需求。智能线控底盘技术目前是行业关注的热点，其包括线控转向、线控制动、线控驱动以及线控悬挂四个模块。文章聚焦智能线控底盘技术，首先对四个模块的组成以及基本控制原理进行介绍，接着介绍了基于域控制器的协同控制的原理，最后分析了智能线控地盘当前面临的挑战以及未来的发展趋势，为未来线控底盘技术的应用提供支持。

随着新能源汽车产业的蓬勃发展，对于汽车性能、安全性和舒适性的要求不断提高。智能线控底盘技术作为一种创新的底盘技术，是新能源汽车智能驾驶的必然选择[1]。它能够实现底盘系统的精确控制，提高车辆的操控性、安全性和舒适性，并且与新能源汽车的电动化、智能化发展趋势相契合。

1 智能线控底盘

汽车线控底盘技术是指通过线控系统实现对车辆底盘的操控。线控系统由传感器、控制器和执行机构组成，通过电信号或电子信号传递指令，以完成对车辆的转向、制动和悬挂等操作。相比传统的机械连接方式，线控底盘不仅可以省去了传统的机械连接件，而且具有更高的响应速度和更高的控制精度，能够更好地适应复杂多变的驾驶环境[2-3]。

线控底盘中由各种传感器负责采集车辆各种状态信息，如加速度、轮速和转向角度等，并通过CAN线将其发送给控制器，控制器接收到这些信息后，进行分析处理并制定相应的控制策略，发送控制指令给执行器。执行器收到控制指令后执行相应的动作，完成车辆的控制。

2 智能线控底盘关键技术

2.1 线控转向

线控转向系统，其特点在于取消了传统的机械传动轴，使方向盘与转向机构之间仅通过电线连接。这种系统完全依赖于电信号来传输控制指令，从而实现了驾驶员与转向机构之间的非直接物理力矩传输[4]。在这种系统中，驾驶员操作方向盘的指令完全通过电子信号传递给电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU），ECU分析指令后传递给转向机完成操作。线控转向系统主要由方向盘模块、主控制器、执行模块、故障处理系统，电源等部分组成。其中方向盘模块、主控制器、执行模块是线控转向的3个主要部分，其他模块属于辅助部分。其结构图如下图1所示。

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图1 线控转向系统结构图

方向盘模块是转向意图的输入模块方向盘模块通过测量方向盘的转角和转矩，将驾驶员的转向意图，转换成数字信号，并传递给主控制器；同时，方向盘模块接收主控制器反馈的力矩信号，产生方向盘的回正力矩，为驾驶员提供对应的路感。主控制器作用是分析和处理各路信号，判断转向意图和汽车的运动状态，并输出相应的控制指令。转向执行模块的作用是实现和执行驾驶员的转向意图，它由转向执行电机、转向电机控制器、车轮转向组件以及车轮转角传感器组成。执行模块接受主控制器的指令，通过转向电机及其控制器，控制转向轮的转动，实现转向。

相比于传统转向系统，线控转向系统由于取消了转向柱等机械结构，给车内节省了更多的空间，同时避免了撞车事故中转向柱对驾驶员的伤害；转向更灵活，基于车速、牵引力控制以及其他相关参数基础上的转向比率（转向盘转角和车轮转角的比值）不断变化，如在低速行驶时转向比率低，可以减少转弯或停车时转向盘转动的角度，在高速行驶时转向比率变大，获得更好的直线行驶条件，此外可以显著降低汽车的重量，并因此减少耗油量或耗电量。同时，取消这些机械连接，也降低了汽车的零件生产成本。

2.2 线控制动

线控制动是一种先进的汽车制动技术，它通过电子控制系统来实现制动操作，而不是传统的机械或液压连接。这种技术的核心在于将制动踏板与制动器之间的动力传递分离开来，取而代之的是电线连接。制动踏板的移动被传递给ECU，ECU根据踏板的位置和其他传感器的数据来命令电机进行制动。由于这些电机是相互独立的，它们可以对每个轮胎施加不同的压力。

线控制动系统主要分为电子液压制动（Electro-Hydraulic Braking，EHB）和电子机械制动（Electro-Mechanical Braking，EMB）两大类。EHB系统以液压制动为基础，实现了动力源的电控化，而EMB系统则进一步简化，取消了传统制动系统中的制动主缸和液压管路，将电机直接集成在制动器上方，是真正的线控制动系统。EMB根据是否和电子稳定控制系统（Electronic Stability Control System，ESC）系统集成可分为Two-box和One-box两种形式。Two-Box方案中，ESC和电子助力器相互独立、互为冗余；One-box方案集成真空助力器、主缸、电子真空泵、ESC等。

由于EMB制动系统取消了机械传动结构，使用电子信号来进行控制，相比于EHB制动系统，其响应速度更快，制动距离更短，车辆能有更好稳定性动态控制以及更舒适精准的制动操作，但EMB制动系统没有备份系统，对可靠性要求极高，所以目前没有大规模应用，EHB制动目前仍然是市场上的主流产品。

2.3 线控驱动

线控驱动系统是指通过电子控制单元对驱动机构中的电机转速、扭矩等进行控制，从而实现对车辆速度、方向等的控制。新能源汽车线控驱动系统包括ECU、功率转换器、驱动电机、机械传动系统、驱动轮以及能源子系统和辅助子系统等组成，其组成结构如下图2所示。

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图2 线控驱动系统结构图

线控驱动的工作原理，当驾驶员踩下踏板，传感器会感知到踏板的位移信号，并将其通过电缆传递给 ECU，新能源车的ECU为整车控制器（Vehicle Control Unit，VCU），VCU各传感器输入信号判断车辆所处的工况并决策各工况下驱动电机的目标转矩，然后通过CAN总线将目标值发送给电机控制器，电机控制器根据接收到的命令对电机进行控制。

新能源汽车的线控驱动系统按照驱动电机的布置方式又可分为集中式驱动、分布式驱动以及中央桥式驱动。集中式驱动只有一个动力源，通过传动系统将动力分配至各驱动轮，其优点是结构简单，底盘改动较小且成本低，缺点是仍然保留机械差速器等机构，对驱动电机要求较高，须具备较高的起动转矩和较大的后备功率；分布式驱动整车动力需求由多个电机共同满足，且每个驱动电机对单个车轮进行独立驱动。主要可分为轮边电机驱动构型和轮毂电机驱动构型，其优点是取消了机械差速器等传动装置，节省出更多的底盘空间且能更精确地调节驱动轮动力输出，更容易实现汽车底盘集成控制，缺点是该方案成本较高，且对整车控制策略的要求很高。中央桥式驱动方案介于分布式驱动和集中式驱动方案之间，将动力系统集成在车辆中央通过一个中央驱动桥连接至前后轮，这种驱动方案优点是相比于分布式驱动其成本低，控制策略要求并没有那么高，其占用空间比集中式驱动更低。

目前随着新能源汽车的崛起，整个线控驱动市场也在快速增长，线控驱动技术正由集中式驱动向分布式驱动不断发展。未来，以轮边和轮毂电机为代表的分布式驱动技术方案将得到大量应用。

2.4 线控悬挂

线控悬挂系统是一种采用电子控制技术替代传统机械和液压连接的汽车悬挂系统。与传统悬挂系统通过弹簧、减震器以及机械连接件共同作用来吸收路面不平的冲击不同，线控悬挂可以通过电子信号来调节悬挂的硬度、行程等参数，实现更加智能、精确的悬挂控制，进而优化驾驶体验和车辆的操控性能。

线控悬架系统主要由ECU、传感器、执行器等组成。传感器主要包括车速传感器、车身高度传感器以及车身姿态传感器等，这些传感器共同采集车辆行驶过程中各种信息，并将采集到信息通过CAN总线传给ECU。ECU接收到信号后，根据预设的算法进行计算和分析，得出最优的悬架调节参数，然后输出控制信号给执行机构，以实现对悬架系统的精确控制。执行机构结构到ECU传递过来信息，调整悬挂的高度、刚度和阻尼。

当前线控悬架技术已经基本成熟，但由于其高昂的成本，过去主要应用在高端豪华乘用车上。近年来我国自主车企高端化发展进一步扩大了国内中高端市场的规模，目前小鹏和蔚来等造车新势力均将线控悬架作为产品卖点之一。

2.5 底盘域控

底盘域控制器是汽车电子电气架构中的一个核心控制单元，主要负责车辆底盘相关系统的集成控制，包括传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统等。它是实现线控底盘运算集成化的必要构件，能够实现底盘传感系统整合与信号融合，优化整车功能安全等级与驾乘体验。底盘域控制器利用CAN网络接收驾驶员的操纵指令或智能驾驶指令，以及同汽车动态特征有关的所有传感器的信息，同时同本域内所有的执行ECU通过CAN网络连接起来，底盘域控制器运行底盘最高层的控制策略和控制逻辑，包括驾驶员意图识别，XYZ控制，故障诊断与降级处理等。底盘域控制可以进行跨域融合，如和智驾域控制器融合，底盘域将收集到信息进行处理得到车辆状态并上报给智驾域控制器，智驾域控制器做出控制决策，通过底盘域去控制各个执行机构如悬挂转向等系统，其原理如下图3所示。