汽车智能底盘原理及技术 课件 第一部分-汽车底盘的电动化与智能化

智能电动底盘的原理与控制第1讲

汽车底盘的电动化与智能化1主要内容汽车底盘技术的变革关键技术发展现状行业行动发展趋势和展望22研究背景电动化革命智能化革命内燃机汽车电动汽车智能电动汽车电动底盘智能电动底盘机械底盘3汽车底盘的发展为自动驾驶系统、座舱系统、动力系统提供承载平台，具备认知、预判和控制车轮与地面间相互作用、管理自身运行状态的能力，具体实现车辆智能行驶任务的系统。由电动化动力装置、传动系、行驶系、转向系和制动系组成，支承、安装汽车各部件，形成汽车的整体造型，保证车辆正常行驶的系统。由传动系、行驶系、转向系和制动系四部分组成，支承、安装汽车发动机及其各部件、总成，形成汽车的整体造型，承受发动机动力，保证车辆正常行驶的系统。智能电动底盘电动底盘机械底盘车轮与地面间的相互作用是汽车不同于其它运载工具、不同于其它智能体的最本质的属性。4机电复合制动系统：电机回馈制动+摩擦制动电动化引发底盘制动系统的变革制动时，旋转的车轮拖动电机发电，将车辆的动能回收至动力电池，用于驱动车辆运行，同时对驱动轮产生回馈制动力矩。5Tesla宁德时代动力电池与底盘、车身的集成设计（CTC、CTB）比亚迪动力电池由单一的“储能件”变成了“储能件+结构件”电动化引发底盘设计的变革6比亚迪+BoschdTCS(distributedTCS)牵引力控制系统移至电机控制器，电机控制器直接控制轮胎滑转，提升了转矩响应速度。电机动力学作用的强化,促进了动力域与底盘域的融合清华大学电机参与ABS制动力矩回馈制动摩擦制动进入ABS动态力矩分量稳态力矩分量理想制动力矩时间提升了路面附着系数利用率电动化引发底盘控制的变革7智能化对底盘提出新挑战弗迪动力BSC制动冗余：BSC+RC伯特利WCBS制动冗余：WCBS+EHC+EPB蜂巢智能转向L3级全冗余自动驾驶转向系统设计——高精度线控控制——功能安全离线容错切换控制设计在线容错切换控制器部署8智能化赋能底盘性能提升和功能扩展差动制动实现转向冗余制动、转向和悬架系统之间协同控制改善底盘动力学控制性能支撑专业驾驶体验差动制动转向故障9电动化和智能化改变了传统底盘的技术形态电动化和智能化为底盘技术创新提供了突破口机械底盘电动底盘智能电动底盘摩擦制动结构设计底盘各执行系统分立控制电机回馈制动+摩擦制动电池与底盘集成设计电机介入底盘纵向和横向运动控制制动、转向线控化电机回馈制动+线控制动从功能安全出发的设计底盘各执行系统互为冗余底盘各执行系统协同控制底盘设计底盘控制零部件10研究背景智能电动底盘是决定智能电动汽车运动安全、驾乘体验、运行能效等的基石转向底盘控制制动智能电动底盘承载平台提供动力保障安全运动安全高效节能驾驶舒适悬架电驱动系统11智能电动底盘的基本属性安全主被动一体化安全功能安全预期功能安全信息安全体验车控协同提升驾乘体验自迭代的个性化驾乘体验数据驱动专业驾乘体验低碳低能耗行驶执行部件能耗域控计算平台能耗传感部件能耗12研究背景攻克底盘技术是国家战略需求2023年6月2日国务院总理李强主持召开国务院常务会议，指出要加强底盘架构攻关。纯电动汽车零碳燃料混合动力汽车燃料电池汽车动力电池与燃料电池智能底盘智能驾驶新能源汽车战略规划电动化和智能化为底盘技术的赶超发展创造了难得的历史机遇13主要内容汽车底盘技术的变革关键技术发展现状行业行动发展趋势和展望1414关键技术底盘架构电动化动力总成线控制动线控转向状态估计运动安全控制底盘功能安全失效运行控制软件架构开发和测试技术15关键技术：底盘物理架构底盘架构电动化动力总成线控制动线控转向状态估计运动安全控制底盘功能安全失效运行控制软件架构开发测试技术16底盘物理架构现状电池模组模块化结构电芯托盘电池上盖模组车身地板电池“三明治”结构：CTP粘接剂托盘粘接剂电池上盖电芯车身地板整车“三明治”结构：CTC/CTB

粘接剂托盘粘接剂车身地板集成电池上盖电芯电池与底盘集成程度不断加深电池与底盘集成技术（CTC）、电池与车身集成技术（CTB）逐步推向量产CTB技术Tesla比亚迪应用车型:海豹CTC技术应用车型:ModelY底盘架构电动化动力总成线控制动线控转向状态估计运动安全控制底盘功能安全失效运行控制软件架构开发测试技术17底盘物理架构现状Rivian滑板底盘解构三电系统、底盘系统与下车体承载结构高度集成滑板底盘成为底盘创新构型底盘架构电动化动力总成线控制动线控转向状态估计运动安全控制底盘功能安全失效运行控制软件架构开发测试技术18底盘物理架构现状舍弗勒驱转一体滑板底盘主销转向传统减振器+螺旋弹簧MOBIS-eCornerSystem驱动+制动+转向+悬架高度集成驱转一体角模块概念已初露端倪底盘架构电动化动力总成线控制动线控转向状态估计运动安全控制底盘功能安全失效运行控制软件架构开发测试技术19关键技术：底盘电子电气架构“电气电子架构”是指电子硬件、网络通信、软件应用和布线融合成的集成系统，该系统管理车辆控制、车身和安全、信息娱乐、主动安全以及其他舒适、便利和连接功能等领域中越来越多的车辆功能。电子电气架构是实现智能底盘功能的基础融合发展给底盘电子电气架构带来新挑战电子电气架构数据交换底盘内各系统协同控制通讯带宽对外通讯拓展性和灵活性计算能力底盘架构电动化动力总成线控制动线控转向状态估计运动安全控制底盘功能安全失效运行控制软件架构开发测试技术20底盘电子电气架构现状底盘域控可实现软硬件解耦和软件分层控制，实现核心算法上移至域控制器或中央控制器并进行协同控制由独立分散控制架构向集中式域控架构进化分散控制悬架ECU转向ECU制动ECU驱动ECU集中式域控悬架ECU转向ECU制动ECU驱动ECU底盘架构电动化动力总成线控制动线控转向状态估计运动安全控制底盘功能安全失效运行控制软件架构开发测试技术21关键技术：电动化动力总成底盘架构电动化动力总成线控制动线控转向状态估计运动安全控制底盘功能安全失效运行控制软件架构开发测试技术电机/电控/减速器八合一电驱动集中式多合一驱动轮边/轮毂电机驱动系统独立驱动单元DC-DC电控电机&减速器驱动部件分立前/后车轮驱动电机传动装置/差速器/减速器高集成化分布式驱动是电动化动力总成的重要发展方向电驱动系统集成化水平不断提升22电动化动力总成现状我国自主品牌车企推出四电机构型产品，分布式驱动发展迎来新的需求分布式电驱动系统进一步提升四轮纵、横向附着控制能力底盘架构电动化动力总成线控制动线控转向状态估计运动安全控制底盘功能安全失效运行控制软件架构开发测试技术23制动系统类型传统制动线控制动传统液压电控液压（EHB）机械电子（EMB）输入制动踏板制动踏板制动踏板传递真空助力器+液压管路液压管路+电信号电信号执行压力调节器+制动器电动助力压力调节器+制动器EMB制动器关键技术：线控制动线控制动取消了制动踏板和制动器之间的机械连接，通过踏板传感器采集驾驶员制动意图或者接收智能驾驶控制器的制动请求，进而由制动控制单元处理电子信号并控制执行机构输出制动力。底盘架构电动化动力总成线控制动线控转向状态估计运动安全控制底盘功能安全失效运行控制软件架构开发测试技术24线控制动现状国内EMB发展速度远超预期，产品开发进度与国外基本同步EHB是当前线控制动主流方案布雷博菲格智能格陆博华为博世-IPB大陆-MKC1evo伯特利-WCBS弗迪动力-BSCEMB是线控制动最优方案底盘架构电动化动力总成线控制动线控转向状态估计运动安全控制底盘功能安全失效运行控制软件架构开发测试技术25关键技术：线控转向线控转向系统把依靠转向管柱连接转向机构来实现转向的传统方式，改变为由电控系统直接进行转向控制，完全由电信号实现转向的信息传递和控制。其最显著的特征是去掉了传统转向系统中从转向盘到与转向轮（转向执行器）间的机械连接，采用机电执行器代替了传统的机械控制机构。底盘架构电动化动力总成线控制动线控转向状态估计运动安全控制底盘功能安全失效运行控制软件架构开发测试技术26舍弗勒ZF耐世特TeslaCybertruck雷克萨斯RZ丰田bZ4X世宝蜂巢转向德科智控线控转向现状国内线控转向已有较好基础，具备装车应用条件线控转向系统发展迅速，国外部分车型已实现量产应用底盘架构电动化动力总成线控制动线控转向状态估计运动安全控制底盘功能安全失效运行控制软件架构开发测试技术27关键技术：底盘状态估计准确实时获取底盘关键状态参数是智能汽车发展的必然要求高性能控制依赖高精度状态参数时变、非线性、动力学耦合无法通过量产传感器直接测量准确估计对车辆稳定性控制至关重要智能汽车运动控制需要向全工况发展状态参数不同控制能力不同应用场景不同底盘架构电动化动力总成线控制动线控转向状态估计运动安全控制底盘功能安全失效运行控制软件架构开发测试技术28底盘状态估计技术现状轮胎-路面峰值附着系数估计感知信息车辆动力学响应质心侧偏角估计运动学模型车辆动力学模型视觉信息多源信息融合是底盘状态估计的最佳途径基于动力学和感知信息的轮胎-路面峰值附着系数融合估计运动学、动力学与视觉信息融合估计底盘架构电动化动力总成线控制动线控转向状态估计运动安全控制底盘功能安全失效运行控制软件架构开发测试技术29关键技术：运动安全控制运动安全控制是智能电动底盘的重要赋能技术智能化为底盘运动安全控制提供了极大的技术空间高速过弯紧急避撞湿滑路面为车辆提供传统底盘无法实现的功能和性能底盘架构电动化动力总成线控制动线控转向状态估计运动安全控制底盘功能安全失效运行控制软件架构开发测试技术30运动安全控制技术现状华为xMotion2.0车身运动系统对驱动、制动、转向、悬架进行中央协同控制，实现了全方位车身姿态控制。博世VDC2.0车辆动态控制通过制动、动力总成系统、线控转向协同控制，最大化底盘运动安全性能。比亚迪iADC智能漂移控制系统通过对车身姿态监控，计算出合适的前后轴电机扭矩分配比，辅助驾驶员灵敏进入漂移状态。底盘架构电动化动力总成线控制动线控转向状态估计运动安全控制底盘功能安全失效运行控制软件架构开发测试技术31关键技术：底盘功能安全功能安全技术通过确保系统在预期操作条件下，即便遇到硬件故障、软件错误或其他不可预见风险时，仍能执行必要的安全功能，从而保障人身安全、避免重大财产损失，成为智能电动底盘不可或缺的一部分。功能安全是智能电动底盘的基础支撑技术底盘智能化后，制动、转向都已线控化，须防止系统故障导致的不可接受风险底盘架构电动化动力总成线控制动线控转向状态估计运动安全控制底盘功能安全失效运行控制软件架构开发测试技术32底盘功能安全技术现状线控转向冗余架构控制模式33底盘架构电动化动力总成线控制动线控转向状态估计运动安全控制底盘功能安全失效运行控制软件架构开发测试技术底盘功能安全技术现状ZF线控转向-部分冗余方案34底盘架构电动化动力总成线控制动线控转向状态估计运动安全控制底盘功能安全失效运行控制软件架构开发测试技术底盘功能安全技术现状ZF线控转向-完全冗余方案35底盘架构电动化动力总成线控制动线控转向状态估计运动安全控制底盘功能安全失效运行控制软件架构开发测试技术底盘功能安全技术现状博世IPB+RBU线控制动冗余方案36底盘架构电动化动力总成线控制动线控转向状态估计运动安全控制底盘功能安全失效运行控制软件架构开发测试技术关键技术：失效运行控制线控底盘取消机械连接对安全策略提出了更高要求机械底盘机械硬连接与驾驶员操作耦合不支持自动驾驶故障后驾驶员自动备份助力转向助力制动被动悬架燃油发动机智能底盘电气软连接与驾驶员操作解耦线控转向线控制动线控悬架电驱/制动自动驾驶的执行基础故障后依赖安全策略底盘架构电动化动力总成线控制动线控转向状态估计运动安全控制底盘功能安全失效运行控制软件架构开发测试技术37失效运行控制技术现状前EHB后EMB左后右后IPB右前左前MMM电动转向失效差扭转向转向故障驱制动差动转向容错切换控制异构冗余机构容错切换控制制动故障EHB/EMB容错切换控制底盘架构电动化动力总成线控制动线控转向状态估计运动安全控制底盘功能安全失效运行控制软件架构开发测试技术38关键技术：软件架构面向服务的SOA架构适合座舱域，亟需设计符合底盘特性的软件架构SOA架构资源开销大，实时性低分层架构资源开销小实时性高SOA架构分层架构数据组件服务API应用服务总线关车门调灯光调座椅看视频车门服务视频灯光座椅服务灯光控制座椅控制视频控制车门控制车辆数据环境数据行为数据感知数据底盘架构电动化动力总成线控制动线控转向状态估计运动安全控制底盘功能安全失效运行控制软件架构开发测试技术39底盘软件架构技术现状具备跨域/跨系统协同控制能力，支撑纵横垂融合控制具备失效运行控制能力具备极限动力学控制能力底盘架构电动化动力总成线控制动线控转向状态估计运动安全控制底盘功能安全失效运行控制软件架构开发测试技术40关键技术：开发和测试技术1）智能电动底盘及其所属总成开发验证流程。2）涵盖车辆动力学、机/电/液执行系统、底盘各传感器、E/E架构、底盘域控制器及总成控制单元的智能底盘模型、测试场景及测试用例。3）支撑开发和测试的通用系统，包括工具链（测试支持软件、测试管理软件、评价分析软件、报告生成软件等）、测试数据库、仿真器硬件等。4）一系列标准规范（包括测试方法、开发方法、模型接口、测试场景/工况、评价标准等）。经纬恒润基础软件解决方案系统安全设计V形流程底盘架构电动化动力总成线控制动线控转向状态估计运动安全控制底盘功能安全失效运行控制软件架构开发测试技术41底盘测试技术现状场景驱动下的虚实结合仿真测试技术基于模型的XiL多层级在环测试流程基于模型的XiL多层级在环的虚实结合仿真测试技术是当前研究热点实车场地测试无法精准、稳定复现极限边界场景底盘架构电动化动力总成线控制动线控转向状态估计运动安全控制底盘功能安全失效运行控制软件架构开发测试技术42主要内容汽车底盘技术的变革关键技术发展现状行业行动发展趋势和展望43432022年：《电动汽车智能底盘技术路线图》线控制动与底盘智能控制工作组50多家企业100多名专家23万字44第一部分智能底盘总体技术路线图第一章汽车底盘的技术现状及发展趋势第二章智能底盘的技术范围及基本属性第三章智能底盘总体路线图第二部分乘用车智能底盘技术路线图第四章乘用车智能底盘第五章乘用车智能底盘构型的组成要素第六章乘用车智能底盘控制第七章乘用车智能底盘的冗余第三部分商用车智能底盘技术路线图第八章商用车智能底盘第九章商用车智能底盘构型的组成要素第十章商用车智能底盘控制第十一章商用车智能底盘的冗余第四部分线控制动与线控转向技术路线图第十二章线控制动系统第十三章线控转向系统第五部分开发测试平台与标准规范技术路线图第十四章智能底盘的开发测试平台第十五章智能底盘标准规范2022年：《电动汽车智能底盘技术路线图》452025电动汽车智能底盘技术平台与产品平台定义发布启动平台定义技术平台组定义面向2025年的智能底盘技术体系、细化描述牵引性技术、确定牵引性指标总体组总体目标、重点行动、总体协调咨询组工信部相关领导、学会领导、电动汽车联盟技术专家组乘用车产品平台组极限运动小组&城市运行小组&高端公务小组&智能越野小组产品平台细化描述及对应的牵引性技术商用车产品平台组重卡小组&轻卡小组&客车小组&矿用等特种车小组产品平台细化描述及对应的牵引性技术线控制动系统组线控液压制动、线控气压制动、EMB等牵引性技术和产品描述线控转向系统组乘用车线控转向系统、商用车线控转向系统等牵引性技术和产品描述开发与测试平台组2025年智能底盘牵引性测试场景、开发工具链等的细化描述标准规范组智能底盘关键术语、牵引性指标等的标准化描述，并推进标准体系建设工作2023年：“电动汽车智能底盘平台定义”462023年：“电动汽车智能底盘平台定义”乘用车底盘产品平台商用车底盘产品平台面向2025智能底盘技术平台定义二、智能底盘总体架构设计技术三、智能底盘切换控制技术四、智能底盘健康状态管理技术五、智能底盘开发测试技术一、智能底盘关键零部件技术1.轮边电机与EMB集成的双电制动系统2.线控转向与差动转向集成的多模转向系统3.可变行程和可变特性的自适应主动悬架4.智能底盘软硬件架构设计5.新构型底盘的集成设计6.多模式时序协同的底盘切换控制7.自驾-座舱-底盘多域融合控制8.底盘关键部件寿命预测与性能演化9.底盘异常状态的感知与管理10.执行机构在环的驾驶模拟器测试定义面向智能驾驶的智能底盘十大牵引性技术472024年：启动智能底盘技术与指标体系重构工作48重构智能电动底盘技术体系底盘设计底盘控制开发测试关键零部件面向2030年的智能电动底盘技术体系复合线控制动多模式转向多域深度集成的智能底盘设计跨域协同的智能底盘全过程控制面向综合安全开发的智能底盘测试装备49复合线控制动-确定增量技术、增量指标，给出具体定义、定量或定性描述电驱动复合制动一体化、全线控、分布式；深度改变传统防滑、防抱死、稳定性控制的具体实施。1.

轮边电机+EMB制动；2.轮毂电机+EMB制动；3.电机+单轮独立线控液压；4.其它机电复合的分布式制动等。最大回馈制动能力、复合制动一致性、电机介入纵向动力学控制程度、冗余与功能安全等体系重构工作：关键零部件方面50体系重构工作：关键零部件方面多模式转向-确定增量技术、增量指标，给出具体定义、定量或定性描述转向逐渐实现异构冗余、全线控、纵横向深度协同；重新定义极限工况下可操纵性、高速工况下的稳定性、低速工况下灵活性。1.

前轴线控转向；2.后轴转向；3.差动转向；4.

单轮独立转向等。差动介入横向动力学控制程度、异构转向能力极限、冗余与功能安全等51体系重构工作：底盘设计方面多域深度集成的智能底盘设计-确定增量技术、增量指标，给出具体定义、定量或定性描述集成度更高、结构更安全、软件定义；驾乘更安全、更舒适，能效更优越。1.电机电池与底盘的集成；2.面向功能安全的机械电子电气融合设计等。底盘电池动力系统集成程度、底盘轻量化水平与碰撞安全性、功能安全、信息安全等52体系重构工作：底盘控制方面跨域协同的智能底盘全过程控制-确定增量技术、增量指标，给出具体定义、定量或定性描述协同/融合程度更高、可控工况更复杂、控制模式自适应；重新定义底盘纵横垂控制方式、重新定义底盘控制的交互边界。1.动力与底盘一体化控制；2.自驾与底盘一体化控制；3.正常-故障-失效运行切换控制等。纵横垂协调控制水平、首次故障后纵横向协同可控性、跨系统冗余切换时间等53体系重构工作：开发测试方面面向综合安全开发的智能底盘测试装备-确定增量技术、增量指标，给出具体定义、定量或定性描述负载高动态、场景高拟真、系统多联动；从测试评价转变为支撑综合安全算法的实时研发，降低实车标定工作量，且提供更为丰富的智能底盘安全场景。1.面向功能安全的测试技术与装备；2.面向极限安全的测试技术与装备；3.底盘执行机构在环的驾驶模拟设备等。底盘执行机构负载模拟水平、故障注入覆盖度、底盘极端工况拟真度、面向综合安全测试的场景覆盖度等54重构智能电动底盘指标体系电动汽车智能底盘指标体系增量的牵引性指标底盘电池动力系统集成程度底盘轻量化水平与碰撞安全性纵横垂协调控制水平……故障注入覆盖度底盘极端工况拟真度底盘执行机构负载模拟水平面向综合安全测试的场景覆盖度……底盘设计与控制底盘开发测试首次故障后纵横向协同可控性