一体化底盘技术培训课件

一体化底盘技术培训课件第一章一体化底盘技术概述汽车底盘技术的变革传统底盘的局限智能线控底盘的优势传统机械底盘依赖机械连接和液压系统存在响应速度慢、集成度低、难智能线控底盘采用电子信号替代机械连接通过线控技术实现制动、转向、,,以实现精确控制等问题随着电动化和智能驾驶技术的发展传统底盘架悬挂等系统的精确控制这种架构不仅提升了系统响应速度和控制精度,,构已无法满足现代车辆对快速响应、精确控制和智能化集成的需求还为车辆动态控制、自动驾驶等先进功能提供了技术基础0102一体化底盘定义行业发展趋势市场需求驱动将制动、转向、悬挂、驱动等底盘子系统通过域年全球线控底盘市场预计达到亿美元年2025300,控制器统一管理实现协调控制复合增长率超过,15%传统机械底盘与智能线控底盘对比传统机械底盘特点智能线控底盘特点机械连接响应延迟大电子信号传输响应速度快•,•,液压系统复杂维护成本高结构简化重量降低•,•,15-20%各子系统独立工作协调性差域控制器统一管理协同优化•,•,难以实现精确控制支持高级驾驶辅助与自动驾驶••一体化底盘的核心优势安全性提升操控性增强舒适性改善通过多传感器融合和冗余设计实现更快速的线控转向和后轮转向技术使转弯半径减小主动悬挂系统可在内调整阻尼有效抑,20ms,危险响应系统响应时间从传统的以上四轮独立驱动实现扭矩矢量控制制车身姿态变化连续阻尼控制技术使ESP20%,,CDC缩短至以内制动距离缩短提供更精准的车辆动态响应和操控体验乘坐舒适性提升以上150ms50ms,10-30%15%系统简化与轻量化支持电动化与智能化取消机械连接和液压管路底盘系统零部件数量减少整体重量降为分布式驱动、能量回收、自动驾驶等功能提供硬件和软件基础是,25%,,低有效提升车辆能效和续航里程实现级以上自动驾驶的必备技术平台15-20kg,L3第二章线控底盘基础知识本章深入讲解线控底盘的各项关键技术包括线控制动、线控转向、线控悬挂等核心子系,统的工作原理、技术特点及应用现状通过系统学习全面掌握线控底盘技术的理论基础,和实践应用线控底盘技术发展现状12线控制动系统线控转向系统电子液压制动保留液压回路通过电机电动助力转向电机提供助力保留机械连EHB:,EPS:,驱动液压泵建立制动压力响应时间约接是当前主流方案装配率超过,100ms,,,80%已在奥迪、奔驰等车型应用线控转向取消方向盘与转向轮的机械连SBW:电子机械制动取消液压系统直接通过接通过电信号传递实现可变转向比和路感模EMB:,,,电机驱动制动卡钳响应时间缩短至代拟,50ms,表未来发展方向后轮转向低速时后轮反向转动减小转弯RWS:半径高速时同向转动提升稳定性,3线控悬挂系统连续阻尼控制通过调节减振器阻尼特性实时适应路面变化响应时间CDC:,,20-30ms磁流变减振器利用磁场控制阻尼调节范围更大响应速度更快内:,,10ms空气悬挂可调节车身高度和刚度提供多种驾驶模式选择:,关键电控系统组成电子制动系统线控转向系统分布式驱动系统转向盘转角传感器•路感反馈电机•制动踏板感觉模拟器转向执行电机••制动压力控制单元转向轮转角传感器••轮速传感器与压力传感器冗余控制器••制动执行器卡钳•电子控制单元•ECU轮毂电机或轮边电机•逆变器与功率电子•扭矩传感器•驱动控制器•热管理系统•这些电控系统通过以太网等通信总线连接至底盘域控制器实现信息共享与协调控制系统采用双冗余或三冗余设计确保功能安全达到级别要求CAN/,,ASIL-D线控底盘关键部件解析集成式制动卡钳转向齿条电机磁流变减振器集成电机、减速器、制动盘于一体重量仅为传采用无刷直流电机输出扭矩可达转向比可阻尼调节范围达倍以上电流控制响应时间小,,8Nm,10,统系统的在至间调节于60%10:120:110ms第三章底盘域控传统功能详解底盘域控制器整合了车辆纵向向、横向向、垂向向的控制功能实现多维度协XYZ,调控制本章将详细讲解各方向控制系统的工作原理、控制策略及关键技术参数向控制功能X纵向动力学控制系统防抱死制动牵引力控制车身稳定系统ABS TCSESP监测轮速变化当检测到车轮抱死趋势时滑移率快速调节制动防止驱动轮打滑当检测到驱动轮转速异常增加时通过降低发动机扭通过横摆角速度传感器和侧向加速度传感器实时监测车辆动态当,15%,,,,压力使滑移率保持在的最佳范围确保制动效能和方向稳定性矩或施加制动力将滑转率控制在范围内优化加速性能车辆出现转向不足或转向过度时对特定车轮施加制动力矩产生纠正,8-15%,,10-20%,,,力矩使车辆回到预定轨迹扭矩链控制详解VCU整车控制器负责驱动扭矩的分配与管理是纵向动力控制的核心系统根据驾驶员加速踏板输入、车VCU,速、电池、电机温度等参数计算目标驱动扭矩SOC,对于多电机车型还需进行前后轴扭矩分配正常工况下系统倾向于使用后驱以提升效率急加速时前,VCU,;,后电机同时输出以获得最大性能制动能量回收时优先使用后电机进行能量回收;,向控制功能Y横向动力学控制系统传统电动助力转向线控转向技术EPS SBW根据方向盘转矩传感器信号计算所需助力扭矩助力特性随车速变化低速时提供大助力助力比达高速时减小助力助力比降至以增强路方向盘与转向轮完全解耦通过电子信号传递转向指令系统可实现可变转向比停车时转向比可达一圈半即可打满高速行驶时转向比提升至,:80%,30%,:8:1,;20:1,感和稳定性系统还集成主动回正功能提升驾驶便利性减小方向盘动作对车辆的影响提升稳定性,,路感反馈技术后轮转向系统RWS在系统中路感通过反馈电机模拟系统采集转向轮受到的侧向力、回正力矩等信息经过滤波处理后由反馈电机再现到方向盘上路感强度可根据根据车速和方向盘转角控制后轮转角车速时后轮反向转动最大转角可达°使转弯半径减小车速时后轮同向转动°减SBW,,,,60km/h,,5,20%;60km/h,2-3,驾驶模式调节运动模式提供清晰路感舒适模式过滤细小振动小车辆横摆提升高速稳定性和变道敏捷性:,,向控制功能Z垂向动力学控制系统悬架控制CDC天棚控制算法将车身视为通过阻尼器悬挂在天棚上通过调节阻尼系数隔离路面激Skyhook:,励最小化车身振动算法根据车身速度与悬架相对速度的乘积确定阻尼状态同向时增大阻尼,:抑制振动反向时减小阻尼避免传递冲击1,地钩算法将车轮视为通过阻尼器连接到地面优化轮胎接地性能算法监测轮Groundhook:,胎载荷波动通过调节阻尼保持轮胎与路面的持续接触提升操控性和制动性能,,混合控制策略实际应用中系统综合两种算法在舒适性和操控性之间动态平衡驾驶员:,CDC,可通过驾驶模式选择器调节控制权重空气悬架系统高度调节功能系统可在范围内调节车身高度高速行驶时降低车身改善空气动力:80-180mm学越野模式时升高车身提升通过性装载时可降低车身便于上下货物高度调节速度约;;210mm/s刚度调节功能通过改变气室压力和连接附加气室调节悬架刚度舒适模式下刚度降低:,30%,吸收细小振动运动模式下刚度提升减小车身侧倾和俯仰;40%,调节模式包括舒适、标准、运动、越野等预设模式以及自适应模式根据路面状况自动调节:,第四章底盘域控融合控制策略XYZ融合控制是一体化底盘技术的核心通过统一的域控制器协调纵向、横向、垂向控制XYZ,,实现全局最优的车辆动态性能本章将详细讲解融合控制的架构设计、算法实现及工程应用底盘域控功能架构与驾驶意图解析多源信号融合与驾驶意图识别制动信号处理驾驶模式识别与切换采集制动踏板位置、踏板速度、制动灯开关等信号识别常规制动、紧急制动、底盘域控制器支持多种驾驶模式每种模式对应不同的控制参数组合,,:自动紧急制动等工况AEB经济模式限制最大扭矩至额定值的转向助力增强悬架软化优先节能:70%,,,舒适模式扭矩响应柔和转向助力适中悬架阻尼降低注重乘坐舒适性驱动信号处理:,,,标准模式各参数平衡设置适合日常驾驶:,监测加速踏板位置、变化率、持续时间判断舒适加速、急加速、蠕行等驾驶运动模式扭矩响应迅速转向助力减小悬架阻尼增大追求操控性能,意图:,,,雪地越野模式滑转率阈值放宽至扭矩输出平缓介入推迟/:TCS25%,,ESP个性化模式驾驶员可自定义各子系统参数组合转向信号处理:模式切换通过中控屏或实体按键实现切换时间过渡过程平顺无突兀感分析方向盘转角、转速、转矩识别换道、转弯、紧急避让等横向动作意图,500ms,,挡位信号处理结合挡位状态判断停车、倒车、前进等车辆运动模式P/R/N/D,传感器信号处理与车辆状态估计轮速传感器四个车轮各配备轮速传感器分辨率齿或更高信号用于计算车速、惯性测量单元IMU,48车轮滑移率、横摆角速度验证等轴提供三轴加速度和三轴角速度数据采样频率6IMU,100-200Hz数据经卡尔曼滤波器处理去除噪声和漂移,转向角传感器测量方向盘转角和转向轮转角精度°数据用于计算车辆曲率、,

0.1横向加速度预测等5关键状态估计算法压力传感器监测制动系统压力、悬架气室压力等精度用于闭环控制和故,

0.1bar,障诊断0102车速估计质量估计融合四轮轮速和纵向加速度采用加权平均法当检测到车轮打滑时降低该轮速信号权重车速作为基于纵向动力学模型利用驱动扭矩、加速度、坡度等信息通过递推最小二乘法在线估计车辆质量算法在车IMU,,GPS,,辅助校准提升长期精度估计精度±辆加速或爬坡工况下收敛收敛时间约秒估计误差,

0.5km/h,30,5%0304路面坡度估计路面附着系数估计融合俯仰角、纵向加速度、驱动制动扭矩信息静止工况下俯仰角直接反映坡度运动工况下通过纵向基于车轮滑移率与制动驱动力的关系识别路面摩擦特性通过监测峰值附着系数和滑动附着系数估计当前IMU/,;,/,,力平衡方程计算估计精度±°用于起步防溜坡、下坡辅助等功能路面类型干沥青湿沥青雪地冰面1,μ≈

0.9,μ≈

0.7,μ≈

0.3,μ≈

0.1融合控制策略与失效管理XYZ多功能仲裁算法当多个控制功能同时请求执行时底盘域控制器需要进行优先级仲裁和资源分配仲裁机制遵循以下原则,:安全功能最高优先级、等安全功能拥有最高执行权限可中断其他功能AEB ESP,稳定性功能次优先、等稳定性功能优先于舒适性和节能功能TCS ABS驾驶员指令居中驾驶员主动操作制动、转向优先于自动功能舒适节能功能最低悬架调节、能量回收等功能优先级最低可被随时中断,失效检测与容错控制底盘域控制器具备完善的失效检测和容错能力:传感器失效通过信号范围检查、变化率检查、多传感器交叉验证检测失效切换到冗余传感器或降级算法:,执行器失效监测执行器响应检测卡滞、性能衰减等故障启用冗余执行器或降级到备用系统:,,通信失效监测总线通信质量检测丢包、延迟等异常启用备用通信路径或本地容错模式:,,控制器失效主控制器故障时备份控制器接管核心安全功能确保车辆基本可控性:,,系统满足功能安全标准级别要求单点失效不导致安全功能丧失ISO26262ASIL-D,融合控制实例演示XYZ典型工况下的融合控制策略1紧急避让工况向快速转向反向辅助减小转弯半径Y:,RWS向防止驱动轮打滑施加差动制动产生横摆力矩X:TCS,ESP向外侧悬架阻尼增大抑制侧倾内侧悬架软化提升轮胎接地性Z:,2高速过弯工况向同向转动减小横摆转向助力适度减小Y:RWS,向外侧后轮适当制动产生稳定横摆力矩X:,向悬架阻尼全面加强主动防倾杆减小侧倾角至°以内Z:,23起步工况向坡道起步辅助防溜坡防止驱动轮打滑X:,TCS向后悬架气压增大抬高车尾减小起步俯仰Z:,向转向处于中位处于待命状态Y:,ESP通过三个方向的协同控制车辆在各种复杂工况下都能保持最佳动态性能显著提升安全性、操XYZ,,控性和舒适性融合控制的优势在于打破了传统独立系统的局限实现了全局最优而非局部最优,第五章底盘域控算法应用载体底盘域控算法需要强大的硬件平台支撑本章介绍主流底盘域控制器硬件方案、滑板底盘架构以及智能底盘角模块等先进技术展示算法从理论到工程实现Skateboard,的完整路径典型底盘域控制器硬件介绍主流供应商产品对比供应商博世大陆采埃孚产品名称Vehicle MotionControl MKC1/C2cubiX处理器多核双核多核Aurix TC39x AurixTC37x Aurix+ASIL-D MCU算力800DMIPS~600DMIPS1000DMIPS通信接口车载以太网车载以太网CAN-FD,CAN-FD,FlexRay CAN-FD,,TSN功能安全ASIL-D ASIL-D ASIL-D集成度高度集成中等集成模块化设计滑板底盘结构解析Skateboard底盘是电动汽车的新型底盘架构将电池、电机、底盘控制系统等集成在扁平的滑板状平台上具有以下特点Skateboard,,:高度集成动力、传动、制动、转向、悬挂等系统全部集成在底盘平台上车身只需设计座舱和外观:,低重心电池平铺在底盘中部重心高度降低至以下大幅提升操控稳定性:,450mm,空间优化取消传动轴和排气系统车内空间利用率提升以上:,20%模块化底盘平台可适配不同尺寸车身降低开发成本缩短研发周期:,,易维护底盘系统与车身独立维修和升级更便捷:,代表车型包括特斯拉、等这种架构已成为电动车的主流技术路线Model S/3/X/Y RivianR1T/R1S,智能底盘角模块与集成设计角模块集成设计理念智能底盘角模块是一体化底盘技术的最新发展方向将制动、驱动、转向、悬挂等功能集成在车轮附近的独立模块中每个车轮成为一个独立可控的执行单元Intelligent CornerModule,,驱动系统制动系统轮毂电机或轮边电机峰值功率峰值扭矩支持独立扭矩控制电子机械制动响应时间制动压力精度±支持分布式制动力控制,150-250kW,2000-3000Nm,EMB,50ms,

0.5bar,转向系统悬挂系统独立转向电机转角范围±°支持四轮独立转向实现原地转向、横向平移等高级功能主动悬挂或半主动悬挂阻尼调节范围支持独立垂向力控制,90,,,1000-10000Ns/m,关键技术指标与性能展示±50ms2%

0.5m15%系统响应时间控制精度最小转弯半径重量减轻从接收指令到执行完成的总延迟扭矩、制动力、转角等参数的控制误差支持原地转向和横向平移功能相比传统底盘系统的轻量化效果第六章底盘域控系统功能验证与测试底盘域控系统的开发需要完整的模型验证流程从模型仿真到实车测试确保功能正确性、V,,性能达标和安全可靠性本章详细介绍各阶段测试方法、工具和典型案例功能测试用例设计模型在环仿真MIL阶段在等平台上搭建控制算法模型和车辆动力学模型进行纯软件仿真主要验证内容MIL Matlab/Simulink,:控制算法逻辑正确性•各工况下的控制效果•参数敏感性分析•极限工况响应•典型仿真工况包括双移线、正弦输入、阶跃转向、分离路面制动、低附路面起步等仿真可快速迭代一个工况通常数分钟内完成适合算法开发:μ,,早期阶段软件在环仿真SIL阶段将模型转换为代码在与目标相同的编译器环境下执行验证代码实现与模型的一致性测试重点SIL MatlabC,ECU,:定点化误差分析•代码执行时间测试•内存使用情况检查•边界条件和异常处理•测试通常采用自动化测试框架生成大量随机或边界测试用例通过覆盖率工具确保代码覆盖率达到级别SIL,,MC/DC90%实车参数标定与动态测试标定方法与工具介绍基础参数标定控制参数优化在试验场或封闭道路进行基础参数标定包括针对具体控制功能进行参数优化,::车辆参数质量、质心位置、转动惯量、轴距、轮距等参数通过阶跃响应测试调整比例、积分、微分系数达到快速响应且无超调:PID:,,执行器参数电机扭矩常数、制动增益、转向传动比等滤波器参数平衡滤波效果和相位延迟通常采用低通滤波::,2-5Hz传感器参数零点偏移、标度因子、安装角度等阈值参数如触发滑移率阈值、介入横摆角速度阈值等需根据路面附着系数::ABS ESP,调整使用、等标定工具通过或以太网连接在线调ETAS INCAVector CANape,CAN ECU,整参数并实时观察效果优化方法包括试凑法、试验设计、遗传算法等DOE典型测试场景与数据分析双移线测试分离路面制动紧急制动μAEB测试和转向控制性能入口车左右车轮附着系数差异达以上以接近静止目标触发ESP,

0.4,30-60km/h,速记录横摆角速度、以制动至停止测试自动紧急制动记录减速度、60-80km/h,60km/h,ABS AEB,侧向加速度、转向角等数据评估和协同控制效果要求车辆偏制动距离、舒适度指标验证制动,ESP,,车辆稳定性和操控响应离系统性能

1.5m测试数据通过专业分析软件处理生成时域曲线、频域分析、相关性分析等报告与目标值对比识别需要改进的问题,,,安全性与可靠性验证线控系统安全标准底盘域控系统作为安全关键系统必须符合严格的功能安全标准,:123功能安全网络安全预期功能安全ISO26262ISO21434SOTIF底盘域控制器需达到最高安全等级要求

①系统架构具备冗余设防止网络攻击对底盘系统的非法控制要求

①通信加密以上

②确保系统在各种预期和可预见的误用场景下的安全性要求识别和缓解所ASIL-D::AES-128;计

②安全机制诊断覆盖率

③随机硬件失效率

④系统失效率身份认证机制

③入侵检测系统

④安全启动和完整性校验有已知危险场景进行充分的场景测试验证;99%;10FIT;;;,10^-8/h容错机制与冗余设计传感器冗余关键传感器如轮速、采用双冗余或三冗余配置通过投票机制容错:IMU,执行器冗余制动系统配备独立的备份回路即使主回路失效仍可提供制动力:,50%控制器冗余主控制器和备份控制器互为监控主控故障时备份控制器接管安全功能:,电源冗余双路电源供电确保安全关键系统在单路电源失效时仍可工作:,通信冗余总线和车载以太网双通道通信一路中断时自动切换:CAN,第七章一体化底盘技术发展趋势与挑战一体化底盘技术正处于快速发展阶段电动化、智能化浪潮推动技术持续创新本章展望,未来发展方向分析面临的技术挑战并分享行业领先企业的实践案例,,电动化与智能化驱动底盘技术革新轮毂电机与电磁悬架集成技术轮毂电机技术进展新一代轮毂电机功率密度提升至以上采用永磁同步电机行星齿轮减速器峰值扭矩可达:5kW/kg,+,3000Nm集成化设计将电机、制动、转向集成在轮毂内簧下质量控制在以内,30kg电磁悬架技术采用直线电机或旋转电机滚珠丝杠实现主动力输出可抵消路面激励甚至使车身保持完全水平响应带宽达:+,,,以上能量回收效率可达部分抵消能耗20Hz,60%,多自由度姿态控制技术通过四轮独立控制车辆可实现六自由度姿态调节,:垂向控制横向控制Z Y通过四个悬架独立调节实现车身高度变化和车身姿态调节俯仰、侧倾通过四轮独立转向实现横向平移、原地转向、蟹行等高级运动模式,,纵向控制横摆控制X Yaw通过四轮独立驱动制动实现精确的纵向速度控制和扭矩分配通过左右侧驱动制动力差异产生横摆力矩实现精确的航向控制/,/,,俯仰控制侧倾控制Pitch Roll通过前后悬架阻尼和高度差异抑制加速制动时的俯仰运动通过左右悬架阻尼和高度差异抑制转向时的侧倾运动,/,标准化接口与系统集成挑战执行器标准化技术挑战当前线控底盘面临的最大挑战之一是执行器接口不统一不同供应商的线控制动、线控转向等产品采用不同的通信协议、接口定义和控制策略导致,:域控制器需要适配多种执行器开发成本高•,执行器更换困难供应商锁定严重•,系统集成测试工作量大验证周期长•,行业正在推动标准化工作如制定的线控系统接口标准定义统一的物理接口、通信协议如、以太网和应用层协议预计年后标准化执行器将逐步,ISO,CAN-FD2025普及系统耦合与功能冲突解决方案一体化底盘中多个子系统高度耦合容易产生功能冲突,,:制动悬架耦合-冲突制动时悬架前压导致前轮载荷增加可能触发悬架调节进而影响制动力分配:,,解决制动工况下冻结悬架高度调节仅允许阻尼调节制动力分配考虑悬架状态:,;转向驱动耦合-行业案例分享与未来展望领先企业技术实践特斯拉蔚来汽车比亚迪特斯拉在上应用了三电机四驱系统配合定制化和扭矩矢量控蔚来配备了智能空气悬架和智能底盘域控制器支持路面预瞄功能通过摄比亚迪的云辇智能车身控制系统集成了智能阻尼控制、空气悬架、主动防侧倾等Model SPlaid,ESP ET7ICC,制加速仅需秒其自主研发的底盘域控制器集成度极高算法迭代像头识别前方路面提前调节悬架阻尼提升舒适性蔚来还在研发四轮独立转向技功能系统可实现四轮联动、露营模式单轮上下调节等特色功能比亚迪还,0-100km/h

2.1,,,通过快速部署特斯拉正在研发线控转向和主动悬架预计在下一代车型应用术计划在年量产车型上应用实现原地转向功能在开发分布式驱动平台每个车轮独立控制用于高端车型OTA,,2024,,,未来智能底盘技术发展方向2024-2025:线控技术普及1线控制动、线控转向在中高端车型上广泛应用部分车型配备后轮转向和主动悬架EHB SBW,22026-2027:四轮独立控制轮毂电机或轮边电机普及四轮独立驱动制动转向成为高端车标配实现原地转向、横向平移等高级功能,//,2028-2029:主动悬架进化3电磁主动悬架成本下降在中端车型应用配合摄像头和激光雷达实现路面预瞄和预测性控制,,42030+:完全线控底盘所有底盘功能实现线控化取消所有机械连接底盘成为移动平台车身与底盘完全解耦实现快速换装,,,总结与答疑一体化底盘技术核心要点回顾技术本质核心优势12一体化底盘通过线控技术和域控制器将传统分散的底盘子系统整合为协同工作的整体实现提升车辆安全性、操控性、舒适性降低系统复杂度和重量支持电动化和智能驾驶为未来技术创,,XYZ;;;三向融合控制新提供平台关键技术发展趋势34线控制动、线控转向、线控悬挂、分布式驱动、传感器融合、多功能仲裁、容错控制等是技术实向完全线控化、四轮独立控制、主动悬架、电磁执行器方向发展最终实现移动平台愿景,现的基础培训内容应用建议系统学习线控技术原理建立完整的知识体系•,熟悉底盘域控架构理解融合控制策略•,XYZ掌握测试验证方法能够进行功能开发和调试•,关注行业动态和最新技术持续学习和提升•,理论联系实际将知识应用到工作项目中•,现场答疑与交流推荐学习资源感谢各位参加本次一体化底盘技术培训如有任何疑问欢迎现场提问交流我们将针对大家《车辆动力学及其控制》教材!,关心的技术细节、工程实践问题进行深入探讨•功能安全标准文档•ISO26262联系方式培训结束后可通过邮件或企业内部沟通渠道继续交流学习心得和技术问题主流供应商技术白皮书博世、大陆、采埃孚等:•技术论文数据库•SAE。