二、汽车发展特点
美国通用汽车公司研发与规划副总裁伯恩斯说：“未来的汽车将具有以下七大特点：安全、价廉、环保、实用、高效、省时以及提供与外部世界的联系。这就意味着汽车行业必须围绕低价位、实用性、设计和技术进行创新。”当今，在这个网络驱动的日子里，数字化应用正在以前所未有的速度和方式进行整合，将汽车的设计、工程、采购和制造业务集成起来，这使我们能够缩短汽车的开发时间，并以更快的速度将新款汽车推向市场。最主要的有以下两个方面：
一是在汽车设计方面。由于越来越多地采用计算机工具，从而能在更短的时间开发出更多的款式、车型。 由于越来越多地采用数学模型，从而能实现验证模拟设计，并确认汽车空气动力学、耐冲撞性能、可制造性，大大从而缩短开发时间。同时汽车厂商越来越多地采用虚拟汽车概念，从而无需制作物理原型，就能组装、观察、模拟汽车的性能及制造工艺，并且越来越多地开展厂家、院所、政府、供应商间的战略伙伴关系进一步加快了汽车开发时间。
由于消费者的生活方式主导汽车设计的潮流，将诞生出新的汽车种类，进而满足 1
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消费者越来越多的需求。[)这些新产品将在不同程度上组合轿车、旅行车、皮卡车、越野车的特点，同时也将促成汽车市场进一步分化。
二是在汽车动力方面。专家预测，在今后10年中，内燃机将继续担当汽车动力的主要来源。但是，汽车动力系统将来的主要发展方向是越来越多地采用稀燃汽油发动机、柴油发动机技术，优化的燃油发动机组合，以及更好地催化技术。
汽车动力系统的配置将有改变。电动和燃油混合动力型汽车、燃料电池汽车等多种动力技术将日趋普及。这些尖端技术可望在将来减少或消除汽车尾气排放及其对环境的污染。
此外，未来的汽车，机械系统将大量地被电子系统所取代。这将大大提高轿车的驾驶性能及行驶的安全性。其特色功能如：语言识别、无钥匙点火等。
可以说，新一代汽车一个突出特点是：车内将配置更多的电子器件、计算机功能并接入因特网。车上配有：交通信息功能、路线规划与导航设备、高级导航设备、车载娱乐信息设备等。所以，汽车将变为可与消费者家庭、办公单位交换信息的信息、通信、娱乐中心。 在汽车安全方面：为了保护车内驾乘人员的安全，汽车制造厂家将在车上设置新一代的安全带、能量吸收结构、前端和侧面安全气囊、触发气囊的智能传感器、发生紧急情况的求救信号等。
三、车辆动力学控制
车辆动力学控制(Vehicle Dynamics Cotrol)的缩写是VDC，该系统的作用是保持汽车在行驶(包括制动和驱动)时的稳定性。传统的ABS(防抱死制动系统)和TCS(牵引控制系统)主要是对车轮上的制动力和驱动力进行控制，防止车轮出现过大的纵向滑移率，以获得最大的附着力，既可产生最大的减(加)速度，又可防止出现侧滑。
车辆动力学控制系统虽然也是控制车轮的制动力与驱动力，但它们与ABS/TCS有很大的不同，其主要表现是可实现左右纵向力的差动控制，以直接对汽车提供横摆力矩，抵消汽车的不稳定运动(如在滑路上甩尾时的矫正作用)。该系统通过在汽车上安装的各种传感器，检测到汽车的速度、角速度、转向盘转角以及其它的汽车运动姿态，根据需要主动地对某侧车轮进行制动，来改变汽车的运动状态，使汽车达到最佳的行驶状态和操纵性能，增加了车轮的附着性和汽车的操纵性和稳定性。
汽车智能速度控制系统的功用是在某些特殊路段或特殊行驶条件下对车速进行强制限制。汽车智能速度控制系统主要由电子控制单元和执行器组成。该控制系统工 2
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作时，需首先设定限制速度。［］例如某区域的限速为80km/h，我们可以将该速度设定为限速值。当车速未达到80km/h时，汽车智能速度控制系统不起作用。当车速接近80km/h时，电子控制单元启动执行器，限制加速踏板的行程，使汽车不能继续加速。当车速低于80km/h时，电子控制单元解除对执行器的控制，驾驶员又可以自由地踏下加速踏板使汽车加速。
智能速度控制系统限速值的设定，可以用选择开关设定，也可以通过接受无线信号设定(即接收道路速度无线信号切换或电子地图信号切换) ：可以只设定一个值，也可以根据不同的路况，有多个挡位供设定。
四、线控技术(control by wire)
汽车的各种操纵系统正向电子化、自动化方向发展，在未来的5～10年里，传统的汽车机械操纵系统将变成通过高速容错通信总线与高性能CPU相连的电气系统。如汽车将采用电气马达和电控信号来实现线控驾驶(steer by wire)、线控制动(brake by wire)、线控油门(throttle by wire)和线控悬架(suspension by wire)等，采用这些线控系统将完全取代现有系统中的液压和机械控制。
在新一代雅阁V6轿车上采用的DBW就是新技术之一。DBW是线控油门的英文缩写，也可称之为电控油门，即发动机的油门是通过电子控制的。传统的油门控制方式是驾驶员通过踩油门踏板，由油门拉索直接控制发动机油门的开合程度，从而决定加速或减速，驾驶员的动作与油门动作之间是通过拉索的机械作用联系的。而DBW将这种机械联系改为电子联系。驾驶员仍然通过踩油门踏板控制拉索。但拉索并不是直接连接到油门，而是连着一个油门踏板位置传感器，传感器将拉索的位置变化转化为电信号传送至汽车的大脑ECU(电子控制器)，ECU将收集到的相关传感器信号经过处理后发送命令至油门作动器控制模块，油门作动器控制模块再发送信号给油门作动器，从而控制油门的开合程度。也就是说驾驶员的动作与油门的动作之间是通过电子元件的电信号联系的。虽然从构造上来看，DBW比传统油门控制方式复杂，但油门的控制却比传统方式精确，发动机能够根据汽车的各种行驶信息，精确调节进入气缸的燃油空气混合气，改善发动机的燃烧状况，从而大大提高了汽车的动力性和经济性。
使用线控技术的优点很多，比如使用线控制动无需制动液，保护生态，减少维护；质量轻；性能高(制动响应快)；制动磨最小(向轮胎施力更均匀)；安装测试更简单快捷(模块结构)；更稳固的电子接口；隔板间无机械联系；简单布置就能增加电子控制功 3
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能；踏板特性一致；比液压系统的元件更少等。[]
由于至今仍没有一个通信网络可以满足未来汽车的所有成本和性能要求，因此，汽车OEM制造商仍将采用多种联网协议(包括CAN、LIN和MOST、1394等)。
随着电控单元在汽车中的应用越来越多，车载电子设备间的数据通信变得越来越重要，以分布式控制系统为基础构造汽车车载电子网络系统是很有必要的。大量数据的快速交换、高可靠性及廉价性是对汽车电子网络系统的要求。在该网络系统中，各处理机独立运行，控制改善汽车某一方面的性能，同时在其它处理机需要时提供数据服务。汽车内部网络的构成主要依靠总线传输技术。
汽车总线传输是通过某种通讯协议将汽车中各种电控单元、智能传感器、智能仪表等联接起来，从而构成的汽车内部网络。其优点有：
1减少了线束的数量和线束的容积，提高了电子系统的可靠性和可维护性。
2采用通用传感器，达到数据共享的目的。
3改善了系统的灵活性，即通过系统的软件可以实现系统功能的变化。
CAN总线是德国博世公司在20世纪80年代初开发的一种串行数据通讯协议。它的短帧数据结构、非破坏性总线仲裁技术以及灵活的通讯方式使CAN总线具有很高的可靠性和抗干扰性，满足了汽车对总线的实时性和可靠性的要求。
目前，国外的汽车总线技术已经十分成熟，并已在汽车上推广应用。国内引进技术生产的奥迪A 6车型已于2000年起采用总线替代原有线束，帕萨特B5、宝来、波罗、菲亚特的派立奥、西耶那、哈飞赛马等车型都不同程度地使用了CAN总线技术。此外，部分高档客车、工程机械也都开始应用总线技术。预计到2005年CAN将会占据整个汽车网络协议市场的63％。在欧洲，基于CAN的网络也占有了大约88%的市场。
目前使用CAN总线网络的汽车大多具有两条或两条以上总线，一条是动力CAN总线，主要包括发动机、ABS和自动变速器三个节点，通信速率一般为500kbps；另一条是舒适CAN总线，主要包括中央控制器和四个门模块，通信速率一般为6255kbps或100kbps。
五、电子巡航控制系统(简称CCS)
它是汽车在行驶中为了达到所希望的速度，驾驶员不必踩踏油门调整车速，只需通过操纵调整开关，汽车就能以设定的车速进行定速行驶的装置。这个装置的优点主 4
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要体现在：当在高速公路上长时间行驶时，能够减轻驾驶员的疲劳；且对紧急情况动作解除的可靠性与对排除装置故障等安全性方面作了充分的考虑。[］
宝马新一代豪华轿车745i和735i所用的发动机是新式的进气系统参数可调式V8发动机。该发动机进排气系统的3个主要参数(排气阀开启时间、进气阀升程和进气道长度)都可随发动机工况的改变而自动调节。其中，进气道长度可调技术为世界首创。西门子公司为该发动机配套提供了伺服阀、中间偏心轴的位置传感器以及与发动机微机连接的阀门升程控制器。
奔驰SL轿车特有的动态操纵控制系统，包括一个电子液压制动系(EHB)，称之为感应控制系统(SBC)。该系统的主要特点是通过传感器建立了运动状态、制动压力的动态监测和危险工况的预警。SBC增加了制动管路的压力控制和制动准备功能，一旦踩下制动踏板，汽车即以最大的压力、最快的响应实施制动，前后制动压力比会随路况的不同而变化，从而提高弯道制动时的安全性。其优点(也是技术难点)在于提高了制动的舒适性并能提前做出响应，而不是象传统的ABS在制动后通过信号反馈进行控制；此外，可以实现完全的干式制动，在潮湿的气候或路面条件下，制动盘表面也不会形成水膜，保证了汽车快速响应。
设计的发展必然随着汽车技术的进步而日新月异，众多设计师的艺术风格也会更广泛更强烈地体现在汽车设计之中，而给予人们更加广泛的选择。高科技下，个性鲜明、更加人性化的汽车将是21世纪汽车产业发展的必然，因为它符合人类对文化、个性的追求和需要。因此，加大对概念汽车的设计的重视和投入，将对我国汽车产业的发展起到极大的推进作用。
线控油门根据油门踏板的深度调节节气门开度和喷油量。而电子的会根据发动机转速调节喷油量。
比如开车60公里的速度挂5档，油门给到底，要是线控油门，发动机会出现潜在较杆状态。喷油量最大，但是车速还是起不来，白白浪费汽油。而电子只会根据当时发动机的转速，给予适当的喷油量，保护发动机，节省燃油。
简单来说：电子油门有传感器，电脑根椐油门踏板位置，从而确定出油门大小，供给节气门电机相应的电流，来控制节气门的开度，油门与节气门都以软性连接，不是传统拉线控制。
EPS。
作为新一代线控转向系统，SBW在EPS的基础上发展而来，其进一步利用线控代替机械连接方向盘和执行机构，可实现转向系统与方向盘的完全解耦，具有响应快、舒适性好、轻量化、更安全、可升级等优势，是通往高阶智能驾驶的核心部件之一。
汽车的转向系统经历了机械转向系统、机械液压助力转向系统（HPS）、电动液压助力转向系统（EHPS)、电动助力转向系统（EPS）的发展过程。目前，HPS和EHPS已广泛应用于商用车，EPS则大量地运用于乘用车上，随着线控技术的发展，线控转向（SBW）是汽车转向系统的未来发展方向。
线控汽车底盘主要由线控转向、线控制动、线控换挡、线控油门和线控悬架组成。线控底盘是自动驾驶与新能源汽车的结合点，是实现无人驾驶的关键载体。现在很多纯电动汽车的底盘已经具备了一些线控能力。线控转向和线控制动是面向自动驾驶执行端方向的核心产品，其中制动技术最为困难。
线控底盘之所以叫线控，是因为传统的机械、液压或气动连接都被导线(电信号)代替，这样就不需要输出驾驶员的力或扭矩了。
线控系统是执行器和控制机构之间没有机械连接和机械能的传递。驾驶员的操作指令被传感器装置感知，然后以电信号的形式通过网络传输到执行器和电子控制器。其中，执行机构利用外部能量完成相应的任务，其执行的全过程和结果由电子控制器控制和监控。
线控转向系统
线控转向系统(SBW)是在EPS上开发的。与EPS相比，它具有冗余的功能，它可以获得比EPS更快的响应速度。对于L3及以上的自动驾驶汽车，有些会脱离驾驶员的控制，所以自动驾驶的驾驶控制系统对转向系统要求控制精准，可靠性高。目前只有线控转向才能满足要求，因此成为未来转向系统的发展趋势。
电子机械制动系统
线控制动系统(BBW)是线控底盘技术中最困难，也是最关键的技术。它可以分为以下两种类型:
EHB系统有集中控制单元和执行机构布置，使用制动液作为动力传递介质，有液压备用系统，也可称为集中湿式制动系统，发展比较成熟；
EMB系统采用机电装置代替液压管路，执行器通常安装在车轮边缘，也可称为分布式干式制动系统。
总的来说，线控底盘技术是不断发展的。但从目前整个市场来看，线控转向还处于发展初期，目前渗透率极低。仅少数车型配备，如首批量产车采用线控转向finidi Q5 0。随着L3及以上智能驾驶的逐步渗透，线控制动有望爆发。据相关机构预测，2020-2025年市场空线控年均复合增长率可达166%。
@2019
底盘线控系统在智能驾驶中的应用前景
1、 智能驾驶系统对底盘线控系统的需求：近年来，随着芯片处理能力的快速发展，以及车载雷达、摄像头等识别感应装置的性能提高与成本降低， AEB/AVP/LKA/ACC 等以提高车辆全性能为目的的驾驶辅助系统在类别和数量上都急剧增加。
随着智能驾驶技术的进一步发展，智能驾驶系统控制完全替代驾驶员的“无人驾驶系统”的应用可行 性将会大幅度提升。而底盘线控系统是这一切的基础。
2、OEM对底盘线控系统联合开发和快速响应的要求：跨国供应商普遍将核心开发工作放在公司总部完成，无法满足OEM对底盘线控系统联合开发和快速响应的要求。
3、智能驾驶技术快速迭代对底盘线控系统的响应和开放要求：国内供应商切入市场的机会恰恰在于这当中产生的响应速度和开放接口要求。
4、芯片、电机、仿真、开发工具等技术发展，给国内底盘控制系统的开发插上了翅膀。
5、国内底盘控制系统的经验积累和初代产品量产成功带来了信心。
6、良好的整零关系、产业链融合是国内底盘控制系统占据市场主导地位的基础。
新一代 汽车 对底盘技术的特点
智能化
• 感知更多的信息
• 识别驾驶员意图
• 接收多种控制源
安全化
• 硬件冗余化设计
• 完善的监控系统
• 安全的软硬件架构
电动化
• 电子控制为核心
• 机电一体化设计
• Control-by-wire（线控）
智能 汽车 对制动系统新要求
（1）制动系统的有效性：主要监控指标可以是制动距离、制动减速度、制动力和制动时间等。
（2）制动系统的稳定性：指 汽车 在制动过程中维持制动能力和行驶方向的能力。
（3）制动系统的可靠性：系统的失效严重度、失效频率都保持在较低水平，而且应该装有监控与报警模块， 及时发现安全隐患。完全基于通信网路的指令发送和执行，失效模式下的处理措施需全面考虑。
（4）制动系统的易操作性：最基本的比如液压刹车系统中踩刹车所需要的力要合适。
（5）制动系统的冗余性：智能驾驶 汽车 要求制动系统必须冗余备份。
（6）制动系统的智能化：实现主动制动及快速响应。
智能 汽车 对制动系统新要求
制动系统技术革新
行车制动系统 机械助力演变为电子制动
驻车制动系统 机械驻车演变为电子驻车
气压制动系统 气压机械制动演变为电子气压制动
气压制动系统的演进
气压电子制动系统EBS
EBS功能简介：
制动控制：坡道防溜车、电子制动力限制、减速 器控制、接合力控制、复合制动、减 速控制
稳定性控制：防抱死制动功能、牵引力控制、电子 稳定性控制、差速锁控制、发动机/制 动扭矩控制
性能监测：制动性能监测、衬片磨损控制、制动 温度监测、胎压指示器
IBC 解决方案
方式一：独立的机电一体化建压部件+ABS/ESC总成（two box方案）
方式二：建压及调压共用一套电机，集成在一个模块 （one box方案）
优势：系统集成度高 劣势：结构复杂制造困难，电控系统涉及面太广，失效模式多。技术难度大。
液压控制单元
• ESC作为AEB的执行器时，其制动强度大约为05g。AEB对制动系统的制动强度要求在08g以上，ESC建压能力有限。
• ESC控制制动系统的设计初衷是在极少数情况下使用，使用频次可能小于2次/年。ESC的低压蓄能器（LPA）空间极小， 一般为3ml，频繁使用会导致阀体发热严重，精密度下降，最终导致ESC系统寿命急剧下降。
• ESC的回油泵驱动电机功率有限，反应速度远低于IBC，最快建压速度比IBC慢大约200-350ms。这在高速时差距明显。
ESC不能做常规线性控制系统。HCU管路空间结构复杂，制造难度很大。
电子驻车EPB系统
发展趋势-EPB与ESC集合
集成EPBi 软件开发
EPB和ESC代码级的融合开发。其他系统完全可以参考，发挥产业链上下游各自所 长，加快集成系统开发进度。
发展趋势-无人驾驶制动系统
无人驾驶的制动系统 = IBC +ESC+ EPB
• ESC车身稳定性控制
• ABS防抱死制动
• EBD制动力分配
• HDC陡坡缓降
• ACC自适应巡航
• AEB自动紧急制动
• AUTO HOLD功能
• DAA辅助起步
• 针对电动 汽车 和混合动力 汽车 的应用，还可以配合制动能量回收系统实现再生制动的调节控制， 协调再生制动和液压制动之间的制动力过渡和衔接。
新一代制动系统架构（液压）
无人驾驶需要冗余备份的制动系统
• IBC电液制动控制系统 • BSC 制动稳定性控制系统，集 成 ESC + EPB
无人驾驶车的制动系统应用
高速车辆
• 行车制动主控系统 IBC
• 行车制动备用系统 ESC
无人驾驶车的制动系统应用
低速车辆
• 行车制动主控系统 IBC
• 行车制动备用系统 EPB
发展趋势-电子制动系统EMB
由踏板传感器检测踏板行程，然后将位移信号转化成电信号传给EBS的ECU电控单元， 无刷电机驱动制动器产生制动力，踏板行程和制动力可按比例进行调控。
优点：
结构简单，没有液压油管路，信号通过电传播；
反应灵敏，减小制动距离，工作稳定，维护简单；
通过ECU直接控制，易于实现主动制动等智能化功能。
转向技术发展
诞生于1902年
20世纪50年代 美国GM率先在轿车上采用液压助力转向系统
解决泊车和低速行驶时驾驶员的转向操纵负担过于沉重
• HPS通过发动机动力输出转化成液压泵压力，对转向系统 施加辅助作用力
• 为保持压力，不论是否需要转向助力，系统总要处于工作 状态，能耗较高
转向技术发展
• 1988年，日本Suzuki公司首先在小型轿车Cervo上配备了 Koyo公司研发的转向柱助力式电动助力转向系统
• 1990年，日本Honda公司也在运动型轿车NSX上采用了自 主研发的齿条助力式电动助力转向系统
EPS由电动助力机通过电机提供转向力矩 EPS只是在转向时才由电机提供助力
• 节能环保 • 降低油耗 • 助力比可变 • 更好的操控性
转向技术发展
线控转向系统取消了方向盘与转向轮之间的机械连接，占 用空间小，可避免或减少碰撞时转向机构对于车内人员的伤害。
• 安全性 • 随需转向 • 自动驾驶
EPS工作原理
当驾驶员在操纵转向盘时，控制单元根据扭矩转角传感电 压和车速的信号，给出指令控制电动机运转，从而产生所 需要的转向助力。
线控转向系统
无人驾驶的转向系统架构
底盘域控制器架构方案
底盘域控制器的优势
域控制器拥有强大的硬件计算能力与丰富的软件接口支持；
智能控制核心功能集中于域控制器内，实时性高，协调处理速度快，系统功能集成度高；
对功能执行的硬件要求降低，仅响应控制指令，可使执行部件设计难度和制造成本降低；
对感知系统的软件功能要求降低，可仅提供基础感知数据，甚至可集成感知芯片在域控制器上；
可制定标准化的感知部件和执行部件，部件兼容性强，适用范围广。
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线控油门根据油门踏板的深度调节节气门开度和喷油量。而电子的会根据发动机转速调节喷油量。
比如你开车，60公里的速度挂5档，油门给到底，要是线控油门，发动机会出现潜在较杆状态。喷油量最大，但是车速还是起不来，白白浪费汽油。而电子的就不会管你，你就算把油门踩邮箱里去，它也会根据当时发动机的转速，给予适当的喷油量，保护发动机，节省燃油。
线控油门主要由油门踏板、踏板位移传感器、电控单元(ECU)、数据总线、电机和油门执行机构组成。踏板位移传感器随时监测油门踏板位置，当监测到油门踏板高度位置发生变化时，会瞬间将此信息传送至伺服电机，由伺服电机驱动油门执行机构实行油门控制。
线控油门系统的优点：控制灵敏、精确，发动机能根据汽车的各种行驶信息精确地调节空燃比，改善发动机的燃烧状况，提高动力性和燃油经济性。还可与油压、温度和废气再循环电子信号结合，减少废气排放。减少机械组合零部件，相应减轻机械结构的重量，降低机械零部件的维修几率。
线控底盘和电控底盘的区别是一个由线控转向，一个由电子控制底盘。
汽车底汽车线控底盘主要由线控转向、线控制动、线控换挡、线控油门以及线控悬挂五大系统组成。线控底盘是自动驾驶与新能源汽车中间的一个结合点，它是实现无人驾驶的关键载体。现在有很多纯电动汽车的底盘已经具备了部分线控能力。
而线控转向和线控制动是面向自动驾驶执行端方向最核心的产品，其中又以制动技术难度最高。盘电子控制要包括车身高度控制，弹簧软硬程度控制，减震器阻尼力控制。
而线控底盘之所以叫线控，是因为使用了线（电信号）的形式来取代传统的机械、液压或气动等形式的连接，从而不需要以来驾驶员的力或扭矩的输出。
线控系统是执行机构和操纵机构两者没有机械连接和机械能量的传递，驾驶者的操作指令通过传感器件感知，再采用电信号等形式经过网络传递给执行机构与电子控制器。其中，执行机构利用外部能源来完成相应的任务，而其执行的整个过程和执行结果受电子控制器的控制与监测。
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