任务1.2 线控底盘的发展趋势-学生手册

任务1.2线控底盘的发展趋势-学生手册【任务导入】在汽车产业的发展进程中，传统底盘受限于机械连接形式，其执行操控决策信息的效率会受到限制。而线控底盘的出现，则可以提升整个底盘对于获知操控决策后的动态执行效率，简单理解即驾驶者甚至ECU决策出的操控信息以电信号的形式，通过电路快速高效传输至执行机构，最终实现汽车的自动驾驶。但当线控底盘电能不足或电气零部件出现故障时，整个线控系统将失去控制，出现严重安全隐患。讲课前，先问问大家在未来的自动驾驶汽车上，线控底盘将如何发展？SHAPE提示：此次任务我们将深入了解线控底盘系统的提示：此次任务我们将深入了解线控底盘系统的发展历程，并理解其技术现状和技术难点，展望线控底盘系统的未来趋势。

【学习目标】素质目标了解线控底盘系统的发展历程，培养学生的发展思维；理解线控底盘系统的技术现状与技术难点，激发创新精神和实践能力；理解未来发展趋势，培养学生的综合分析能力。知识目标能正确了解线控底盘系统的发展历程[K4]；能正确理解线控底盘系统的技术现状和技术难点[K5]；能正确理解线控底盘系统的未来趋势[K6]。能力目标能正确叙述线控底盘系统的发展历程[A4]；能正确分析线控底盘系统的技术现状和技术难点[A5]；能正确分析线控底盘系统的未来趋势[A6]。【知识准备】一、线控底盘系统的发展历程1.国外发展历程线控底盘系统的国外发展历程如REF_Ref162353796\h图1-2-1所示。图1-2-SEQ图1-2-\*ARABIC1线控底盘系统的国外发展历程20世纪五六十年代，美国天合TRW等转向系统供应商和德国Kasselmann等就试图将转向盘与转向车轮之间用控制信号代替原有的机械连接，这就是早期的线控转向系统原型。德国奔驰公司于1990年开始了前轮线控转向系统的深入研究，并将其开发的线控转向系统安装于F400Carving的概念车上。2001年第71届日内瓦国际汽车展览会上，意大利Berstone汽车设计及开发公司展示了新型概念车FILO，该车采用了Drivebywire技术。2003年日本丰田公司在纽约国际车展上展出了LexusHPX概念车，该车采用了线控转向系统，在仪表盘上集成了各种控制功能。2014年，英菲尼迪在Q50轿车中首次推出了线控技术（全球首款搭载线控转向技术的量产车型），搭载线控主动转向系统。2017年北美国际车展(NAIAS)上，耐世特发布了两款全新的智能转向技术：耐世特随需转向系统(NexteerSteeringonDemandSystem)及耐世特静默方向盘系统(NexteerQuietWheelSteering)。耐世特静默方向盘系统能够修正车辆自动转向过程中方向盘的颤动和回正带来的干扰，从而显著降低操作疲劳，确保车辆安全平稳地行驶。在自动驾驶过程中，方向盘将保持静止状态，消除方向盘快速转动过程中潜在的危险，增强驾驶员的安心感。此外，配备静默方向盘系统的车辆还可搭载“完全可收缩式”转向管柱，在自动驾驶模式下可自动收缩至仪表板内，从而增加可用空间并提升驾驶舱舒适度，使驾驶员可以从事其他活动。2022年，搭载线控转向系统的丰田bZ4X上市，该车型取消了转向器和转向柱的机械连接。2023年12月，特斯拉Cybertruck全球首批交付，确认首次搭载线控转向技术，即取消传统转向柱，使用电信号操控电机，完成车轮转向。该技术的好处在于自动驾驶的控制更好，数据接口或者冗余系统成本更低，同时也能根据路况实时调节转向角度比、力度反馈大小等数据，该技术还意味着你在Cybertruck车上用方向盘玩赛车游戏时，不会再磨损轮胎。2.国内发展历程国内对底盘线控的研究起步相对较晚，早期与国外差距较大，以高校理论研究为主。2004年同济大学在上海国际工业博览会上展示了配备线控转向系统的四轮独立驱动微型电动车春晖三号（如REF_Ref162353806\h图1-2-2所示），该车是国内首辆采用线控转向技术的电动汽车，是国内线控转向系统领域的一个突破。图1-2-SEQ图1-2-\*ARABIC2春晖三号2009年吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室在企业资助下，开发了线控转向试验车。2010年第25届世界电动车展览会上，吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室展出基于轮毂电机的全线控电动概念车。2020年5月，万安科技与瀚德汽车各出资1500万元成立苏州瀚德万安，致力于生产和销售EMB产品。瀚德万安推出的EMB主要面向商用车市场，可用于城市公交车、长途客运车、载货车和牵引车上。2021年1月，万都在CES2021上发布其"FreedominMobility"愿景。在该愿景下，万都展示了"x-by-Wire"技术规划，其中包含线控制动和线控转向。2021年4月，Brembo在上海车展发布其线控制动产品。Brembo从2001年起便开始研究这种基于机电一体化的Brake-by-Wire线控制动技术。2023年11月广州车展期间，比亚迪对外公布易四方概念车。比亚迪推出的概念车是线控底盘完全体。易四方概念车应用的电传技术在线控底盘2.0架构下，通过对4组轮边电机协同控制，拥有超越ABS\EPS的绝对行车姿态控制效率，仍然依托线控底盘2.0架构所具备的快速收集、上传、计算、下行和决策的核心优势达成。此外，国内还涌现出一批专业开发底盘线控产品的企业，如拿森、上海同驭等，也有一些传统汽车底盘公司实现业务转型，开发线控产品，如芜湖伯特利、瑞立科密、易力达、豫北公司等。随着线控底盘技术的进步、市场需求的增长以及政府的政策支持，国内线控底盘行业正处于快速发展阶段，目前与国外的差距越来越小。二、线控底盘系统的技术现状1.线控转向系统的技术现状目前线控转向系统技术主要在研发阶段，从整车厂角度，已经搭载该技术的量产车型仅英菲尼迪Q50、丰田bZ4X、特斯拉Cybertruck等极少数车辆。从供应商角度，目前博世、采埃孚等厂商正积极研发做样件，但还未在整车上搭载，博世线控转向系统采用的是双冗余安全备份方案。2.线控制动系统的技术现状目前市场上线控制动技术主流的路线是电子液压制动（EHB）系统，且已经有多款量产产品，如博世的iBooster、大陆的MKC1等。电子机械制动（EMB）系统由于技术不够成熟，目前仍处于研发阶段。3.线控驱动系统的技术现状针对传统内燃机汽车，线控驱动技术（线控油门）目前在乘用车和商用车上普遍应用，市场占有率达99%以上；针对新能源汽车，线控驱动技术已经全面应用，现在正处于集中电机驱动阶段，随着电气化水平的提高，未来将向以轮边电机和轮毂电机为代表的分布式驱动发展。三、线控底盘系统的技术难点1.线控转向系统的技术难点线控转向技术的应用核心难点是系统的安全和可靠性。由于线控转向系统方向盘和转向轮之间没有直接机械连接，当线控转向系统出现故障时，车辆将无法保证转向功能，会处于失控状态。虽然目前采用冗余措施，但也仅能一定程度上提高可靠性，目前的控制器在故障诊断和处理能力上还需要进一步提升。另外，路感模拟技术也是线控转向系统的技术难点之一。2.线控制动系统的技术难点电子液压制动（EHB）系统相较于电子机械制动（EMB）系统要成熟的多，目前在应用上几乎没有太大的难点。电子机械制动系统应用落地的主要难点有：（1）没有备份系统，对安全性要求极高；（2）刹车力不足问题，需要提供足够的能量；（3）工作环境恶劣，如高温、震动等。3.线控驱动系统的技术难点针对传统内燃机汽车，线控驱动技术目前没有应用难点，随着自动驾驶等级的提高，优化冗余备份及提高功能安全等级即可；针对新能源汽车，线控驱动技术难点：在电机方面，包括永磁同步电机效率的提升，轮边、轮毂电机技术的突破，比如冷却技术、集成技术等；在电控方面，IGBT散热技术、封装技术、布局优化等需要解决，随着自动驾驶等级的提升，电机控制器功能安全的等级也需要随之升级。四、线控底盘系统的未来趋势1.全局线控化随着汽车电子技术的快速发展，汽车的发展趋势是集成化、模块化、机电一体化以及智能化。汽车底盘系统线控化将从部分子系统线控化逐渐演进到全局线控化，多系统多控制器将逐渐被域控制器取代，如REF_Ref162353815\h图1-2-3所示。图1-2-SEQ图1-2-\*ARABIC3全局线控化2.提高线控技术的可靠性和安全性提高底盘线控技术的可靠性和安全性是确保车辆性能和乘客安全的关键因素。只有实现高度的安全，才能实现线控技术在车辆上的全面应用。针对提高底盘线控技术可靠性和安全性的具体措施将有：（1）冗余设计①引入多重备份系统，如双重或三重冗余的传感器、控制单元和执行器，确保即使一部分系统失败，其他部分仍能正常工作。②采用多样化的数据传输路径和独立电源，以减少单点故障的可能性。（2）先进的故障检测与处理机制①集成高级的自诊断系统，能够实时监测线控系统的状态，并在检测到异常时及时通知驾驶员或触发自动应急响应。②开发故障安全算法，当系统出现故障时，能够自动采取安全措施，如将控制权交给备用系统或进入安全模式。（3）网络安全保护①加强对线控系统通信网络的保护，防止黑客攻击和数据篡改。②实施定期的网络安全性评估和更新，以应对新出现的威胁。（4）软件和固件的持续更新①提供定期的软件更新服务，修复已知的漏洞并改进系统性能。②确保固件更新过程安全可靠，不会在升级过程中导致系统失效