智能网联汽车之线控底盘技术及应用-课件 ch02 线控底盘的装配

线控底盘的装配智能网联汽车之线控底盘技术及应用项目二01线控驱动系统的装配线控驱动系统认知线控驱动系统是汽车动力控制的核心系统之一，它能够精准分析驾驶员的意图，根据驾驶员的操作及汽车的各类行驶信息，精确控制动力装置的输出功率和车轮驱动力，从而有效提升汽车的动力性、经济性及操纵稳定性。在现代内燃机汽车中，传统的机械式节气门控制已被电子控制取代，形成了电子节气门控制（ElectronicThrottleControl，ETC）系统。该系统主要由油门踏板模块、油门踏板传感器、ECU、数据总线、伺服电机、节气门执行机构等核心部件组成。油门踏板传感器负责监测驾驶员对油门踏板的操作，并将其转化为电信号传输给ECU；ECU根据接收到的信号，结合车辆的运行状态，通过数据总线向伺服电机发送指令；伺服电机驱动节气门执行机构，精确控制节气门的开度，进而调节发动机的进气量，实现对发动机输出功率的控制。智能网联汽车的线控驱动系统采用更为先进的电子控制架构，其主要组成部分包括整车控制器、驱动电机、电机控制器及减速器等，如图2-1-1所示。智能网联汽车主流的驱动方案有集中电机驱动和分布电机驱动两种。目前，集中电机驱动方案凭借其技术成熟度高、成本相对较低等优势，得到了广泛应用。但随着汽车技术的不断发展，分布电机驱动方案，尤其是以轮边电机和轮毂电机为代表的驱动方案，因在动力分配、控制性能等方面的独特优势，正逐渐成为研究和发展的热点。线控驱动系统认知集中电机驱动方案线控驱动系统认知集中电机驱动方案的电机布置形式如图2-1-2所示。集中电机驱动方案线控驱动系统认知（1）单电机驱动系统主要由电机、减速器、传动半轴和差速器等组成。与传统驱动系统不同，单电机驱动系统不需要离合器和变速器，电机输出的动力经减速器减速增扭后，通过传动半轴传递至差速器，差速器再将动力分配给两侧车轮，实现车辆的驱动。这种系统的结构简单紧凑、成本较低，适用于一些对动力要求相对不高的车型。（2）双电机驱动系统主要由电机、减速器、传动半轴等组成。双电机驱动系统通过两个驱动单元分别驱动两侧车轮，能够提供更大的转矩，满足车辆在高性能、高负荷工况下的动力需求。双电机驱动系统一般借助电子程序来控制两侧车轮之间的差速，从而实现转向。相比于传统机械差速器，这种电子差速控制方式响应速度更快，能够更好地提升车辆的控制性能。分布电机驱动方案线控驱动系统认知分布电机驱动方案的电机布置形式如图2-1-3所示。（1）轮边电机驱动系统通过将电机和减速器组合在一起，对车轮进行单独驱动。电机与固定传动比的减速器安装在台架上，减速器输出轴通过万向节与传动半轴相连，将电机输出的动力传递至车轮。这种驱动方式使得每个车轮都能独立获得动力，使车辆的动力分配更加灵活，显著提升了车辆在复杂路况下的通过性和操控性。（2）轮毂电机驱动系统分为外转子式和内转子式两种类型。外转子式轮毂电机驱动系统采用低速外转子轮毂电机，不需要减速装置，车轮转速与电机转速相同；内转子式轮毂电机驱动系统采用高速内转子轮毂电机，在电机与车轮之间配备固定传动比的减速器。轮毂电机驱动系统直接将电机安装在车轮内部，实现了动力系统、传动系统、制动系统的高度集成，极大地简化了汽车的传动结构。分布电机驱动方案线控驱动系统认知线控驱动系统的工作原理在车辆行驶过程中，整车控制器作为核心控制单元，通过实时采集油门踏板传感器、制动踏板传感器及挡位器的输入信号，结合车辆当前的状态信息（包括车速、电机转速、电池状态等），判断车辆所处的运行工况，并基于预设的控制策略和算法，计算出驱动电机的目标转矩和转速。随后，整车控制器通过高速CAN总线将目标转矩和转速指令，以标准化的CAN报文形式发送至电机控制器。电机控制器接收到控制指令后，通过精确调节母线电压和电机相电流，实现对驱动电机输出转矩和转速的闭环控制。驱动电机输出的转矩和转速经减速器、传动装置传递至车轮，从而驱动车辆行驶。“”线控驱动系统的工作原理线控驱动系统的工作原理如图2-1-4所示。线控驱动系统在动力控制方面具有以下技术优势。01020304采用分布式控制架构，可实现各子系统的协同工作。（1）采用闭环控制策略，可保证动力输出的精确性和稳定性。（4）基于CAN总线实现实时通信，可确保控制指令的快速响应。（2）采用模块化设计，便于进行系统维护和功能升级。（3）线控驱动系统的工作原理线控驱动系统的工作原理如图2-1-4所示。线控驱动系统在动力控制方面具有以下技术优势。智能网联汽车整车控制器的工作原理整车控制器（VehicleControlUnit，VCU）作为智能网联汽车控制架构的核心单元，承担着“车辆大脑”的关键角色。整车控制器采用先进的分布式控制架构，通过高速CAN总线与智能驾驶系统（IntelligentDrivingSystem，IDS）及各执行子系统实现高效的信息交互，构建起完整的车辆控制生态系统。在系统架构层面，整车控制器处于智能驾驶决策层与车辆执行层之间的关键位置，主要用于实现接口功能、协调功能与控制功能三大核心功能。其中，接口功能是指整车控制器通过标准化的CAN总线接口与IDS进行数据交互，提供统一的车辆控制接口；协调功能是指整车控制器可与驱动系统、转向系统、制动系统、换挡系统等执行机构建立实时通信；控制功能是指整车控制器可实现车辆的线控驾驶（DriveByWire，DBW）功能。这种系统架构设计，既保证了各子系统的功能独立性，又保证了整车控制的协调一致性和控制响应的实时性。智能网联汽车整车控制器的工作原理整车控制器采用多源信息融合技术，其信号处理流程主要包括以下步骤：信号采集→信号预处理→数据传输→数据分析。其中，在信号采集过程中，关键输入信号主要包括油门踏板开度信号、制动踏板开度信号、挡位信号、车速信号、电机转速信号、电机转矩信号等。在信号预处理过程中，主要工作包括信号调理、滤波去噪、有效性校验等。在数据传输过程中，通过CAN总线将处理后的信号传输至整车控制器的中央处理单元。在数据分析过程中，整车控制器基于预设的控制算法对这些信号进行实时分析和处理，为驱动控制策略的决策和运算提供可靠的数据基础。在输出控制方面，整车控制器的工作流程主要包括以下步骤：决策运算→指令生成→指令传输→执行控制。根据输入信号进行控制策略运算，将决策结果转换为标准化的控制指令。这些控制指令（主要包括目标转矩和转速指令等）以CAN报文的形式输出，并通过CAN总线传输至电机控制器，实现对驱动电机的精确控制。这种基于CAN总线的分布式控制架构不仅提高了系统的可靠性和扩展性，还为后续系统功能的升级和优化提供了便利。智能网联汽车整车控制器的工作原理图2-1-5所示为整车控制器的工作原理，体现了现代智能网联汽车控制系统的典型架构特征。驱动电机的工作原理永磁同步电机从新能源汽车电机装机量来看，目前新能源乘用车电机装机量在整个行业电机装机量中占据主导地位，而新能源乘用车主要采用的驱动电机为永磁同步电机。在额定工况下，永磁同步电机的效率已达到较高水平，最高效率达94%～97%。但额定效率只能反映部分性能，在峰值功率和高速工况下，永磁同步电机的效率仍有提升空间，需通过不同的技术手段来提高永磁同步电机的效率。综合考虑驱动电机的效率、调速范围、功率密度、控制性能及成本等因素，永磁同步电机具有更强的竞争力，是目前新能源汽车驱动电机的主流选择。直流电机、感应电机与永磁同步电机的性能对比如图2-1-6所示。驱动电机的工作原理永磁同步电机永磁同步电机通常采用高效硅钢材料制成，为改善NVH（Noise、Vibration与Harshness，噪声、振动与声振粗糙度）性能，电动汽车驱动电机一般选用极数多、转速高的设计方案。然而，转速越高，铁损越高，普通硅钢片在高频区的损耗控制能力相对较弱。为降低损耗，可减小硅钢片厚度。从图2-1-7所示的不同频率下的磁滞曲线中可以看出，铁损中的磁滞损耗大约和频率的平方成正比。在高频时，磁滞曲线更“胖”，构成的磁滞环路面积更大，损耗也更高。从图2-1-8所示的硅钢片厚度与损耗的关系中可以看出，硅钢片厚度越小，损耗越低。例如，在某实际应用案例中，30kW的电机在800Hz激励下，0.2mm的硅钢片实际铁损较0.35mm的硅钢片实际铁损降低20%，虽然单铁芯成本增加了22%，但从性价比方面来看，选择0.2mm的硅钢片更合适。驱动电机的工作原理永磁同步电机轮毂电机整车控制器的工作原理轮毂电机可以灵活地布置在各类电动汽车的车轮中，直接驱动轮毂旋转。与内燃机、单电机等传统集中驱动方式相比，轮毂电机驱动方式在动力配置、传动结构、控制性能、能源利用等方面具有明显的技术优势和特点。轮毂电机驱动系统的组成如图2-1-9所示。轮毂电机整车控制器的工作原理轮毂电机驱动系统通过将驱动电机设计、安装在车轮内部，实现了动力系统、传动系统、制动系统的高度集成，输出转矩可直接传输到车轮。这种设计可全部或部分舍弃传统离合器、减速器、传动桥等机械传动部件，使汽车结构得到极大简化，减轻了车辆的质量，降低了车辆的复杂度，同时也提高了车内空间的利用率。轮毂电机的整车布置如图2-1-10所示。（1）轮毂电机的整车布置轮毂电机整车控制器的工作原理（2）轮毂电机的类型轮毂电机主要分为外转子轮毂电机和内转子轮毂电机两种，两者的差异主要体现在有无减速机构上。内转子轮毂电机和轮边电机在传动结构上较为相似，主要区别在于内转子轮毂电机与轮毂集成，而轮边电机设置在轮边。“”轮毂电机整车控制器的工作原理外转子轮毂电机（直接驱动）：转速低、转矩大，通常不需要减速机构，采用直接驱动方案，车轮转速与电机转速一致，电机转速一般为1000～1500r/min。其优点是取消了机械减速机构，效率更高；其缺点是在起步、顶风或爬坡等需要承载大转矩的情况下，需要的电流较大，容易导致电池和永磁体的损坏。外转子轮毂电机的结构示意图如图2-1-11所示。内转子轮毂电机（减速驱动）：转速高、转矩小，需要配备减速器方可驱动车轮。轮边减速驱动一般采用高速内转子轮毂电机，配备固定传动比的减速器，这样能获得较高的功率密度，电机最高转速可达10000r/min。其优点是体积小、质量轻，通过减速增矩后输出转矩大，爬坡性能好；其缺点是难以实现良好的润滑，运行时噪声较大。由于内转子轮毂电机需要集成减速器，考虑到车内空间布局，较少将其用于乘用车。内转子轮毂电机的结构示意图如图2-1-12所示。（2）轮毂电机的类型轮毂电机整车控制器的工作原理（2）轮毂电机的类型轮毂电机整车控制器的工作原理（3）轮毂电机的优势高度集成化：可利用轮毂内部空间，提升了整车布置的设计自由度；有助于实现低地板和一体化电动底盘的车桥设计应用方案；便于进行整车通用化、平台化设计；降低了整车项目开发、部件和产线成本，实现了车辆轻量化。智能汽车最佳动力系统集成技术：轮毂电机在特殊情况下几乎可实现原地转向，具有智能驾驶的灵活性和多样性，是未来汽车电子化、智能化发展的最佳驱动方案。灵活性驱动：采用轮毂电机驱动，传动系统硬件连接改为软连接；各车轮驱动力可控，动力学控制更加方便和灵活；可实现各车轮驱动力的电气制动、机电复合制动，各车轮之间也更容易实现灵活的协调配合。通用化应用：轮毂电机可以匹配纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车等新能源车型；整套驱动系统具有高安全性冗余。轮毂电机的通用化应用如图2-1-13所示。轮毂电机整车控制器的工作原理（4）轮毂电机的技术难点目前，轮毂电机大规模商业化应用仍面临诸多难题。可靠性和一致性调校、簧载质量控制、散热、整车匹配改造技术及成本高等问题，是其大规模商业化应用的主要障碍。可靠性和一致性调校：由于高度集成及电机转速、转矩独立控制，车辆需长期在复杂工作环境下运行，以及轮毂电机贴近地面，因此对其可靠性和一致性调校要求极高。簧载质量控制：由于集成化设计导致簧载质量减少、非簧载质量增加，隔离振动性能下降，会影响车辆行驶的平稳性与安全性，因此对簧下质量轻量化提出了更高的要求。电机控制器的工作原理电机控制器的硬件构成电机控制器的硬件通常分为控制板和驱动板两部分。控制板主要包括主控芯片、CAN、电源电路、旋变电路和采样电路等部件。控制板的主要部件及其常见品牌型号介绍如表2-1-1所示。驱动板主要包括驱动电路和高压采样电路。其中，驱动电路的主要功能是使DSP输出的驱动信号经过隔离芯片，将驱动信号的带载能力加强，以驱动IGBT（Insulate-GateBipolarTransistor，绝缘栅双极晶体管），并将故障信号送到DSP。隔离方式主要有磁隔离、容隔离和光电隔离。高压采样电路包括多个高压采样电阻和隔离运放，主要用于对母线电流电压、三相电流采样。电机控制器的工作原理电机控制器的硬件构成电机控制器的工作原理电机控制器（MotorControlUnit，MCU）是线控驱动系统中的核心部件，也是技术难度最高的部件，它不仅涉及电力电子硬件，还涉及电机控制算法及功能安全软件，以及机械机构和热仿真等。通过电机控制器可以控制驱动电机的转速、转矩和功率，以及车辆的速度、加速性等性能指标。电机控制器的结构如图2-1-14所示。电机控制器的工作原理电机控制器的硬件构成电机控制器的硬件通常分为控制板和驱动板两部分。控制板主要包括主控芯片、CAN、电源电路、旋变电路和采样电路等部件。控制板的主要部件及其常见品牌型号介绍如表2-1-1所示。驱动板主要包括驱动电路和高压采样电路。其中，驱动电路的主要功能是使DSP输出的驱动信号经过隔离芯片，将驱动信号的带载能力加强，以驱动IGBT（Insulate-GateBipolarTransistor，绝缘栅双极晶体管），并将故障信号送到DSP。隔离方式主要有磁隔离、容隔离和光电隔离。高压采样电路包括多个高压采样电阻和隔离运放，主要用于对母线电流电压、三相电流采样。电机控制器的工作原理电机控制器的功能（1）CAN通信电机控制器具有高速CAN通信功能，能根据整车CAN总线协议内容正确地进行CAN报文发送、接收及解析，有效地实现单品及整车功能策略。（2）能量转换电机控制器可以实现电能与机械能的双向转换。电机控制器的工作原理电机控制器的功能（3）转矩控制指令执行电机控制器可精确执行转矩控制指令。正转矩控制指令执行（驱动工况）：当驾驶员踩下油门踏板时，电机控制器接收整车控制器发送过来的正转矩控制指令，控制驱动电机输出正转矩，从而驱动车辆加速行驶。正转矩控制指令执行示意图如图2-1-17所示。电机控制器的工作原理电机控制器的功能（4）放电功能电机控制器中包含大容量电容，考虑到电容自行放电时间长，存在高压安全风险，电机控制器需具有放电功能。（5）安全保护功能。电机控制器集成了多重安全保护机制，具有故障检测、故障提醒、故障处理等安全保护功能。电机控制器的工作原理电机控制器的故障诊断减速器的工作原理减速器作为高转速驱动电机的关键配套部件，主要用于将电机输出的高转速转换为适合车辆行驶的低转速，同时提高输出转矩。在现代电动汽车中，减速器通常与驱动电机和电机控制器高度集成，形成紧凑的动力总成。这种集成化设计取代了传统内燃机汽车中的复杂变速器结构。减速器的典型结构如图2-1-19所示。减速器按照传动等级不同可分为单级减速器和多级减速器；按照齿轮形状不同可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥-圆柱齿轮减速器；按照传动系统的布置形式不同可分为展开式减速器、分流式减速器和同轴式减速器。02线控制动系统的装配制动系统是汽车安全控制的核心系统之一，其主要功能是通过对车轮施加制动力，使车轮与路面之间产生阻碍车辆运动的反作用力，从而实现车辆的减速控制、停车控制及驻车保持。根据功能需求不同，制动系统可分为行车制动系统和驻车制动系统。行车制动系统用于实现行驶车辆的主动减速和紧急制动，其制动力可根据驾驶员的操作输入进行连续调节；驻车制动系统用于确保车辆在静止状态（包括坡道驻车工况）下保持稳定，防止车辆意外移动。制动系统的性能直接影响汽车的主动安全性和操纵稳定性，其结构如图2-2-1所示。线控制动系统的分类目前，线控制动系统作为智能驾驶和新能源汽车的关键系统，主要分为三种类型：电子液压制动（Electro-HydraulicBrake，EHB）系统、电子机械制动（Electro-MechanicalBrake，EMB）系统及混合线控制动（HybridBrake-By-Wire，HBBW）系统。其中，EHB系统凭借其高技术成熟度和可靠性，已率先实现规模化量产，而EMB系统、HBBW系统仍处于研发和小规模应用阶段。制动系统刹车结构演变如图2-2-2所示。线控制动系统的分类EHB系统EHB系统是对传统液压制动系统的电气化升级，其核心创新在于用电子制动踏板取代了机械液压制动踏板，并用由电机驱动的电动液压泵取代了真空助力器等传统机械部件，同时保留了液压执行机构。EHB系统的结构示意图如图2-2-3所示。线控制动系统的分类EHB系统结构优化。EHB系统的集成度高，结构更紧凑，便于整车布置。性能提升。EHB系统的制动性能显著提升，控制精度和可靠性高。舒适性改善。EHB系统的制动噪声大幅降低，制动踏板振动（打脚现象）有效减轻，可提供更线性的制动踏板反馈。响应速度快。EHB系统采用电信号传输控制指令，响应时间缩短，制动距离减小。兼容性强。EHB系统无须依赖真空源，适用于传统燃油汽车和新能源汽车（如纯电动汽车和混合动力汽车）。EHB系统主要优势线控制动系统的分类EMB系统EMB系统是一种革命性的线控制动方案，完全摒弃了传统液压制动系统中的制动液、液压管路和液压执行机构，通过电机直接驱动制动器产生制动力，实现了真正的“干式”制动。EMB系统的结构示意图如图2-2-4所示。线控制动系统的分类HBBW系统HBBW系统是一种折中的线控制动方案，结合了EHB系统和EMB系统的优势，通常采用前轴EHB系统和后轴EMB系统的配置方式。HBBW系统的结构示意图如图2-2-5所示。HBBW系统在保证高可靠性的同时，兼具技术先进性和成本效益，是当前线控制动技术发展的重要方向之一。前轴采用EHB系统，可实现单轮制动力精确调节，支持ADAS功能。同时保留液压备份，以确保系统失效时的安全性。后轴采用EMB系统，一方面可以缩短制动管路，消除长管路带来的压力损失和控制延迟；另一方面便于集成电子驻车制动（ElectricalParkingBrake，EPB）功能，可提升驻车操作的便捷性，还可减轻后轴质量，优化整车质量分配。线控制动系统的分类HBBW系统线控制动系统的结构与工作原理EHB系统EHB系统是一种基于传统液压制动系统的电气化升级线控制动方案，主要由液压控制模块、制动踏板模块、液压控制单元（HydraulicControlUnit，HCU）、制动器及各类传感器等部分组成。EHB系统在传统液压制动系统的基础上实现了电气化升级，兼具可靠性和先进性，是目前应用十分广泛的线控制动方案。其核心优势在于保留了液压制动的可靠性，同时通过电子控制提升了性能和智能化水平。EHB系统的基本结构如图2-2-6所示。线控制动系统的结构与工作原理EHB系统（1）系统组成液压控制模块：主要包括电机、电机泵、高压蓄能器和电磁阀等，用于调节液压管路中的压力。制动踏板模块：主要包括制动踏板、制动踏板传感器、踏板行程模拟器、主缸和储油杯等，用于检测驾驶员的制动意图。HCU：负责接收制动踏板开度信号、车辆状态信号及反馈信号，通过控制电机调节液压管路压力，实现对车轮制动力的精确控制。备用阀：在电子系统正常工作时处于关闭状态，断开制动踏板与制动器之间的直接液压连接；在电子系统故障时打开，恢复传统液压制动功能。线控制动系统的结构与工作原理EHB系统（2）工作原理当电子系统正常工作时，制动踏板与制动器之间的直接液压连接被断开，备用阀关闭。制动踏板配备了制动踏板传感器和踏板行程模拟器，HCU通过传感器信号识别驾驶员的制动意图，并控制电机执行加压、保压或减压操作，实现车辆的精准制动。当电子系统发生故障时，备用阀打开，系统切换为传统液压制动模式，确保制动功能不失效。EHB系统的工作原理如图2-2-7所示。线控制动系统的结构与工作原理EMB系统EMB系统是一种完全电气化的线控制动方案，主要由车轮制动模块、制动踏板模块、ECU、通信网络和电源等部分组成。EMB系统代表了线控制动系统的未来发展方向，其完全电气化的设计大幅简化了系统结构，提升了响应速度和环保性。然而，其技术成熟度和可靠性仍需进一步提升，特别是在高温、振动等恶劣工况下的稳定性。EMB系统的基本结构如图2-2-8所示。线控制动系统的结构与工作原理EMB系统（1）系统组成车轮制动模块：主要包括制动执行器、制动控制器、机械传动机构和传感器（如制动力传感器、轮速传感器）等，用于产生制动力。制动踏板模块：主要包括制动踏板、制动踏板传感器和踏板行程模拟器等，用于检测驾驶员的制动意图。ECU：负责接收并处理传感器信号，识别驾驶员的制动意图，计算每个车轮实时所需的最佳制动力，并输出控制指令。通信网络：用于实现各模块间的信号传输。电源：用于为系统提供所需电能。线控制动系统的结构与工作原理EMB系统（2）工作原理当汽车在不同工况下行驶时，如果产生减速需求，驾驶员就会踩下制动踏板，制动踏板传感器检测出踏板加速度、踏板位移及踏板力等制动信号。ECU通过通信网络接收制动信号，综合当前车辆行驶状态下的其他传感器信号，结合相应的意图识别算法，识别出驾驶员的制动意图，计算出每个车轮实时所需的最佳制动力。4个独立的车轮制动模块接收ECU输出的控制指令，先控制电机的转速，完成转矩响应，然后控制制动执行器来产生相应的制动力，实现制动。EMB系统的工作原理如图2-2-9所示。线控制动系统的结构与工作原理EHB系统与EMB系统的特点分析EHB系统与EMB系统的优势与不足如表2-2-1所示。03线控转向系统的装配线控转向（Steer-By-Wire，SBW）系统是一种通过电信号实现方向盘与转向机构之间的连接和控制的转向系统，它完全摒弃了传统的液力或机械物理连接。线控转向系统主要由以下三大部分组成：①方向盘系统，包括方向盘、转矩传感器、转向角传感器、转矩反馈电机和机械传动装置等；②电子控制系统，包括车速传感器、横摆角速度传感器、加速度传感器和ECU等，用于提升车辆的操纵稳定性；③转向执行系统，包括角位移传感器、转向电机、齿轮齿条转向机构和其他机械转向装置等。线控转向系统的整体结构如图2-3-1所示。EPS系统的结构与工作原理电动助力转向（ElectricPowerSteering，EPS）系统是线控转向系统的重要组成部分，主要由电机、转矩传感器、EPS-ECU、减速器等部件组成，其结构如图2-3-2所示。EPS系统的结构与工作原理依据电机种类和助力位置，EPS系统可分为转向柱助力式EPS系统、齿轮助力式EPS系统、齿条助力式EPS系统三类。其中，转向柱助力式EPS系统成本低，广泛应用于经济车型；齿轮助力式EPS系统的电机布置在小齿轮附近，具有节能和低噪声的特点；齿条助力式EPS系统的电机布置在齿条附近，具有助力损失小、噪声低和振动小的特点，主要用于高档车型。各类EPS系统的特点对比如表2-3-1所示。EPS系统的分类EPS系统的结构与工作原理EPS系统的分类EPS系统的结构与工作原理电机EPS系统的结构与工作原理电机有刷电机在电刷和换向器转动的同时切换电流，所以接通电源就能转动，成本较低。但是有刷电机的绕组布置在转子侧，随着输出功率的增加，电机的惯性力矩也会增加，需要解决转向操作灵敏度变差的问题。无刷电机本身不具备整流作用，所以需要内置转向角传感器，通过电路切换对应转向角信号的电流，结构复杂且成本高。但是无刷电机的绕组布置在定子侧，转子侧为永磁体，即使输出功率增加，也能抑制惯性力矩的增加，因此惯性力矩小，适合进行高功率输出。EPS系统的结构与工作原理转矩传感器转矩传感器是EPS系统中的关键部件，用于测量驾驶员进行转向操作时施加的转矩。作为EPS系统获取基本转向信息的重要装置，转矩传感器的核心结构包括安装在转向轴上的扭力杆和用于测量扭力杆扭转角度的传感器组件，其结构如图2-3-4所示。EPS系统的结构与工作原理转矩传感器（1）磁感应式转矩传感器。该类型转矩传感器通过在扭力杆的上、下位置设置补偿线圈和检测线圈，利用线圈凹凸相对位置随扭力杆扭转而产生的变化，获取相应的磁路变化信号。这种设计具有可靠性高、响应速度快的特点，已在EPS系统中得到广泛应用。磁感应式转矩传感器如图2-3-5所示。EPS系统的结构与工作原理转矩传感器（2）霍尔集成电路式转矩传感器。该类型转矩传感器采用先进的磁电转换技术，其核心结构是在扭力杆上布置多极磁体，并通过精密设计的磁束环对扭力杆扭转时产生的磁力不平衡进行有效聚合。该类型转矩传感器利用霍尔集成电路将磁通量变化转换为电信号，从而实现转矩的精确测量。霍尔集成电路式转矩传感器如图2-3-6所示。EPS系统的结构与工作原理转矩传感器（3）双旋转变压器式转矩传感器。该类型转矩传感器在扭力杆的上、下两端各安装一个转向角传感器（旋转变压器），通过直接测量两端的转向角，计算其差值来确定扭转量，进而将其换算为转矩值。这种设计不仅可精准测量转矩，还可同时测量转向角。需要注意的是，当采用旋转变压器时，需要在ECU侧配置相应的信号处理电路。双旋转变压器式转矩传感器如图2-3-7所示。EPS系统的结构与工作原理EPS-ECUEPS-ECU（ElectricPowerSteering-ElectronicControlUnit，电动助力转向电子控制单元）采用模块化设计，主要由主控模块、监测模块、驱动模块、电源管理模块和通信模块组成。其中，主控模块主要包括用于进行系统控制的微控制器；监测模块主要包括专用集成电路或辅助微控制器；驱动模块主要包括电机驱动电路（含驱动电路和转换电路）；在电源管理模块中，由继电器实现电机路径及电源路径的通断控制；通信模块主要包括负责接收和处理外部信号的接口电路。EPS系统的结构与工作原理EPS-ECU其中，电机驱动电路采用PWM（PulseWidthModulation，脉宽调制）技术对功率MOSFET（Metal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistor，金属-氧化物-半导体场效应晶体管）进行精确控制。无刷电机型EPS-ECU的电路如图2-3-8所示，有刷电机型EPS-ECU的构成如图2-3-9所示。有刷电机型EPS-ECU额外配置了电源滤波电路，包括用于抑制电源干扰的电感线圈、用于稳定电流的电解电容器及电源继电器。为满足紧凑型设计要求，部分型号的EPS-ECU采用半导体继电器替代传统电磁继电器。EPS系统的结构与工作原理EPS-ECUEPS系统的控制策略助力基本控制EPS系统的控制策略助力基本控制助力基本控制是EPS系统的核心控制策略，旨在根据驾驶员的转向操作提供精确的助力支持，其控制过程包括以下4个关键步骤。01020304由于转矩传感器信号存在一定的响应延迟，EPS系统需通过相位补偿算法对信号进行修正，以确保助力响应的实时性和准确性。相位补偿在基本助力的基础上，叠加辅助控制量（如惯性补偿、回位修正等），形成最终的助力指令值，并传递给电机电流控制模块。辅助控制量叠加基于相位补偿后的转矩传感器信号，结合车辆特性（如车速、转向角等），通过预设的助力图确定目标助力。助力计算为提高驾驶舒适性和安全性，EPS系统会根据车速动态调整助力。低速时提供较大的助力以减小转向力，高速时减小助力以增强转向稳定性。车速感应特性EPS系统的控制策略助力辅助控制惯性补偿电机和机械部件的惯性力矩会影响助力响应的平顺性，EPS系统可通过惯性补偿算法消除惯性力矩的影响，以确保助力过程的平稳性。回位修正在转向后，由于车轮的回正力矩作用，方向盘会自动回位。EPS系统可通过回位修正算法提供适当的助力，使方向盘能够快速、平稳地回到中心位置。阻尼修正在驾驶员松开方向盘或方向盘自由回位时，EPS系统可通过阻尼修正算法抑制方向盘的振荡，以确保方向盘的稳定性。摩擦修正电机和机械部件的摩擦力会导致助力响应延迟，EPS系统可通过摩擦修正算法补偿摩擦力，提高助力的灵敏度和一致性。EPS系统的控制策略电机电流控制EPS系统通过电流传感器检测电机实际电流，并与目标电流指令值进行比较，利用PI（ProportionalIntegral，比例积分）控制器对偏差进行修正，生成电压指令值。（1）反馈控制将电压指令值转换为PWM信号的占空比，通过控制MOSFET的开关状态调节电机电流，实现助力的精确控制。（2）PWM控制对于无刷电机，EPS系统采用矢量控制策略，通过检测电机转向角信号，将电流分解为d轴和q轴分量，并分别进行PI控制，以提高控制精度和响应速度。（3）矢量控制（适用于无刷电机）除传统的反馈控制外，部分EPS系统还采用观察器控制或模型匹配控制等高级控制算法，进一步提升控制性能。（4）高级控制算法EPS系统的控制策略失效保护机制EPS系统采用多重失效保护机制，为了提供约10倍于驾驶员转向力的助力，需要在助力出现异常时迅速进行检测，并采取准确的应对措施。需重点关注的异常状态主要有系统过热、方向盘锁死（方向盘无法转动）、方向盘自由转动（方向盘可随意自由转动）3种。助力异常检测项目如表2-3-2所示。EPS系统的控制策略失效保护机制EPS系统的失效保护机制采用方向一致性检测方法，通过检测转向力与助力方向的一致性实现联锁保护。对于协同控制系统，采用控制计算监测机制确保系统可靠性。当检测到异常时，EPS系统将立即执行安全关闭程序。EPS系统的控制策略通过多层次、多目标的协同控制，在确保驾驶舒适性的同时，提供了优异的转向性能和安全性，充分体现了现代汽车电子控制系统的先进性和可靠性。04整车控制器的装配整车控制器在整车控制体系中占据核心地位，堪称整车的“大脑”。它借助通信总线，与电池系统、线控驱动系统、线控制动系统、线控转向系统等关键系统紧密相连，实现全方位的协同管理。具体而言，整车控制器负责对挡位信号、油门信号、制动信号等关键信号进行精确控制，依据实时获取的动力电池电量等信息，精确计算并输出所需的转矩控制指令，同时承担着整车低压、高压的上下电管理，以及能量回收等重要控制任务。作为线控底盘的核心组件，整车控制器肩负着整车能量分配管理的重任，覆盖转矩管理、电机与电池协调管理、充电管理及故障诊断等多个关键领域。它通过采集驾驶员操作指令、车速、驱动电机转速、电池荷电状态（StateofCharge，SOC）、水温等参数，智能选择线控底盘的最佳能量输出模式，致力于达成电机、电池与传动系统的优化匹配目标。设计性能卓越、成本合理的整车控制器，对于提升新能源汽车的动力性、经济性与安全性等整车性能具有极为关键的作用。整车控制器电路板如图2-4-1所示。整车控制器的组成整车控制器主要由硬件和软件组成，硬件包括壳体和硬件电路，软件分为应用软件和底层软件。整车控制器的结构如图2-4-2所示。壳体肩负着保护硬件电路及实现密封的重任，不仅要满足防水、防尘等严苛的清洁度要求，防止外部杂质对电路造成损害，还要具备抵御跌落、振动等机械冲击的能力，确保在复杂的车辆运行环境下，硬件电路始终能稳定地工作。硬件电路以主控芯片（通常采用32位处理器芯片）为核心，与周边的时钟电路、复位电路、电源电路协同工作。此外，为满足多样化的信号处理需求，硬件电路一般还配备数字/模拟信号处理电路、频率信号处理电路及通信接口电路等。这些电路协同工作，确保主控芯片能够高效地处理各类输入信号，并准确地输出控制指令。整车控制器的组成整车控制器的组成应用软件和底层软件通常采用C语言编写。应用软件主要承载上层控制策略，其核心任务是依据车辆的实时状态及驾驶员的操作意图，动态控制能量的流向与分配比例，从而实现整车的高效运行与性能优化。底层软件主要负责单片机的初始化设置，保障CAN总线信号的实时、准确收发，以及对输入、输出信号进行实时处理与诊断，为上层应用软件的稳定运行提供技术支持。整车控制器的组成如图2-4-3所示。整车控制器的功能介绍满足自动驾驶及遥控驾驶需求的线控底盘整车控制器，作为新能源及自动驾驶电动汽车的核心控制单元，通过硬线连接或CAN总线等通信方式，与电机控制器、线控转向系统、线控制动系统、线控灯光系统等进行高效的信息交互。整车控制器对接收到的各类信息进行深度处理，精准判断各控制单元及整车系统的运行状态，进而发出合理、安全的指令，促使各控制单元协调一致、安全可靠地工作，最终实现线控底盘系统的各项功能。在通常情况下，整车控制器需要采集整车的挡位信号、油门信号、制动信号等反映驾驶员操作意图的相关动力输出信号，也可接收遥控器发送的行走、转向、制动、灯光等指令，以此实现整车的驱动控制。同时，整车控制器要时刻监控各传感器与执行器的工作状态，及时发现并处理异常情况，切实保障整车及驾驶员的安全。整车控制器的功能如图2-4-4所示。整车控制器的功能介绍驾驶员通过直接操作车辆的相关部件，如方向盘、油门踏板、制动踏板等，实现对车辆的驾驶控制，整车控制器实时采集驾驶员操作信号，并据此控制车辆各系统的运行。（1）手动驾驶。用户可通过遥控器向整车控制器发送指令，整车控制器接收并解析指令后，控制车辆执行相应的动作，如前进、后退、转向、制动等。这种功能模式适用于一些特殊场景，如狭窄空间内的车辆操控等。（2）遥控驾驶。整车控制器结合车辆自身传感器（如摄像头、雷达等）获取的环境信息，以及预设的行驶路径和规则，自动控制车辆的行驶，包括车速调节、转向控制、制动操作等，实现车辆的自主行驶。（3）自动驾驶。线控底盘系统的整车控制器具备多种可灵活切换的功能模式，主要包括以下3种。整车控制器的功能介绍整车控制器的功能定义完整且典型的整车控制器架构主要包括任务调度、控制策略、底层驱动等核心模块，如图2-4-5所示。整车控制器的控制策略采用基于模型设计（Model-BasedDesign，MBD）的开发方式，借助先进的自动代码生成技术，结合底层驱动模块生成C代码，并将其下载至整车控制器硬件平台，实现对整车的精确控制。这种开发方式不仅提高了开发效率，还确保了代码的可靠性和可维护性。整车控制器的功能定义功能切换通过模式切换开关，整车控制器能够灵活切换整车的工作模式，从而确定整车控制器所需的关键信号来源，包括油门/车速、制动、转向、灯光等信号。不同的工作模式对应不同的信号处理逻辑与控制策略，可以满足多样化的驾驶需求。例如，在ECO（经济）模式下，整车控制器会优先考虑能量效率，限制电机输出功率；在Sport（运动）模式下，整车控制器会释放更多的动力输出，以提升驾驶体验。整车控制器的功能切换如图