分布式驱动电动汽车底盘集成控制技术综述

分布式驱动电动汽车底盘集成控制技术综述

刘海艳

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摘要：分布式驱动电动汽车可控自由度高、响应速度快、底盘线控集成度高、车辆结构紧凑，是实现先进车辆动力学控制技术的最佳平台。线控转向系统、线控驱动／制动系统、线控悬架系统等线控系统，制动防抱死系统、车道保持系统、自适应巡航系统、变道辅助系统等不同等级的辅助驾驶系统的广泛使用，造成车辆底盘控制中出现冗余及冲突。分布式驱动结构形式为多线控系统及线控系统与辅助驾驶系统间的高效、协同控制带来了更大的可能。基于此，从集成控制策略架构、纵－横向动力学集成控制、横－垂向动力学集成控制、纵－垂向动力学集成控制、纵－横－垂向动力学集成控制、容错控制、分布式驱动智能电动汽车底盘动力学集成控制等方面重点阐述分布式驱动电动汽车底盘集成控制技术的最新进展。通过对文献分析总结可以看出：基于分层式控制架构的分布式驱动电动汽车动力学集成控制是当前研究重点；一体化集成控制目标、高级辅助驾驶系统与底盘控制系统深度融合及个性化集成控制等问题亟待解决。研究成果能为分布式驱动电动汽车底盘高性能集成控制技术发展提供参考。

关键词：分布式驱动；电动汽车底盘；集成控制技术

引言

工业的快速发展、汽车生产制造技术的改善以及人民生活水平的不断提高促使中国汽车保有量持续增长。与传统的内燃机汽车相比，电动汽车机械噪声小、排放污染少，可以采用核能和替代能源作为能量来源，能够减轻中国交通对石油的依赖。上述电动汽车在改善生态环境和新能源利用等方面具有无可比拟的优势，使其成为当前实现中国“交通强国”战略和“双碳”目标切实可行的途径之一。电动汽车按照驱动电机的数量和布置形式可以分为单电机集中式驱动电动汽车和多电机分布式驱动电动汽车。单电机集中式驱动是目前量产电动汽车主要采用的驱动形式。多电机分布式驱动电动汽车作为一种具有全新驱动形式按照电机数量可以进一步分为双电机驱动、三电机驱动和四电机驱动；按照电机安装方式可以分为轮边电机驱动和轮毂电机驱动。

1新能源汽车底盘设计的重要性

不管是燃油汽车还是新能源汽车，底盘都是最关键的组成部分。底盘是否具备强稳定性对汽车安全行驶具有深远意义。纵观新能源汽车设计结构不难发现，电池多数情况下都会置于在底盘上，为此设计人员在设计底盘时必须考虑电池，安全问题。举例来说：汽车长时间停放在阴冷潮湿环境中，很容易会致使底盘部件生锈；行驶环境恶劣时，底盘可能会与尖锐物体发生意外碰撞，造成严重刮伤或电池遭受外界压迫导致自燃。基于此，为了最大限度地保障汽车行驶安全，应通过科学手段持续加强改进新能源汽车底盘设计。

2集成控制架构

2.1分散式控制架构

传统车辆底盘控制大多数采用分散式控制架构，各子控制系统根据控制功能单独配备传感器采集车辆状态数据，子系统控制器根据各自的控制目标输出控 制指 令给 子 系统 执行器。分散式架构有利于系统模块化、便于控制功能扩展与更新，当需要引入新的底盘控制系统时不需要大范围的重新设计，也不需要额外的高级控制器。Ｖｉｖａｓ－Ｌｏｐｅｚ认为基于分散式控制架构开发单目标控制系统可 以缩 短开 发周 期、提高 经济 效 益。但面对多目标控制系统开发时，系统开发成本与底盘空间布置方面不再有优势。

2.2滑板式底盘

新能源汽车底盘设计应严格遵守舒适性、实用性以及科学性原则。在设计底盘过程时，应充了解新能源汽车的特征，优化、完善底盘设计，体现底盘的重要作用。铝制滑板式底盘最受汽车研究者青睐，其具有以下四方面的优点：（1）高自由度。将铝制滑板式底盘科学应用于新能源汽车中，可以保障底盘与平面式车身互不干扰，便于设计者设计出更多富有创造性的汽车造型。（2）高操作性。以滑板式底盘为基础的新能源汽车通常会在底盘上设置关键零部件和系统，确保车辆重心始终保持在正常阈值，促使汽车操作性获得大幅提升，为驾驶员提供更加舒适的驾驶体验。

2.3做好底盘的调教

现阶段，新能源汽车想要长远发展就必须研究出更适合自身的结构布局。然而，整体结构布局发生变化，其轴负荷和质心位置也会随之改变，故而设计人员设计汽车底盘时，根据实际情况作出实时调整与修改至关重要。例如，通过合理优化悬架系统与重新计算汽车负载，尽可能增强汽车行驶稳定性，为用户人身安全提供强有力保障。

3分布式驱动电动汽车底盘容错控制及域控制

3.1容错控制

由于分布式驱动电动汽车是一个典型的过驱动系统，系统复杂性高、耦合性强、执行器与传感器数量多，因此各子系统 发生 失 效的 概率也 大幅增 加。且由于各子系统的复杂耦合关联关系，失效后引起的整车动力学响应也更加复杂。为了保证分布式驱动电动汽车在传感器失效、驱动系统、底盘执行机构发生故障时仍能具备安全行驶能力，不少学者展开了分布式驱动电动汽车容错控制研究，控制方法主要有两类：被动容错和主动容错。被动容错控制在不改变控制器和系统结构的条件下，通过对可能发生的故障进行分类概括，只需预先制定逻辑规则，使得其对外界扰动或特定故障具有鲁棒 性，达到 故 障 容 错的目 的。

3.2域控制器

车辆电控化、智能化、网联化技术迅速发展，汽车 ＥＣＵ 数量不断增加，目前普通乘用车采用约２５个 ＥＣＵ，部分高端车型甚至已突破百个 ＥＣＵ。随着传感器数量和融合算法的增加，现有广泛使用的传统分布式电子电气架构面临 ＥＣＵ 数量增加冗余成本提升、传感器 数据 耦 合困难、布 线复杂度提升、线束成本提升等问题，难以支撑车辆更多智能网联功能的实现，为了解决控制系统速度与安全问题，汽车控制组织架构开始由分布式控制、集中式控制向域集中式控制进化。域控制器（Ｄｏｍａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ，ＤＣＵ）的概念最早是以博世、大陆为首的控制系统级供应商提出，以解决信息安全、控制单元数量较多带来的计算负荷大的问题。域控制器将整车电控系统按照功能划分为动力域（安全）、底盘域（操纵）、信息娱乐域（座舱域）、自动驾驶域（高级辅助驾驶域）和车身域（车身电子）五大区域，每个区域设计相互独立功能和控制目标的域控制器，最后通过 ＣＡＮ 总线或其他通信方式与控制主线连接，实现整车的信号通信。然后利用处理能力强大的多核 ＣＰＵ／ＧＰＵ 芯 片 相对集中的控制域内原本归属各个 ＥＣＵ 的大部分功能。

3.3优化汽车底盘系统

一是要对底盘材质进行科学优化；二是要将研究重心转向汽车底盘一体化方面，既要降低新能源汽车整车重量，又要保证行驶平稳性和高性能。因此，各车企可以共享底盘设计平台，最大限度地缩短底盘开发周期，从而营造良好的行业环境。

3.4重视新型技术的应用

虽然新能源汽车行业得到了政府大力支持，但新能源汽车发展仍有很大提升空间。因此，有关企业和技术人员必须重视前沿技术的应用，在车身结构设计方面，针对目前存在不足可以适当引入国外先进技术，降低开发费用，促进新能源汽车产业健康发展。

结语

综上所述，随着电动汽车的不断推广应用，智能化、网联化技术不断发展，分布式驱动电动汽车是未来汽车电动化的必然趋势。分布式驱动电动汽车各驱动轮独立精确控制的优势，结合日益发展的电控执行器和底盘线控技术，使得分布式驱动电动汽车底盘集成控制技术必将得到更多关注。底盘集成控制可以实现整车控制系统整体规划，消除各系统冲突，扩展整车安全运行区域，提高整车动力学控制效果。

参考文献

［ 1］ 陈平,朱贤,胡方勤,等 . 基于纯电动汽车平台的总装底盘整体式合装工艺设计[J]. 汽车工艺与材料,2020(10):1-6.

［ 2］ 张方哲,贾纯洁 . 基于价值流的飞机蒙皮族零件 生 产 精 益 改 善 [J]. 工 业 工 程 ,2019, 22(6):110-118.