开云电子kaiyun技术在确保车辆的稳定性、性能和安全性方面发挥着至关重要的作用。它包含一系列系统和组件，这些系统和组件协同工作以管理和优化车辆动力学的各个方面，包括悬架、转向、制动、牵引力和稳定性控制。这些系统不仅增强了驾驶体验，还有助于预防事故和提高整体车辆安全性 [1]。随着自动驾驶技术的进步，自动驾驶功能的实现依赖于感知层、决策层和执行层的协同配合，因此对将所有控制功能集成在执行层的车辆底盘提出了更高的要求。将机械传动控制升级为线控，满足了车架级自动驾驶技术对电信号传输的实时性、安全冗余性、高性能、智能化的要求。纵观历史，底盘控制技术已经发生了重大发展。最初，简单的机械系统用于提供基本的悬架和转向功能。然而，随着技术的进步，这些系统的复杂程度和功能呈指数级增长。如今，汽车制造商采用各种类型的悬架系统，例如独立悬架和主动悬架，以提供卓越的乘坐舒适性和控性能 [2]。转向系统是底盘控制技术的另一个关键组成部分。在现代车辆中，传统的转向机构，如齿轮齿条系统，已被电动助力转向 （EPS） 所取代。EPS 提供更高的精度、控制和燃油效率，使其成为现代底盘控制系统不可或缺的一部分 [3]。此外，线控转向技术越来越受到关注，实现了转向的电子控制，进一步彻底改变了驾驶体验。制动系统在底盘控制领域的重要性不容忽视。制动系统确保车辆安全减速和停止的能力。传统上，使用液压制动系统，但已经引入了防抱死制动系统 （ABS） 和再生制动等进步。ABS 可防止车轮在紧急制动情况下抱死，增强控制和稳定性。再生制动常见于电动和混合动力汽车中，它将动能转化为电能，从而提高整体效率 [4]。牵引力和稳定性控制系统在保持车辆稳定性和防止事故方面发挥着关键作用。牵引力控制系统在加速过程中管理车轮打滑，即使在湿滑的表面上也能确保最大的牵引力。电子稳定控制系统 （ESC） 结合了各种传感器和控制机制，可自动检测和纠正横向打滑或失控 [5]。它是现代车辆中必不可少的安全功能，可显著降低翻车风险。技术包括各种系统和组件，它们协同工作以提高车辆的性能、稳定性和安全性。从悬架和转向到制动和牵引力控制，每个组件在确保平稳和安全的驾驶体验方面都发挥着至关重要的作用 [6]。随着技术的进步，这些组件之间的集成和通信变得更加复杂，预示着未来会有更多令人兴奋的发展。本文对汽车转向/制动/驾驶/悬架系统进行了全面的回顾和讨论，分析了它们的系统组成、技术现状和关键技术。首先，它引入了线控系统中的容错技术，包括硬件冗余和软件冗余。硬件冗余备份可以提高系统可靠性，而软件冗余则依赖于控制器中的容错算法来提高系统冗余度。这两种类型的冗余技术具有很强的互补性，这种互补的设计保证了系统在面对故障时能够保持较高的性能水平，大大降低了故障带来的风险，为提高线控系统的稳定性和可靠性提供了有力的支持。本文重点介绍线控制动系统，并介绍了一种优化的制动力分配策略，以确保车辆的安全性和稳定性。这种策略不仅提高了制动效率，还增强了车辆的稳定性。此外，它还介绍了轮毂电机驱动系统在线控驱动系统中的应用。该系统可以灵活地放置在电动汽车的车轮上，具有集成度高、驾驶灵活等优点。使用碳硅的电机控制器技术适合作为功率半导体材料，虽然目前面临高成本的挑战，但其优异的导热性和导电性使其在电机控制系统中具有广阔的应用前景。此外，对于线控悬架系统，关键技术包括被动容错控制和主动容错控制。被动容错控制针对预定义的故障提前设计固定的容错控制律，实现时间和成本相对较低。主动容错系统基于 FDD（故障检测和诊断），其中诊断单元在系统发生故障时检测和诊断故障。然后，控制反馈或前馈控制器获得适当的容错控制律，以确保闭环系统的稳定性。这两项技术的应用大大提高了车辆的控性能和乘坐舒适性。然而，系统仍然面临一些挑战。例如，硬件冗余设计和软件冗余设计的成本相对较高，需要在可靠性、成本和性能之间取得平衡。此外，线控转向系统的安全性和可靠性仍有待提高。由于线控制动系统依靠控制器来实现系统控制，因此控制器可靠性、抗干扰性、容错性以及多个控制系统通信之间的实时响应等因素都有可能影响制动控制。然而，随着技术的不断发展，未来的

　　2. 汽车线所示，汽车转向系统经历了几个阶段，包括机械转向系统、液压助力转向 （HPS） 系统、电动液压助力转向 （EHPS） 系统、电动助力转向 （EPS） 系统和线控转向 （SBW） 系统 [7,8]。与 EPS 相比，线控转向系统消除了方向盘和方向盘之间的机械连接 [9,10,11,12,13,14]。

　　图 1.（左）汽车转向系统的发展;（右）线控转向的概念。全球主要汽车制造商和供应商都对线控转向系统进行了深入研究，TRW （TRW Automotive Holdings Corp）、Delphi 和 ZF 等国际知名供应商都制造了用于实验研究的物理原型。梅赛德斯奔驰、宝马、通用汽车等国际知名汽车制造商展出了一款采用线 年代后期，德国的 Kasselmann 开始开发线 年代，奔驰开始研究前轮转向，并将线控转向系统应用于概念车“F400 Carving”。2000 年，宝马在概念车“BMW Z22”上应用线控转向，转向角减小到 160 度。2013 年，Infinity Q50 应用了线控转向技术，其中利用两个电机和三个相互监控的 ECU 来实现转向。2017 年，美国施耐德开发了由“静音方向盘系统”和“按需转向系统”组成的线控转向系统。目前，我国线控舵系统的研究正逐渐从理论走向实践，并取得了一定的进展 [15]。线控转向系统分为三部分：方向盘模块、转向执行模块和中央控制单元（ECU）[16]。所述方向盘模块包括方向盘扭矩、角度传感器、路感电机及其减速器[17]等部件;转向执行模块包括线性位移传感器、角度传感器、转向电机及其减速机构等部件;此外，线控转向系统还包括转向控制器和电源等组件[18]。所述方向盘模块（即方向盘）用于接收驾驶员的转向控制;方向盘扭矩传感器和角度传感器用于收集驾驶员通过方向盘输入的扭矩、角度和速度;路感电机及其减速器为驾驶员提供路感信息，并输出方向盘的返回扭矩。转向执行模块包括各种传感器，线性位移传感器用于采集转向执行器的线性位移信号，并将其转换为前轮角度信号;所述角度传感器用于采集方向盘的角度信息;转向电机及其减速机构用于克服转向阻力，驱动转向系统通过相应的角度旋转;齿轮齿条转向器用于接收和放大转向执行器电机的输出扭矩，驱动方向盘转动。转向控制器由多个控制器组成。方向盘模块控制器从方向盘模块采集相关信号，接收目标返回扭矩信号，并向道路感应电机发送控制信号;转向执行模块控制器负责从转向执行模块收集相关信号，接收目标方向盘角度信号，并向转向电机发送控制信号 [19]。线控转向系统与车辆中的其他电气设备共享电池电源。目前，车辆的主流电源是 12V，而 48V 将是未来的发展趋势。根据转向电机的数量、布置位置和控制方式，线控转向系统的典型布局可分为五大类，即单电机-前轮转向、双电机-前轮转向、双电机独立前轮转向、后轮线控转向、四轮独立转向。双电机前轮转向装置具有良好的冗余性，单电机所需的功率更少。英菲尼迪 Q50 采用了这种安排，但这种形式的零件成本增加，冗余算法复杂。线控转向的工作示意图如图2所示。当驾驶员转动方向盘时，角度位移传感器将驾驶员的意图以及车辆的其他信号（例如速度信号）转换为数字信号。ECU 通过总线传输到 ECU，根据设定的算法计算前轮角度，并将此信号传输到转向电机以完成转向。此外，ECU 通过转向阻力传感器获取转向阻力信息后，根据返回扭矩算法将返回扭矩的大小传递给驾驶员，用于路感反馈。

　　电机内出现开关管开路、旋转变压器信号异常、温度传感器异常等故障的概率很高，对系统也有重大影响。传感器中的短路、开路和机械故障对系统有重大影响，但它们的发生频率并不高[20,21,22]。通信总线中连接器接触不良对系统有重大影响，发生的可能性很高[23]。目前的容错方法从技术角度可以分为两类：一类是基于硬件备份冗余技术，另一类是基于软件容错算法技术。硬件冗余方式主要通过对重要组件和易受攻击的组件提供备份来提高系统的容错性能;软件冗余方法主要依靠控制器的容错算法来提高整个系统的冗余性，从而提高系统的容错性能 [24u201225]。硬件备份技术和软件容错技术是高度互补的;硬件备份技术可以在硬件层面增强容错控制技术的可靠性;软件容错技术可以减少硬件冗余导致的转向系统的空间和体积要求。未来的线控舵系统将是一个高度智能的系统，同时具有硬件备份和容错算法[26,27u201228]。

　　由于 SBW 系统无法为驾驶员提供固有的转向感觉，因此存在驾驶员误作导致交通事故的风险。因此，需要路感仿真技术为驾驶员提供来自路面的反馈信息。通过方向盘上的手感获取有关道路和方向盘的反馈信息，驾驶员可以帮助完成转弯和变道等驾驶任务。驾驶员在转动方向盘时需要克服的阻力扭矩主要包括两个方面，即返回扭矩和摩擦扭矩，而路感反馈扭矩包括返回扭矩和摩擦扭矩。要使驾驶员体验到逼真的路感，本质是利用适当的策略，通过上层路感电机控制来自下层电机和传感器的数据和信息，模拟并传递到方向盘上，为驾驶员提供来自路面的反馈扭矩和方向盘重新对位扭矩。获取路感反馈扭矩的方法包括参数拟合、传感器测量和基于动力学模型的方法，其中第三种是当前研究的主流[29,30]。回程扭矩控制技术是 SBW 系统质量的评价标准，也是主动转向研究的基础。本研究的核心问题是如何提高回程扭矩以达到与动力转向系统相同的效果。基于动力学模型方法，根据车辆动力学响应、驾驶员方向盘、输入等状态，利用车辆动力学模型估计轮胎回程扭矩和需要补偿的反馈扭矩，进而计算期望的反馈扭矩指令 [31]。线控转向系统具有提高控稳定性、提高舒适性、节能环保、提高被动安全性、促进车辆轻量化等优点。然而，线控转向系统的安全性和可靠性一直是阻碍其实施的核心障碍。3. 汽车线. 最新技术

　　目前，国内外线控制动系统的主要研究有电子液压制动（EHB）系统、电子机械制动（EMB）系统和混合动力线控制动（HBBW）系统，其中EHB系统最为成熟，目前处于量产阶段[32,33,34,35]。以前，线控制动系统主要分为三种类型：第一种是电子液压制动（EHB）系统，第二种是电子机械制动（EMB）系统，第三种是混合动力线控制动（HBBW）系统[36,37]。EHB系统是在传统液压制动系统的基础上发展起来的，采用综合制动系统模块（电机、泵、高压蓄能器等）取代传统制动系统中的调压系统和可产生和存储制动压力的ABS模块，并可通过单独调节分别调节四个轮胎的制动扭矩[38].EMB 系统完全消除了传统制动系统的制动液和液压管路等部件，由电动机驱动。制动器产生制动力，这是真正的线控制动系统。EMB 系统中没有液压驱动和控制部分，机械连接仅存在于电机和制动钳之间。驱动部分通过电线传输能量，通过数据线]。混合动力线控制动 （HBBW） 系统的主流布局是在前桥上使用电子液压制动 （EHB） 系统，在后桥上使用电子机械制动 （EMB） 系统;前桥采用EHB系统，实现前轮的单轮制动力调节，同时依靠安装在前桥上的EHB实施制动故障备份，满足安全可靠要求;后桥采用EMB系统，可缩短制动管路长度，消除压力控制时管路过长带来的不确定性;另一方面，它可以使电子驻车制动器 （EPB） 更加方便快捷 [41]。汽车电子液压制动系统（EHB）主要由液压控制模块、制动踏板模块、控制单元HCU、制动器、各种传感器等组成[42]。EHB系统的工作过程主要涉及控制供压单元和高速开关阀，产生和储存制动压力，以及分别调节四个轮胎的制动扭矩[43]。汽车电子机械制动系统 （EMB） 主要由车轮制动模块、中央电子控制单元 （ECU）、制动踏板模块、通信网络、电源和其他部件组成。EMB 系统以电子元件代替液压元件，是一个机电一体化系统。系统通过电子控制单元控制制动电机的电流水平，并通过制动夹具从两侧夹紧摩擦盘，实现车轮制动。限制 EMB 系统大规模生产和应用的关键技术包括冗余设计和容错控制、夹紧力控制技术、无刷电机在复杂环境下的可靠性以及创新和小型化的齿轮机构。基于 EMB 系统的车辆动态控制系统，不同于基于液压的闭环控制，需要开发一种全新的动态模型和车辆协调控制算法。图 3显示了 EHB、EMB 和 HBBW 的系统架构。

　　图 3.EHB、EMB 和 HBBW 系统。已经有一些成熟的算法，如PID、SMC、MPC等，成功地帮助一体化线控系统实现了动力缸压力控制。米兰理工大学的 Todeschini 等人为自主设计的线控制动系统提出了一种位置压力混合动力开关动力缸控制策略。在位置控制模式下，他们快速控制电机完全旋转以克服制动系统的怠速行程，而在压力控制模式下，他们使用了可变参数 PID。闭环控制精确调节动力缸的压力，有效提高了该配置的主动制动系统的压力调节率[44,45]。

　　制动力分配的目的是根据车辆负载、实际路况和驾驶员踩下制动踏板瞬间的运行条件来计算四轮制动器的制动力，以便在获得最短制动距离的同时保证车辆的安全稳定 [46u201247]。传统液压制动系统中踏板位移、踏板力、制动力之间的关系，可以从EMB系统中的踏板力与制动减速度的关系中推断出来，并可以建立关系曲线。由于轮胎和路面粘附系数等因素，车轮的最大地面制动力不应超过粘附力[48]。当局部制动力超过粘附力时，车轮可能会出现抱死和打滑，可能会出现前轮抱死或后轮抱死等现象。当汽车刹车时，轮胎不仅会滚动，还会打滑，打滑率的大小在一定程度上与粘附系数有关;在理想状态下，汽车刹车时前后制动器的制动力呈线性关系，但在实际情况下可能会有一些偏差。

　　EMB 系统的应用一直受到安全性和可靠性的极大影响，因为任何电子信号的故障都可能带来灾难性的后果。因此，系统安全和容错技术尤为重要，包括软件冗余和硬件冗余 [49u201250]。考虑到 EMB 系统的实时性能和成本，热备份的动态冗余是最好的选择。制动踏板模块、ECU模块、通信网络和电源模块的双重冗余设计可以有效提高系统的可靠性[51]。EMB 系统制动踏板模块采用双冗余结构，两台相同的机器同时工作。对工作结果进行对比，根据预定的自诊断策略和故障判断策略输出。4. 汽车线. 最新技术

　　对于内燃机汽车，线控节气门系统已经取代了传统的节气门系统，市场上 99% 以上的车型都配备了燃油控制门系统。对于新能源汽车，目前主流的驱动方案包括集中式电机驱动和步进式电机驱动，集中式电机驱动方案已获得大量应用，但正在向以轮缘和轮毂电机为代表的分布式电机驱动发展 [52,53,54,55]。线控节气门系统由节气门踏板、踏板位移传感器、电子控制单元、数据总线、伺服电机和节气门执行器组成。线控驱动系统由电子控制单元（ECU）、功率转换器、驱动电机、机械传动系统、驱动轮等组成[56]。新能源汽车线控驱动系统结构主要分为集中驱动、中央传动和分布式驱动三种。目前，电驱动桥技术、轮缘减速驱动和轮毂电机直接驱动技术是主流结构[57,58,59]。线控节气门由电缆或线束控制，以控制节气门开度。从表面上看，它用一根电缆取代了传统的节气门电缆，但本质上，它不仅仅是连接方式的简单改变，而是可以实现对整车动力输出的自动控制[60,61,62]。纯电动汽车的驾驶控制是通过嵌入车辆控制器中的控制策略程序实现的。根据每个传感器的输入信号，确定车辆的运行条件，并确定驱动电机在每种运行条件下的目标扭矩 [63]。然后，通过 CAN 总线将目标值发送给电机控制器 （MCU），电机控制器根据接收到的命令控制电机，以保证车辆的正常行驶 [64]。

　　为了提高 NVH 性能，电动汽车驱动电机一般选择多极、高转速的设计;由于较高的转速导致较高的铁损，普通硅钢片在高频区的损耗控制相对较弱。通过减小硅钢片的厚度可以减少损耗[65,66]。使用高效硅钢片可以减少铁损，但仍需要优化电机在低速、高扭矩时的铜损。一种方法是使用发卡电机。发卡电机的学名是发夹电机，是一种扁线电机，其绕组端部类似于发卡电机。发卡电机铜耗低，效率高。目前，丰田和典庄已经采用了发卡电机方案 [67]。

　　轮毂电机驱动系统可灵活放置在各种电动汽车的车轮上，直接驱动轮毂旋转。与内燃机和单电机等传统集中式驱动方式相比，其在动力配置、传动结构、控性能、能源利用等方面的技术优势和特点极为明显 [68]。轮毂电机主要分为外转子电机和内转子电机两种，区别主要体现在有无减速结构。内转子轮毂电机和轮缘电机在传动结构上收敛，主要区别在于内转子电机与轮毂集成，而轮缘电机位于轮缘上 [69]。轮毂电机驱动装置的示意图如图4所示。总体来看，轮毂电机的应用具有集成度高、驱动灵活、符合智能汽车发展和平台泛化应用等优点 [70]。

　　图 4.轮毂电机驱动示意图。材料和工艺创新可能会突破轮毂电机中电磁负载对电机体积的限制。进一步研发高磁导率、低损耗磁性材料、低电阻率导电材料、高导热绝缘材料以及低密度、高强度结构材料，可以减少电机损耗和质量，改善电机内部的热传递，并提高轮毂电机中的功率/扭矩密度。电机加工的创新将通过不同的工艺结构，在基于现有材料的电机中实现低损耗、轻量化和高冷却效率的设计。未来，电机设计将不再是简单的电磁或结构设计，而是真正的多学科设计，不断突破电机性能的极限。

　　碳化硅 （SiC） 由于其强大的带隙、导热性和绝缘能力，非常适合作为功率半导体的材料。与硅 （Si） 基器件相比，它更容易实现低损耗、高开关频率和高结温，并且温度升高对开关损耗的影响很小 [71]。其良好的输出特性更适合牵引条件。虽然高成本是其面临的主要障碍，但随着材料价格的下降和生产工艺的改进，SiC器件将在高效运行、节省元件和芯片等维度上降低电控产品的成本 [72,73,74,75]。5. 线. 最新技术

　　在车辆驾驶和骑行过程中，控性和舒适性是两个重要的评价指标，很难平衡。线悬架控制是根据实际路况自动调节悬架的高度、刚度和阻尼，以实现对驾驶姿态的精确控制的过程 [76]。根据执行器，从技术成熟度和设备率来看，空气弹簧和 CDC 型线控减震器是最常见的。MRC减震器减震效果好，响应速度快[77,78]。后期降价后会有很好的发展空间。由于其替代性强，配备线控防倾杆的必要性相对较低。图 5说明了空气悬架系统的基本结构。

　　图 5.空气悬架的基本结构。根据额外外力干预的程度，汽车悬架系统可分为以下几类：被动、半主动和完全主动。半主动控制的成本低于全主动控制，其性能接近全主动悬架系统，并且具有可靠的故障状态适应性，是当前市场的主流 [79]。随着自动驾驶水平的提高和各种传感器的接入，全主动悬架的普及程度将与日俱增 [80]。线控悬架系统通常有两套并联的信息采集和控制系统，解决不同路况下不同系统的控制耦合是其控制难点;目前主流的控制方案是线控弹簧一般在稳态下调整，线控减振一般是实时调整的。线控悬架控制系统是一个闭环自适应控制系统，没有最佳解决方案。在标定过程中，需要根据仿真模型和实际车辆测试结果对核心参数进行持续标定。PID（proportional， integral， differential）控制是控制领域中应用最广泛、最成熟的控制方法，广泛应用于车辆的主动和半主动悬架[81]。通过仿真测试和实车测试，可以实现比例（单次调整幅度）、积分（消除静态误差）和微分（反映输入信号变化趋势）参数的调整。

　　当线控悬架系统发生故障时，PID 悬架前期设定的 Kp、Ki、Kd 参数为固定值，无法快速适应变化。因此，需要一种容错机制来对控制信号执行增益和补偿处理。被动容错控制主要针对预先已知的故障类型设计固定和不变的容错控制律，使系统对预设故障（如传感器故障）不敏感[82]。这种方法不需要对故障进行预诊断或实时调整控制规律，实施时间和成本相对较低。主动容错系统的理论基础是 FDD（故障自检反馈系统）。当系统发生故障时，诊断单元对其进行检测和诊断，并控制反馈/前馈控制器以获得适当的容错控制律，确保闭环系统的稳定性。在主动容错控制系统的实现过程中，首先建立系统模型，并在此基础上建立系统故障模型：根据系统特性设计FDD系统，然后根据补偿规则设计容错控制律。线控悬架除了常规的底盘支撑和减震外，由于其良好的负载适应性和较低的固有频率，已扩展到商用车的驾驶室和座椅，大大提高了长途驾驶舒适性和抗疲劳能力。线控悬架可以满足不同工况下行驶平稳性和车辆控性的要求。但由于其结构复杂，对整车的故障率、安全风险和能耗有一定的负面影响。6. 讨论线控底盘技术是一种先进的汽车技术，依靠电子控制系统来调节车辆的底盘，有可能提高车辆的控性能、舒适性和安全性。通过线控系统对底盘的介绍，可以全面回顾线控转向、制动、驱动和悬架系统的关键技术和发展现状，阐明各系统的现状和需要改进的领域。为了进一步开发底盘线控转向系统，可以在以下领域取得进展：线控转向技术的安全性和可靠性长期以来一直是其实施的根本障碍，这可以通过硬件冗余和容错算法来改进。未来的线控转向系统有望成为集成硬件冗余和容错算法的高度智能平台。随着技术的进步和车辆控制系统的不断升级，线控转向技术将逐渐成为汽车行业的主流趋势。人工智能、车联网和自动驾驶等新兴技术的应用将进一步提高线控转向系统的智能性。生产线控制的动态系统可分为 EHB 和 EMB。预计 EHB 将在未来相当长的一段时间内成为主流方案，而 EMB 可能会因冗余和备份挑战等问题在短期内遇到商业化困难。另一个突出的特点是轮毂电机系统，它具有简化车辆架构、增加可用空间和提高传动效率的明显优势，同时将转向、制动和驱动功能集成到一个系统中。此外，在悬架方面，它可以灵活地调整悬架系统的车身高度和刚度，以提高车辆的通过性或控性能。7. 结论

　　(1)线控转向：目前，线控转向系统的技术主要处于研发阶段。从整车厂的角度来看，只有英菲尼迪 Q50 在量产中配备了这项技术，泛亚和同济大学共同进行前期研发，没有与零部件制造商合作。从供应商的角度来看，博世、采埃孚等厂商正在积极研发和制作样品，但尚未在整车上配备。博世的线控转向系统采用双冗余、全备份方案。

　　线控悬架：虽然线控悬架可以自动调节线控弹簧的刚度、车身高度和减震器阻尼，但出于重量、成本和可靠性等原因，目前属于非刚性配置，主要配备在 C 级和 D 级车辆上。因此，对于汽车制造商来说，线控减震器的装配优先级最高，其次是线控弹簧，最后是线控防倾杆。就发展潜力而言，拉绳控制空气弹簧和 CDC/MRC 型生产线是可能的。可控减震器的未来发展前景比较好。