商用車線控底盤技術(shù)的研究及應(yīng)用情況進(jìn)行分析

今全球汽車產(chǎn)業(yè)面臨前所未有的百年變局，在國家“雙碳”目標(biāo)指引下，中國汽車產(chǎn)業(yè)正在向著電動(dòng)化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化（簡稱“三化”） 快速發(fā)展，輔助駕駛和自動(dòng)駕駛技術(shù)大量涌現(xiàn)。線控底盤技術(shù)作為支撐實(shí)現(xiàn)輔助駕駛和自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)，也是被行業(yè)公認(rèn)的“卡脖子”技術(shù)，亟需突破解決。因此，線控底盤技術(shù)已成為商用車行業(yè)技術(shù)的研發(fā)熱點(diǎn)。

本文重點(diǎn)對(duì)近年來商用車線控底盤技術(shù)的研究及應(yīng)用情況進(jìn)行分析，從線控執(zhí)行系統(tǒng)和線控集成控制技術(shù)兩方面展開，其中線控執(zhí)行系統(tǒng)包括線控轉(zhuǎn)向技術(shù)、線控制動(dòng)技術(shù)、線控懸架技術(shù)、線控驅(qū)動(dòng)技術(shù)和線控?fù)Q擋技術(shù)；線控集成控制技術(shù)主要圍繞AEB 系統(tǒng)、ACC 系統(tǒng)和LKA系統(tǒng)分析，最后結(jié)合《智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)路線圖2.0》和《智能底盤技術(shù)路線圖框架》對(duì)商用車線控底盤技術(shù)發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。

1 線控執(zhí)行系統(tǒng)的研究進(jìn)展

1.1 線控轉(zhuǎn)向技術(shù)

相對(duì)乘用車而言，商用車轉(zhuǎn)向技術(shù)需要克服重載、長軸距及多軸轉(zhuǎn)向等難題。目前，商用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要功能是提供轉(zhuǎn)向助力，而轉(zhuǎn)向助力隨速調(diào)節(jié)、自動(dòng)回正、主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制及助力模式自主調(diào)節(jié)等先進(jìn)功能還處在研發(fā)試裝階段，未大批量應(yīng)用。商用車轉(zhuǎn)向助力是以液壓助力為主，而它面臨許多問題需要解決：（1） 由于存在高壓油路，會(huì)產(chǎn)生噪聲。（2） 無論整車是否轉(zhuǎn)向，液壓泵都隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，從溢流閥溢出的流量所產(chǎn)生的能量損失較多，約占轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總能耗的40%以上。（3）助力特性不可調(diào)節(jié)，駕駛體驗(yàn)差。（4） 無電控/線控功能。隨著電控化和智能化技術(shù)的發(fā)展，商用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正向電控轉(zhuǎn)向技術(shù)和線控轉(zhuǎn)向技術(shù)方向轉(zhuǎn)變。由于電控轉(zhuǎn)向能實(shí)現(xiàn)輔助駕駛和自動(dòng)駕駛需求的主動(dòng)轉(zhuǎn)向功能，具備線控屬性，所以為了便于分析，這里不再嚴(yán)格區(qū)分電控轉(zhuǎn)向和線控轉(zhuǎn)向技術(shù)，統(tǒng)一稱為線控轉(zhuǎn)向技術(shù)，后面其它技術(shù)類同。目前，商用車線控轉(zhuǎn)向技術(shù)主要包括電液耦合轉(zhuǎn)向（Electro-Hydraulic Coupling Steering，EHCS） 系統(tǒng)、電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向（Electro-Hydraulic Power Steering，EHPS） 系統(tǒng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向（Electric Power Steering，EPS） 系統(tǒng)、后橋主動(dòng)電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Rear-axle Active Electro-Hydraulic Steering，RAS） 及其它新構(gòu)型轉(zhuǎn)向器技術(shù)等。這些新型商用車電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不僅解決了傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的固有缺點(diǎn)，而且明顯改善了整車轉(zhuǎn)向性能，具備主動(dòng)控制功能，從而提升了駕駛安全和駕駛體驗(yàn)。

1.1.1 電液耦合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

商用車EHCS 系統(tǒng)將傳統(tǒng)液壓助力和電機(jī)助力相結(jié)合，提供轉(zhuǎn)向助力隨速調(diào)節(jié)、自動(dòng)轉(zhuǎn)向回正、抗側(cè)風(fēng)主動(dòng)修正、主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制及助力模式自主調(diào)節(jié)等功能。國外對(duì)于商用車管柱式EHCS 系統(tǒng)的研究起步較早，企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)從系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)到控制策略提出了各自不同的技術(shù)方案，產(chǎn)品的功能及性能都取得了很大進(jìn)步，一些EHCS 產(chǎn)品已經(jīng)得到應(yīng)用。ROTHHMEL 等?開發(fā)了商用車EHCS 系統(tǒng)，它能通過實(shí)時(shí)分析車速與方向盤轉(zhuǎn)角/轉(zhuǎn)速變化關(guān)系及趨勢，預(yù)測危險(xiǎn)情況并及時(shí)提醒和主動(dòng)修正轉(zhuǎn)向，以降低貨車在轉(zhuǎn)彎等工況下的側(cè)翻事故風(fēng)險(xiǎn)。德國ZF 公司開發(fā)了一款可以滿足重型商用車的EHCS 系統(tǒng)Servotwin，它將傳統(tǒng)的循環(huán)球液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置及控制單元集成到一起，并在奔馳新一代電動(dòng)客車上標(biāo)配應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了L2級(jí)及以上的駕駛輔助應(yīng)用。沃爾沃的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向技術(shù)（Volvo Dynamic Steering） 將傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向與安裝在轉(zhuǎn)向器輸入軸上的電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)相結(jié)合，能夠提供更精確的轉(zhuǎn)向和主動(dòng)安全控制功能，如預(yù)先防止打滑、車道保持及穩(wěn)定輔助。該電機(jī)與液壓助力轉(zhuǎn)向器一同工作，并由ECU進(jìn)行每秒2 000次的轉(zhuǎn)向微調(diào)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向主動(dòng)控制功能，該系統(tǒng)已在沃爾沃FH、FM 和FMX 系列貨車上推廣應(yīng)用。Tedrive Steering 公司研制的智能輔助液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)iHSA，如圖1 所示， 是由液壓轉(zhuǎn)向（Hydraulic Power Steering，HPS） 和電機(jī)組合而成，支持原車HPS 系統(tǒng)的接口接入。該EHCS 系統(tǒng)適用于輕型貨車、中型貨車、重型貨車以及中型客車和大型客車，其將iHSA 與循環(huán)球轉(zhuǎn)向器結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)車道保持輔助、側(cè)風(fēng)補(bǔ)償、主動(dòng)回正等功能［3］。國內(nèi)關(guān)于EHCS 系統(tǒng)的研究已經(jīng)進(jìn)入小批量試裝階段，清華大學(xué)、吉林大學(xué)等高校進(jìn)行了相關(guān)控制策略的研究。作者團(tuán)隊(duì)率先與國內(nèi)轉(zhuǎn)向器零部件廠商合作進(jìn)行了EHCS技術(shù)的研發(fā)及小批量應(yīng)用。2015年8月29日，安裝了由本團(tuán)隊(duì)研發(fā)的EHCS 系統(tǒng)的無人駕駛大型客車，在河南省鄭州市鄭開大道上成功完成全球首次全開放道路示范。與某轉(zhuǎn)向器廠合作研發(fā)的集成式EHCS 系統(tǒng)，如圖2所示，并實(shí)現(xiàn)了在L3級(jí)自動(dòng)駕駛客車上的小批量應(yīng)用；與某轉(zhuǎn)向器廠合作開發(fā)的管柱式EHCS 系統(tǒng)，如圖3所示，并實(shí)現(xiàn)了在11～12 m客旅車型上的小批量應(yīng)用。裝車試驗(yàn)結(jié)果表明，EHCS 系統(tǒng)能明顯改善駕駛輕便性和高速穩(wěn)定性， 并支撐實(shí)現(xiàn)車道保持等高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（Advanced Driving Assistance System，ADAS） 功能，有效提升行駛安全性和客戶駕駛體驗(yàn)。

1.1.2 電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

隨著新能源商用車（公交、物流、環(huán)衛(wèi)等） 的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓泵的動(dòng)力源由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)殡姍C(jī)，車上的高壓電池系統(tǒng)使應(yīng)用大功率電動(dòng)泵成為可能。這里的EHPS 系統(tǒng)就是指應(yīng)用了大功率電動(dòng)泵的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

目前，電動(dòng)泵的研究主要圍繞電機(jī)匹配、雙源供電設(shè)計(jì)及變流量控制等方面。吳浩等根據(jù)某款電動(dòng)客車轉(zhuǎn)向助力的需求，匹配設(shè)計(jì)了油泵電機(jī)的額定工作轉(zhuǎn)矩、峰值工作轉(zhuǎn)矩和額定工作轉(zhuǎn)速，開發(fā)了電動(dòng)泵總成的高壓上電和下電策略、轉(zhuǎn)速控制策略和故障處理策略，并通過臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證了該電動(dòng)泵總成參數(shù)匹配的合理性和控制策略的可行性。陳運(yùn)來等研究了８m電動(dòng)客車用電動(dòng)泵的參數(shù)（最大流量、最大工作壓力、轉(zhuǎn)向泵排量等） 特性對(duì)轉(zhuǎn)向舒適性、穩(wěn)定性和能耗的影響，對(duì)電動(dòng)泵和轉(zhuǎn)向控制器進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)，并進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)。歐鵬飛開發(fā)了一種滿足商用車的雙電機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，對(duì)其助力控制、回正控制、阻尼控制及控制邏輯進(jìn)行了研究，并進(jìn)行了聯(lián)合仿真驗(yàn)證。結(jié)果表明：轉(zhuǎn)向綜合得分94分，完全能滿足商用車的轉(zhuǎn)向需求。胡其豐等提出了一種機(jī)電雙源轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，采用電驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的方式，其中電驅(qū)動(dòng)是通過車載高壓儲(chǔ)能單元供電至電機(jī)控制器，通過控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)；機(jī)械驅(qū)動(dòng)是通過與傳動(dòng)軸機(jī)械連接的機(jī)械油泵輸出液壓能，通過液壓閥的切換輸入至液壓電機(jī)來驅(qū)動(dòng)負(fù)載，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制策略。袁曉偉等通過采集整車的車速、手制動(dòng)狀態(tài)、擋位狀態(tài)、轉(zhuǎn)角等參數(shù)，分析車輛轉(zhuǎn)向等狀態(tài)，調(diào)整轉(zhuǎn)向泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速和流量，以減少轉(zhuǎn)向泵的耗電量。

轉(zhuǎn)向電動(dòng)泵變流量控制的目的，是實(shí)現(xiàn)不同行駛工況下提供不同的流量，既滿足低速轉(zhuǎn)向輕便、高速轉(zhuǎn)向沉穩(wěn)的需求，又避免流量卸荷導(dǎo)致的能量消耗。利用電機(jī)的轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)特性，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)轉(zhuǎn)向助力特性。韓艾呈?根據(jù)車速、方向盤轉(zhuǎn)角等信息來計(jì)算目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，通過開發(fā)矢量控制算法實(shí)現(xiàn)電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速精準(zhǔn)控制，滿足汽車在不同行駛工況下對(duì)轉(zhuǎn)向助力的需求。張念忠設(shè)計(jì)了一種新能源商用車的電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，采用滑?？刂婆c永磁同步電機(jī)矢量控制技術(shù)，驗(yàn)證了轉(zhuǎn)速控制及轉(zhuǎn)矩控制模式下的轉(zhuǎn)向性能。在控制策略方面， 趙萬忠等開發(fā)了適用于新能源商用車的轉(zhuǎn)向助力控制策略，即一種模糊自整定轉(zhuǎn)向助力算法，以轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速為控制信號(hào)，采用模糊PID 和實(shí)時(shí)小波去噪法，設(shè)計(jì)了基于實(shí)時(shí)小波去噪算法的助力電機(jī)電流跟蹤控制算法。閆鵬鵬在某電動(dòng)客車電動(dòng)液壓轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上，增加方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，建立了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向助力矩的關(guān)系，設(shè)計(jì)了方向盤理想操縱力矩曲線，實(shí)現(xiàn)助力液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的調(diào)速控制，從而節(jié)約電能消耗，改善助力性能，提高轉(zhuǎn)向操控性能。

隨著國家對(duì)新能源汽車安全質(zhì)量重視程度的提升，2020年5月12日發(fā)布了強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)《GB38032—2020 電動(dòng)客車安全要求》，其中4.5.2條增加了行駛中助力系統(tǒng)控制要求，即車輛行駛過程中，當(dāng)整車出現(xiàn)斷B級(jí)高壓電的異常情況時(shí)，在車速大于5 km/h 時(shí)應(yīng)保持轉(zhuǎn)向系統(tǒng)維持助力狀態(tài)或至少保持轉(zhuǎn)向助力狀態(tài)30 s。因此，目前電動(dòng)客車電動(dòng)泵多采用雙源供電控制模式來滿足法規(guī)要求。其它電動(dòng)商用車按照《GB 18384—2020 電動(dòng)汽車安全要求》執(zhí)行。商用車EHCS 系統(tǒng)組成，如圖4所示。

1.1.3 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

輕型商用車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electric Power Steering，EPS） 多采用電動(dòng)循環(huán)球轉(zhuǎn)向器，它相比EHCS 系統(tǒng)和EHPS 系統(tǒng)省去了液壓泵/電動(dòng)液壓泵、儲(chǔ)油罐和油管等零部件，具有系統(tǒng)簡單、質(zhì)量減輕、響應(yīng)快、控制精準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)向助力由原來的液壓助力轉(zhuǎn)變?yōu)殡姍C(jī)助力，控制器直接控制電機(jī)產(chǎn)生助力。在駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，傳感器將轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩信號(hào)傳遞給控制器，控制器接收轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩信號(hào)等信息后，通過計(jì)算，輸出控制信號(hào)，控制電機(jī)產(chǎn)生助力。在方向盤不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向助力控制單元不發(fā)出信號(hào)，助力電機(jī)不工作。常見電動(dòng)循環(huán)球轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成如圖5所示。

由于目前技術(shù)成熟的電動(dòng)循環(huán)球轉(zhuǎn)向器輸出轉(zhuǎn)矩有限，難以滿足中、重型商用車轉(zhuǎn)向助力的需求，所以電動(dòng)循環(huán)球轉(zhuǎn)向器多數(shù)應(yīng)用在輕型商用車上。對(duì)于新能源商用車產(chǎn)品而言，電機(jī)用電需求可以解決，再加上取消液壓系統(tǒng)及電動(dòng)泵等優(yōu)點(diǎn)，所以輕型新能源商用車已普遍用電動(dòng)循環(huán)球轉(zhuǎn)向器替代了傳統(tǒng)的電動(dòng)液壓轉(zhuǎn)向器。對(duì)于中、重型新能源商用車，目前行業(yè)研發(fā)的熱點(diǎn)是大推力的電動(dòng)循環(huán)球技術(shù)，難點(diǎn)是如何提高電動(dòng)循環(huán)球的可靠性，以滿足中、重型商用車的使用需求。采埃孚TRW公司研發(fā)了商用車EPS 系統(tǒng)，并在中、重型貨車上進(jìn)行了試裝研究。為解決傳統(tǒng)商用車供電不足的問題，DIU 等提出了一種混合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，通過傳感器信號(hào)判斷，當(dāng)?shù)退俎D(zhuǎn)向時(shí)采用EPS 系統(tǒng)，當(dāng)高速轉(zhuǎn)向時(shí)采用EHCS 系統(tǒng)，性能提升的同時(shí)又降低了能耗。國內(nèi)圖4 EHCS系統(tǒng) 方面，2015年，曹艷玲等利用助力電機(jī)電流的上下層控制策略，確定了以載重量和車速信號(hào)關(guān)聯(lián)助力系數(shù)的系統(tǒng)控制方案，并開發(fā)了模糊決策控制的客車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。2017年，舒智對(duì)電動(dòng)循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的電樞電流進(jìn)行了閉環(huán)控制研究，設(shè)計(jì)了助力、回正、阻尼等工況模式下的控制器，構(gòu)建了上、下兩層的控制策略，下層利用直線型助力特性曲線確定目標(biāo)電流，上層選擇電機(jī)控制確定實(shí)際電流，從而消除了兩者的偏差。試驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)提高了操縱穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向回正性能，基本消除了殘余角。2020年，魏娟等基于LuGre 摩擦模型建立了摩擦狀態(tài)觀測器，得到了摩擦補(bǔ)償疊加電流，補(bǔ)償了系統(tǒng)內(nèi)的損失，然后采用聯(lián)合仿真方式驗(yàn)證了電動(dòng)循環(huán)球轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的有效性：所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向電流控制系統(tǒng)能綜合車輛行駛時(shí)的摩擦、車速和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角等信息，從而更準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)駕駛員的駕駛意圖，使車輛轉(zhuǎn)向回正特性更加平穩(wěn)。2021年馬相飛等推導(dǎo)了商用車用循環(huán)球式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要模塊的數(shù)學(xué)模型，對(duì)電動(dòng)機(jī)的電流環(huán)采用模糊PID控制策略，提高了電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1.1.4 直拉桿式電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

直拉桿式電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一種新型商用車電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它由電機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滾珠絲桿實(shí)現(xiàn)直拉桿的直線伸縮，同時(shí)直拉桿與轉(zhuǎn)向節(jié)相連接，帶動(dòng)車輪實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能。目前已完成樣機(jī)研發(fā)的零部件廠商有德國ZF 和日本NSK。國內(nèi)廠商有中國公路車輛機(jī)械廠，并在某公交車上進(jìn)行了性能驗(yàn)證。2018年6月26日，在德國采埃孚科技日期間，德國ZF 展示了全球首款全電動(dòng)商用車轉(zhuǎn)向器樣機(jī)ReAX EPS 系統(tǒng)，如圖6所示，開辟了電動(dòng)貨車和電動(dòng)客車自動(dòng)化發(fā)展的新道路。2021年4月22日，日本NSK 在上海車展上展示了應(yīng)用于商用車轉(zhuǎn)向的直拉桿式EPS 系統(tǒng)，如圖7所示，它采用“電機(jī)+渦輪蝸桿+滾珠絲杠”的技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了大轉(zhuǎn)向力矩輸出和精準(zhǔn)控制，能滿足商用車電動(dòng)轉(zhuǎn)向負(fù)載需求。綜上可知，直拉桿式電動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)是商用車下一代EPS 系統(tǒng)的重要技術(shù)路線。

1.1.5 后橋主動(dòng)電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

目前，傳統(tǒng)的3軸客車尤其是14 m大型客車及15 m 大型公交車，其第3 橋的轉(zhuǎn)向普遍是隨動(dòng)轉(zhuǎn)向，是通過第1橋轉(zhuǎn)向引起的側(cè)向力被動(dòng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向，容易出現(xiàn)輪胎異常磨損和轉(zhuǎn)彎半徑大、通過性差等問題。為解決這些問題，近年來出現(xiàn)了后橋主動(dòng)電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，如圖8所示。它主要由獨(dú)立的電動(dòng)液壓泵、電控單元及液壓作動(dòng)油缸組成，根據(jù)方向盤的轉(zhuǎn)角信號(hào)和第3 橋的作動(dòng)油缸位移信號(hào)，通過整車控制計(jì)算出目標(biāo)轉(zhuǎn)角，輸出對(duì)應(yīng)的控制電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)第1橋和第3橋轉(zhuǎn)向的聯(lián)動(dòng)，保證整車較為理想的轉(zhuǎn)向阿克曼關(guān)系，實(shí)現(xiàn)車輪純滾動(dòng)，明顯改善輪胎異常滑動(dòng)導(dǎo)致的磨損；同時(shí)通過主動(dòng)推動(dòng)實(shí)現(xiàn)3橋的轉(zhuǎn)角增加，從而減少整車的轉(zhuǎn)彎半徑，提高整車通過性。德國BOSCH最新研制的三橋主動(dòng)電控液壓轉(zhuǎn)向器如圖9所示，在海外某款三軸公交車上得到批量應(yīng)用。

1.1.6 其它新型電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

目前，國內(nèi)外高校和廠商面向商用車電動(dòng)轉(zhuǎn)向大轉(zhuǎn)矩需求也研發(fā)了不少新構(gòu)型的電動(dòng)轉(zhuǎn)向器，為商用車電動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展提供了新思路。

（1） 行星齒輪式電動(dòng)轉(zhuǎn)向器

它由助力電機(jī)、圓柱齒輪減速機(jī)構(gòu)、行星齒輪減速機(jī)構(gòu)、蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)、殼體和搖臂輸出軸等主要零部件組成。采用行星齒輪減速機(jī)構(gòu)和圓柱齒輪減速機(jī)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)來對(duì)助力電機(jī)的動(dòng)力輸出進(jìn)行減速增扭，實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩；利用蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來傳遞方向盤的操控扭力及車輪轉(zhuǎn)向阻力負(fù)載的逆向反饋。行星齒輪式電動(dòng)轉(zhuǎn)向器的剖視圖，如圖10 a 所示；樣機(jī)的外形圖，如圖10 b 所示。

（2） 擺線針輪式電動(dòng)轉(zhuǎn)向器

如圖11 所示， 擺線針輪式電動(dòng)轉(zhuǎn)向器由電機(jī)、擺線針輪減速器和螺旋傘齒減速器等組成，電機(jī)通過擺線針輪減速器與螺旋傘齒減速器連接，轉(zhuǎn)向輸入軸與螺旋傘齒減速器連接。該構(gòu)型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，又能夠得到較大轉(zhuǎn)矩輸出，使商用車轉(zhuǎn)向輕便靈敏。

（3） 電磁助力電動(dòng)轉(zhuǎn)向器

如圖12所示，電磁助力電動(dòng)轉(zhuǎn)向器在轉(zhuǎn)向輸入軸上設(shè)置齒條螺母，該齒條螺母總成與設(shè)置在殼體總成內(nèi)的齒扇搖臂軸嚙合。齒條螺母總成上設(shè)置有永磁體，在上/下蓋總成上分別設(shè)置有與永磁體相對(duì)應(yīng)的直流電磁線圈。在轉(zhuǎn)向輸入軸上設(shè)置有傳感器。轉(zhuǎn)向器ECU根據(jù)轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩等信息，給直流電磁線圈輸入不同方向和強(qiáng)度的電流，利用磁極同性相斥、異性相吸的特性，實(shí)現(xiàn)齒條螺母的移動(dòng)，帶動(dòng)齒扇搖臂軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)助力轉(zhuǎn)向。

隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，對(duì)線控轉(zhuǎn)向的安全冗余技術(shù)越來越重視。目前，在運(yùn)營的自動(dòng)駕駛示范車輛上普遍采用軟硬件備份的策略滿足安全冗余的要求，如采用雙轉(zhuǎn)向電機(jī)、雙轉(zhuǎn)向控制器、雙傳感器、雙通信線路等。同時(shí)，國內(nèi)外高校也在研發(fā)基于整車系統(tǒng)的安全冗余設(shè)計(jì)，通過各執(zhí)行器之間形成交叉冗余的互補(bǔ)機(jī)制來實(shí)現(xiàn)車輛在各種部件失效工況下的整體安全冗余，以降低系統(tǒng)硬件成本和系統(tǒng)復(fù)雜度，不過該技術(shù)還未投入應(yīng)用。

綜上所述，目前商用車的線控轉(zhuǎn)向技術(shù)還存在因車型載荷大小、布置位置差異（1橋或3橋等）、技術(shù)成熟度等因素而采用不同的技術(shù)路線，且每條技術(shù)路線都在向電動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展。商用車線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的總體發(fā)展趨勢如圖13所示。

1.2 線控制動(dòng)技術(shù)

由于商用車質(zhì)量大，對(duì)制動(dòng)力需求大，液壓制動(dòng)力難以滿足，同時(shí)商用車的制動(dòng)出現(xiàn)故障時(shí)，產(chǎn)生的事故危害大，可靠性要求也更高，液壓管路存在受熱汽化風(fēng)險(xiǎn)，液壓制動(dòng)難以滿足中、重型商用車的要求，所以商用車主要采用氣壓制動(dòng)。但液壓制動(dòng)具有制動(dòng)響應(yīng)快、制動(dòng)距離短等優(yōu)點(diǎn)，最大總質(zhì)量在6 t 以下的輕型商用車，特別是輕型客車，則采用液壓制動(dòng)技術(shù)。伴隨著電動(dòng)化和電控技術(shù)的發(fā)展，制動(dòng)技術(shù)也向電控化和復(fù)合制動(dòng)技術(shù)方向發(fā)展。近年來商用車線控制動(dòng)技術(shù)出現(xiàn)了電控氣壓制動(dòng)技術(shù)、電動(dòng)液壓助力制動(dòng)技術(shù)、新能源電氣復(fù)合制動(dòng)技術(shù)和電子機(jī)械制動(dòng)技術(shù)等多種型式。這些新技術(shù)不但解決了傳統(tǒng)制動(dòng)技術(shù)響應(yīng)慢的問題，還明顯改善了整車制動(dòng)性能，具備主動(dòng)控制功能，從而提升了制動(dòng)安全和駕駛體驗(yàn)。

1.2.1 電控氣壓制動(dòng)技術(shù)

國外對(duì)電控氣壓制動(dòng)系統(tǒng)（Electronic Braking System，EBS） 研發(fā)較早，產(chǎn)品應(yīng)用較成熟。美國WABCO 和德國KNORR 的EBS 系統(tǒng)已更新4 代以上，其功能已較全面，其中基本功能包括制動(dòng)力分配、減速度控制、舒適停車、摩擦片均勻磨損控制、主掛車一致性控制、緩速器集成控制、制動(dòng)溫度監(jiān)控、外部制動(dòng)請(qǐng)求管理等；主動(dòng)安全功能包括ABS、ASR、DTC、坡道起步、ESC 等；集成升級(jí)成的駕駛輔助功能包括AEB、ACC、LDWS 等。自1996 年美國WABCO 的EBS 應(yīng)用在奔馳ACTROS系列商用車上算起，國外EBS 市場化應(yīng)用20多年，技術(shù)成熟，性能穩(wěn)定可靠，市場占有率90%以上。這主要得益于他們開展了較為系統(tǒng)的研究，如電磁閥建模仿真與動(dòng)特性研究、管路氣動(dòng)力學(xué)特性仿真與分析、系統(tǒng)的延遲與遲滯特性仿真研究與控制方法、基于電控氣壓的ABS、ASR、ESC、ACC、AEB等主動(dòng)控制功能開發(fā)以及EBS 系統(tǒng)特性測試技術(shù)研究。德國KNORR 的Hecker 等對(duì)重型商用車EBS 系統(tǒng)進(jìn)行了橫向穩(wěn)定性控制算法開發(fā)和技術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證。PETERSEN 等建立了高精度的商用車EBS 模型，控制系統(tǒng)獲得橫擺角速度、側(cè)向加速度、前輪轉(zhuǎn)角、輪速和制動(dòng)壓力信號(hào)來進(jìn)行計(jì)算分析，當(dāng)判斷出車輛即將失穩(wěn)時(shí)，會(huì)對(duì)各輪進(jìn)行制動(dòng)控制，以保證車輛的穩(wěn)定性，并在dSPACE 上對(duì)EBS 系統(tǒng)進(jìn)行了硬件在環(huán)仿真驗(yàn)證。RAMAN等開發(fā)了商用車EBS 系統(tǒng)的ABS 和ASR控制算法， 并實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力合理分配與控制功能。YANAKIEV等開發(fā)了適用于商用重型車縱向控制算法，并結(jié)合氣壓系統(tǒng)的遲滯特性，提出了新的控制算法，通過仿真驗(yàn)證其效果。BARYS 等研究了制動(dòng)系統(tǒng)氣路的遲滯特性，發(fā)現(xiàn)其具有明顯的非線性和不對(duì)稱性，并基于Bouc-Wen 方法，建立了考慮遲滯特性的制動(dòng)模型，分析了遲滯特性對(duì)制動(dòng)距離、制動(dòng)時(shí)間和制動(dòng)減速度等性能的影響，并提出了改進(jìn)措施。

國內(nèi)EBS 相關(guān)研究起步較晚，不過目前也取得了一些成果。國產(chǎn)氣壓ABS、ASR已在商用貨車上實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；瘧?yīng)用，其他功能如ESC、ACC也在小批量驗(yàn)證中。劉旭剛等研究了商用車EBS 用比例繼動(dòng)閥的動(dòng)特性及控制方法，提升了EBS 系統(tǒng)的性能。劉杰研究了商用車EBS 的制動(dòng)力分配算法、制動(dòng)防抱死控制算法及橫擺控制算法，并通過HIL 對(duì)在環(huán)仿真和實(shí)車試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果顯示制動(dòng)距離減少和橫向穩(wěn)定性提升。ZONG Changfu等研究了EBS 的制動(dòng)舒適性問題，開發(fā)了一套包括駕駛員制動(dòng)意圖識(shí)別、制動(dòng)力分配、路面附著識(shí)別和減速度控制等的控制算法，最后通過HIL 進(jìn)行仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明所提算法能夠明顯改善商用車的制動(dòng)舒適性。覃濤研究了客車EPBS 系統(tǒng)的時(shí)延產(chǎn)生構(gòu)成、壓力響應(yīng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作和網(wǎng)絡(luò)延時(shí)等，建立了響應(yīng)延遲模型，并分析了其動(dòng)力學(xué)特性，提出了基于觀測器估計(jì)的自適應(yīng)模糊PID控制方法。

近年來，我國加大了對(duì)客運(yùn)安全的重視力度。2016 年， 交通運(yùn)輸部發(fā)布新版法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)《JT/T1094—2016營運(yùn)客車安全技術(shù)條件》，其中要求營運(yùn)客車應(yīng)安裝ABS、ESC系統(tǒng)。目前營運(yùn)客車EBS系統(tǒng)都有ABS、ESC功能。當(dāng)前廣泛應(yīng)用于客車的EBS 系統(tǒng)組成如圖14所示。

1.2.2 電動(dòng)液壓助力制動(dòng)技術(shù)

隨著新能源輕型客車的發(fā)展，乘用車用電控液壓制動(dòng)技術(shù)已不能滿足這類產(chǎn)品應(yīng)用的需要，于是出現(xiàn)了電動(dòng)液壓助力制動(dòng)技術(shù)。電動(dòng)液壓助力制動(dòng)系統(tǒng)（圖15） 采用電動(dòng)液壓泵和蓄能器為制動(dòng)總泵提供制動(dòng)助力，替代了真空助力泵，該助力系統(tǒng)助力大、響應(yīng)快，制動(dòng)舒適性好，在輕型電動(dòng)商用車上得到應(yīng)用。

1.2.3 新能源電氣復(fù)合制動(dòng)技術(shù)

新能源電氣復(fù)合制動(dòng)技術(shù)，是新能源電機(jī)能量回收制動(dòng)和氣壓制動(dòng)一起作用的復(fù)合制動(dòng)技術(shù)。研究在各種制動(dòng)工況下如何控制二者的關(guān)系，并實(shí)現(xiàn)制動(dòng)安全和能量的最大回收效率是近年的研發(fā)熱點(diǎn)。呂奉陽以純電動(dòng)公交為研究對(duì)象，分析串聯(lián)和并聯(lián)再生制動(dòng)系統(tǒng)的控制策略，研究其與氣制動(dòng)的協(xié)調(diào)控制方法， 并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。胡琪艦利用AMESim建立了輪邊驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)客車運(yùn)動(dòng)學(xué)分析模型，分析了制動(dòng)時(shí)能量在輪邊獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的流向，建立了輪邊驅(qū)動(dòng)的再生制動(dòng)數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。朱為文建立了某客車7自由度的復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)仿真模型，設(shè)計(jì)了再生制動(dòng)控制策略和氣壓ABS 控制策略， 在基于Cruise、AMESim、TruckSim和Simulink 的聯(lián)合仿真平臺(tái)上進(jìn)行了驗(yàn)證。衛(wèi)龍龍以純電動(dòng)商用車為研究對(duì)象，提出了基于制動(dòng)意圖辨識(shí)的前后輪制動(dòng)力分配控制策略，采用多目標(biāo)優(yōu)化算法，優(yōu)化制動(dòng)力分配，并使用Cruise 與Simulink 軟件開展聯(lián)合仿真，完成了復(fù)合制動(dòng)控制策略的驗(yàn)證。目前，新能源公交車多采用電氣復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)，如圖16所示。

1.2.4 電子機(jī)械制動(dòng)技術(shù)

電子機(jī)械制動(dòng)（Electro-Mechanical Brake，EMB）系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置、制動(dòng)卡鉗等組成，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置傳遞到制動(dòng)盤產(chǎn)生制動(dòng)力矩。相較電控氣壓制動(dòng)系統(tǒng)，它取消了氣壓泵、四回路閥、氣瓶、控制閥及氣路等，并且具有響應(yīng)快、控制精準(zhǔn)、布置簡單等優(yōu)點(diǎn)。目前，國內(nèi)外對(duì)乘用車用EMB 技術(shù)研究較多，技術(shù)路線多樣、成果豐富，而對(duì)商用車的EMB技術(shù)研究較少。2016年，王俊鼎提出了通過電流信號(hào)識(shí)別制動(dòng)過程臨界點(diǎn)的EMB 制動(dòng)器間隙調(diào)整控制策略，設(shè)計(jì)了基于滑移率誤差連續(xù)控制的ABS 系統(tǒng)，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。2019 年，申鋒開展了EMB驅(qū)動(dòng)電機(jī)數(shù)學(xué)建模研究、電機(jī)設(shè)計(jì)和有限元分析，搭建了樣機(jī)測試臺(tái)架，如圖17所示。其測試結(jié)果表明：設(shè)計(jì)的樣機(jī)在消除間隙階段和制動(dòng)力增加階段的制動(dòng)性能滿足商用車的要求。

商用車EMB 產(chǎn)品方面，國外瀚德集團(tuán)已完成EMB 系統(tǒng)在商用牽引車上的整車性能試驗(yàn)和可靠性驗(yàn)證。2016年，在上海成立瀚德萬安（上海） 電控制動(dòng)系統(tǒng)有限公司，開始對(duì)EMB 產(chǎn)品進(jìn)行研發(fā)及推廣應(yīng)用。其與國內(nèi)商用車主機(jī)廠進(jìn)行試裝的EMB系統(tǒng)組成，如圖18所示。

伴隨智能駕駛不斷升級(jí)，對(duì)線控制動(dòng)的安全冗余技術(shù)的要求也在提高，從雙冗余到多冗余，從功能安全到預(yù)期功能安全，以提升制動(dòng)的安全性和可靠性。目前在運(yùn)營的自動(dòng)駕駛示范車輛上普遍采用前后軸“制動(dòng)獨(dú)立+駐車獨(dú)立+失效預(yù)警”的策略來滿足制動(dòng)安全冗余的要求。國內(nèi)外正在研發(fā)氣電復(fù)合制動(dòng)、電子機(jī)械制動(dòng)EMB 等技術(shù)，支撐商用車智能駕駛實(shí)現(xiàn)更高層級(jí)的線控制動(dòng)冗余。綜上可知，目前商用車的線控制動(dòng)技術(shù)依然因車型載荷差異、電回饋參與深度不同、技術(shù)成熟度等因素而采用不同的技術(shù)路線，且每條技術(shù)路線最終都向電子機(jī)械制動(dòng)EMB 和ESC 技術(shù)發(fā)展。商用車線控制動(dòng)技術(shù)的總體發(fā)展趨勢如圖19所示。

1.3 線控懸架技術(shù)

商用車線控懸架主要由變剛度氣囊、變阻尼減振器以及調(diào)節(jié)車身高度的電控空氣懸架（Electronic-Controlled Air Suspension，ECAS） 系統(tǒng)組成。其通過電子控制單元，根據(jù)車速、路況自適應(yīng)調(diào)節(jié)減振器的阻尼、空氣彈簧的剛度和車身高度，來提高不同行駛工況下的車輛平順性、操縱穩(wěn)定性和通過性。國外對(duì)線控懸架技術(shù)的研究比較成熟，已實(shí)現(xiàn)市場規(guī)?；瘧?yīng)用。國內(nèi)的研究也取得較大進(jìn)展：包丕利對(duì)ECAS 系統(tǒng)的電磁閥閥門開關(guān)的時(shí)間與充氣時(shí)間進(jìn)行研究，根據(jù)系統(tǒng)需要，確定了空氣懸架系統(tǒng)的CAN 總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略，并搭建了空氣懸架電控系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)架，對(duì)控制策略進(jìn)行了驗(yàn)證；王炳結(jié)合某9 m客車氣囊懸架，編制模糊控制算法對(duì)氣囊剛度進(jìn)行調(diào)節(jié)，并在B級(jí)路面上進(jìn)行了整車測試驗(yàn)證，結(jié)果表明車輛乘坐舒適性明顯提高；周彤應(yīng)用牛頓力學(xué)、流體力學(xué)和熱力學(xué)理論，建立了空氣彈簧的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)車速變化對(duì)ECAS 模式自主切換，并通過設(shè)定閾值方法解決頻繁切換的問題，然后采用增量式PID控制方法實(shí)現(xiàn)對(duì)氣囊高度的有效控制。劉超采用混雜模型預(yù)測控制算法對(duì)整車7自由度模型空氣懸架進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，提出動(dòng)態(tài)延時(shí)與雙誤差帶控制策略， 保證了車輛的平順性和穩(wěn)定性。郭耀華開發(fā)了線控懸架實(shí)物在環(huán)系統(tǒng)并研究了其時(shí)滯特性和穩(wěn)定性，為線控懸架控制系統(tǒng)的開發(fā)提供了試驗(yàn)測試設(shè)備。郭耀華等發(fā)明了一種適用于商用車的防側(cè)翻主動(dòng)干預(yù)控制方法和系統(tǒng)，結(jié)合車輛所處道路的實(shí)際情況以及車輛本身的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行主動(dòng)干預(yù)的判斷和控制，大幅提升商用車的抗側(cè)翻性能?？蛙囁捎玫木€控懸架系統(tǒng)如圖20所示，其傳感器信號(hào)包括加速度、氣囊高度等，通過CNA總線傳遞給線控懸架控制器，控制器對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，判斷車輛行駛狀態(tài)，發(fā)送指令來控制懸架剛度、阻尼及車身高度，從而提高汽車行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。

1.4 線控驅(qū)動(dòng)技術(shù)

隨著新能源電動(dòng)化的飛速發(fā)展，商用車電驅(qū)動(dòng)趨勢漸趨明朗。高效化、集成化、輕量化的電驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品成為企業(yè)及高校研發(fā)和生產(chǎn)布局的重點(diǎn)，由第1代的電機(jī)和減速器簡單組裝，到第2代的電機(jī)和減速器集成一體化設(shè)計(jì)，再到現(xiàn)在第3代的電機(jī)、減速器和控制器的三合一高度集成。目前，國內(nèi)城市公交車基本實(shí)現(xiàn)全面電動(dòng)化，城際公交、城市物流、環(huán)衛(wèi)等車型的電驅(qū)動(dòng)占比超過50%。這些電驅(qū)動(dòng)商用車多采用第1代的集中驅(qū)動(dòng)方式。圖21就是常見的集中驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成框架，可以說商用車純電直驅(qū)技術(shù)已較為成熟。第2代的電驅(qū)橋可分為分布式電驅(qū)橋和集中式電驅(qū)橋。分布式電驅(qū)橋因電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)難度大、成本高、簧下質(zhì)量大等而未廣泛應(yīng)用；集中式電驅(qū)橋具有成本低、對(duì)整車設(shè)計(jì)變動(dòng)小、開發(fā)難度低等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用較成熟，包括單擋電驅(qū)橋及多擋AMT電驅(qū)橋。目前，國內(nèi)外關(guān)于商用車線控驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研究也取得了許多成果。時(shí)軍輝以電動(dòng)城市客車為研究對(duì)象，建立了整車經(jīng)濟(jì)性數(shù)學(xué)模型與傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，提出了駕駛員決策優(yōu)化控制策略、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能量分配策略及傳動(dòng)系振動(dòng)沖擊抑制策略，有效地降低了電耗和振動(dòng)沖擊。方子?xùn)|研究了電動(dòng)客車的分布式驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，以車輛行駛穩(wěn)定性為控制目標(biāo)，建立了8自由度車輛數(shù)學(xué)模型，采用模糊控制理論設(shè)計(jì)了分布式后驅(qū)控制策略，并進(jìn)行了實(shí)車驗(yàn)證。王萬玉用“高轉(zhuǎn)速電機(jī)+減速器”的驅(qū)動(dòng)方案替代低轉(zhuǎn)速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的方案，并對(duì)高轉(zhuǎn)速永磁同步電機(jī)、行星齒輪減速器、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制器進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，為新能源客車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供了一套更優(yōu)的解決方案，最后通過臺(tái)架試驗(yàn)和整車驗(yàn)證。閻備戰(zhàn)等提出了基于行星排的商用車雙電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了雙電機(jī)的耦合驅(qū)動(dòng)、單電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)/作業(yè)、行駛與作業(yè)解耦等多種工作模式，具有作業(yè)電機(jī)可復(fù)用、換擋無動(dòng)力中斷、驅(qū)動(dòng)/作業(yè)可解耦等特點(diǎn)，提高了系統(tǒng)效率。

目前，德國ZF 已完成適用于城市公交車的分布式驅(qū)動(dòng)橋研發(fā)，如圖22所示，并在某國外公交上小批量應(yīng)用。國內(nèi)也有客車廠開始試裝。美國艾里遜變速器公司推出的eGen Power 集成式電驅(qū)橋，如圖23 所示，將兩擋變速器集成在中央殼體內(nèi)，以便提高動(dòng)力性，并增加續(xù)駛里程，大幅提高電驅(qū)橋的性價(jià)比。

1.5 線控?fù)Q擋技術(shù)

隨著客戶需求升級(jí)，對(duì)商用車的駕駛舒適性和安全性需求越來越高。傳統(tǒng)手動(dòng)變速器需要左腳操作離合踏板，右手操作換擋桿，在城市擁堵工況運(yùn)行，需要頻繁操作，增加駕駛疲勞強(qiáng)度，影響行駛安全。近年來，線控離合、AMT 等線控?fù)Q擋技術(shù)得到快速發(fā)展。目前，國外商用車AMT 技術(shù)成熟，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了AMT 的推廣應(yīng)用，如歐洲重型貨車AMT 市場占有率達(dá)到90%，美國也達(dá)到80%。自2019年始，國內(nèi)裝配AMT 的商用車銷量大幅增加，2021年有望突破8萬輛，預(yù)計(jì)2025年占比將達(dá)到50%。受限于AMT 系統(tǒng)成本增加過高的問題，國內(nèi)也出現(xiàn)了相應(yīng)的過渡方案，如線控離合器，它具有較高的性價(jià)比，并在重型貨車、輕型貨車上進(jìn)行了一定的應(yīng)用，但還未在客車上批量應(yīng)用。姜峰研究了單參數(shù)、兩參數(shù)和動(dòng)態(tài)三參數(shù)的商用車換擋規(guī)律，為了最大限度地降低油耗，提出了基于功率與車速的兩參數(shù)控制的自適應(yīng)換擋規(guī)律，并進(jìn)行了整車建模仿真驗(yàn)證。趙璐利用SimulationX對(duì)商用車AMT 進(jìn)行了建模，根據(jù)車輛狀態(tài)、道路狀況和駕駛意圖等因素制定了AMT 最佳換擋規(guī)律，并采用實(shí)車試驗(yàn)驗(yàn)證了AMT 控制策略的有效性。周英超分析了順序換擋和時(shí)序重疊換擋兩種換擋方式的差異，揭示了時(shí)序重疊換擋在縮短擋位時(shí)間方面的優(yōu)勢，設(shè)計(jì)了以動(dòng)圈式直線直流電機(jī)作為直驅(qū)執(zhí)行器的時(shí)序重疊換擋系統(tǒng)方案，基于PID 控制算法的AMT 時(shí)序重疊換擋控制策略，并進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證。范珊珊等分析了目前主流的選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，提出了一種適用于商用車的三段式AMT 選換擋機(jī)構(gòu)，并搭載12速和16速變速器進(jìn)行了試驗(yàn)，性能良好。線控?fù)Q擋控制系統(tǒng)的原理圖如圖24所示。舍弗勒投資（中國） 有限公司和陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司的線控?fù)Q擋產(chǎn)品分別如圖25和圖26所示。

2 線控集成控制技術(shù)的研究進(jìn)展

線控底盤集成控制的目標(biāo)在于通過對(duì)各個(gè)電控子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制來優(yōu)化汽車整體性能。汽車底盤集成控制是對(duì)汽車縱向、橫向和垂向的整體控制，確保汽車各子系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)工作，提高汽車極限工況下的主動(dòng)安全性。全線控汽車分層式集成控制系統(tǒng)框架如圖27所示，其中辨識(shí)層與估計(jì)層是實(shí)現(xiàn)線控系統(tǒng)集成控制的重要前提。它包括通過觀測器對(duì)汽車狀態(tài)和路面條件的估計(jì)、駕駛員意圖辨識(shí)及駕駛工況辨識(shí)。集成控制層和力分配層是車輛集成控制策略的核心部分，是控制計(jì)算中心，最后通過各個(gè)線控執(zhí)行器構(gòu)成的執(zhí)行層來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。

相對(duì)于傳統(tǒng)控制技術(shù)，線控技術(shù)的優(yōu)勢是：一般工況下使汽車符合駕駛員的理想動(dòng)力學(xué)特性與節(jié)能控制效果，極限工況下保證汽車的行駛穩(wěn)定性與安全性。

目前，商用車線控集成技術(shù)主要是單一運(yùn)動(dòng)方向集成控制，還未實(shí)現(xiàn)多向耦合集成控制。單一運(yùn)動(dòng)方向集成又分為：縱向集成控制、橫向集成控制和垂向集成控制。其中，縱向集成控制主要圍繞驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定控制（驅(qū)動(dòng)防滑）、制動(dòng)穩(wěn)定控制（防抱死、橫擺穩(wěn)定）、制動(dòng)能量回收、主動(dòng)制動(dòng)、巡航控制、距離保持等功能；橫向集成控制主要圍繞轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)轉(zhuǎn)向、車道保持、緊急避障等功能；垂向集成控制主要圍繞懸架系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)剛度、阻尼、高度、側(cè)傾剛度的自適應(yīng)調(diào)節(jié)以及前后左右懸架的協(xié)同控制功能。通常集成控制結(jié)構(gòu)分為單層控制和分層控制。單層控制主要采用車輛狀態(tài)方程和經(jīng)典控制理論，通過實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，并及時(shí)調(diào)節(jié)控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的性能目標(biāo)。分層控制一般有兩層：上層控制器和下層控制器。其中，上層控制器主要基于整車動(dòng)力學(xué)模型，規(guī)劃理想的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和軌跡，下層控制器依據(jù)上層控制器的控制信號(hào)，計(jì)算輸出各執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)控制。

線控集成控制技術(shù)常用的控制算法有PID 控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、滑?？刂?、模糊控制、預(yù)測控制等。由于控制算法復(fù)雜多樣和篇幅所限，這里不再逐一展開介紹。

本文結(jié)合商用車當(dāng)前的技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，重點(diǎn)介紹以下3項(xiàng)集成控制技術(shù)——自動(dòng)緊急制動(dòng)AEB系統(tǒng)、自適應(yīng)巡航ACC 系統(tǒng)和車道保持輔助LKA系統(tǒng)的研究進(jìn)展和應(yīng)用情況。

2.1 AEB系統(tǒng)

AEB系統(tǒng)是一種主動(dòng)安全技術(shù)，它通過自動(dòng)制動(dòng)來避免或者緩解碰撞損傷。根據(jù)適用的行駛工況主要分3類：適用城市路況的城市AEB、適用高速工況的城際AEB 以及用于保護(hù)行人的行人AEB。城市AEB 主要利用激光雷達(dá)來探測前方10 m內(nèi)的目標(biāo)車輛，在車速不超過20 km/h 的工況下工作；城際AEB 主要利用毫米波雷達(dá)等遠(yuǎn)距離雷達(dá)來探測前方100 m內(nèi)的目標(biāo)車輛，在車速為50～80 km/h的工況下工作；行人AEB 主要利用攝像頭、紅外裝置等來探測目標(biāo)行人。常見AEB 的控制原理如圖28所示。作者團(tuán)隊(duì)從2014年開始AEB 技術(shù)的研究，現(xiàn)已完成適用于7～14 m 客車的AEB 系統(tǒng)開發(fā)，到目前為止已實(shí)現(xiàn)商用車萬輛級(jí)規(guī)模的推廣應(yīng)用。

目前，國內(nèi)在《JT/T 1094—2016 營運(yùn)客車安全技術(shù)條件》和《JT/T 1178.1—2018營運(yùn)貨車安全技術(shù)條件》法規(guī)的要求下，營運(yùn)客車和貨車都已經(jīng)安裝AEB 系統(tǒng)，有效降低了碰撞交通事故的危害和發(fā)生概率。

2.2 ACC系統(tǒng)

ACC系統(tǒng)具有減輕駕駛員的操作負(fù)擔(dān)、提高行車安全性等優(yōu)點(diǎn)，目前已在乘用車上得到普遍應(yīng)用，但對(duì)于國內(nèi)商用車來說還未開始規(guī)?；茝V，主要原因是商用車是生產(chǎn)資料，其性價(jià)比還需要提升。清華大學(xué)王建強(qiáng)等?率先基于雙模式制動(dòng)和電子油門系統(tǒng)對(duì)商用車ACC 系統(tǒng)進(jìn)行研究，采用比例積分控制方法和Smith 預(yù)估補(bǔ)充控制方法設(shè)計(jì)了ACC 系統(tǒng)的下位控制算法，具有與原車系統(tǒng)兼用的優(yōu)點(diǎn)。北京理工大學(xué)李曉良開發(fā)了電動(dòng)客車用ACC 系統(tǒng)，采用上下分層控制思路，上層采用PID 控制方法，下層設(shè)計(jì)了加速度自適應(yīng)調(diào)節(jié)器，并進(jìn)行了半實(shí)物在環(huán)仿真驗(yàn)證。ACC系統(tǒng)原理如圖29所示。2018年作者團(tuán)隊(duì)根據(jù)客車特點(diǎn)和運(yùn)營場景研發(fā)ACC 系統(tǒng)，現(xiàn)已完成適用于客車、貨車等商用車的ACC 系統(tǒng)開發(fā)，并開始搭載整車進(jìn)行推廣應(yīng)用。

2.3 LKA系統(tǒng)

LKA系統(tǒng)也是一種主動(dòng)安全技術(shù)，可有效避免因駕駛員疲勞駕駛和注意力分散所造成的車輛無意識(shí)偏離本車道的情況，從而提高行車安全性。近年來，《GB 7258—2017機(jī)動(dòng)車輛安全技術(shù)條件》對(duì)11 m以上的客車增加了強(qiáng)制安裝LKA系統(tǒng)的要求，實(shí)施時(shí)間是2022年1月，所以國內(nèi)客車主機(jī)廠都在研發(fā)LKA技術(shù)。作者團(tuán)隊(duì)依據(jù)國家法規(guī)要求，提前規(guī)劃及研發(fā)商用車LKA 技術(shù)，目前已完成適用于商用車（含客車） 的LKA 系統(tǒng)開發(fā)，并實(shí)現(xiàn)小批量推廣應(yīng)用。長安大學(xué)尤廣輝采用分層控制結(jié)構(gòu)（環(huán)境感知層、控制邏輯層和硬件執(zhí)行層），采用車道偏離時(shí)間（Time to Lane Crossing，TLC）和汽車當(dāng)前位置（Car’s Current Position，CCP） 聯(lián)合預(yù)警算法，利用預(yù)瞄點(diǎn)參數(shù)跟隨車速變化完成自適應(yīng)路徑跟蹤控制，并在某客車上進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。吉林大學(xué)程函?基于EHPS 系統(tǒng)開發(fā)了適用于半掛列車的車道保持系統(tǒng)，通過識(shí)別駕駛員操作意圖，運(yùn)用LQR 算法計(jì)算拖臺(tái)的最佳轉(zhuǎn)角，實(shí)現(xiàn)整個(gè)列車的車道保持行駛。北京理工大學(xué)施國標(biāo)等設(shè)計(jì)了基于駕駛員在環(huán)的模型預(yù)測控制（Model Predictive Control，MPC） 和自抗擾控制（Active Disturbance Rejection Control， ADRC） 串級(jí)的車道保持控制策略，利用ADRC算法對(duì)電液耦合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的目標(biāo)轉(zhuǎn)角進(jìn)行補(bǔ)償。車道保持輔助LKA系統(tǒng)原理如圖30所示。

3 商用車線控底盤技術(shù)展望

隨著《智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)路線圖2.0》和《智能底盤技術(shù)路線框架圖》的發(fā)布，商用車線控技術(shù)將迎來快速發(fā)展。本文從線控執(zhí)行系統(tǒng)和線控集成控制兩個(gè)維度展望其發(fā)展方向。

3.1 線控執(zhí)行系統(tǒng)向電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展

3.1.1 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向

目前商用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是典型的多領(lǐng)域復(fù)雜的耦合系統(tǒng)，EHPS 系統(tǒng)除機(jī)械部分和液壓部分外，還包括電子控制系統(tǒng)，這種機(jī)電液壓系統(tǒng)相互耦合、相互影響的同時(shí)也綜合影響著商用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能。其面向未來的發(fā)展趨勢主要有：

（1） 隨著電機(jī)和電控技術(shù)的進(jìn)步及新能源商用車的快速發(fā)展，商用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向電液耦合發(fā)展，最終向電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向發(fā)展，包括電動(dòng)循環(huán)球和直拉桿式電動(dòng)轉(zhuǎn)向。

（2） 轉(zhuǎn)向控制將通過阻尼補(bǔ)償、摩擦補(bǔ)償和回正補(bǔ)償?shù)确椒ǎ瑑?yōu)化助力特性和控制精度，進(jìn)一步改善商用車的駕駛操縱性能和轉(zhuǎn)向響應(yīng)性能。

（3） 隨著商用車底盤系統(tǒng)的電控化，商用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要與其他底盤電控系統(tǒng)集成控制。通過底盤域控制器融合線控制動(dòng)、線控懸架、線控驅(qū)動(dòng)系等底層傳感器信息來協(xié)調(diào)優(yōu)化各子系統(tǒng)，從而使商用車整車行駛性能最優(yōu)。

3.1.2 線控制動(dòng)的發(fā)展方向

線控制動(dòng)系統(tǒng)作為商用車線控底盤的最重要且保證安全的線控控制執(zhí)行部件，具有非常重要的地位。其響應(yīng)精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性關(guān)系到自動(dòng)駕駛和輔助駕駛控制功能的實(shí)現(xiàn)。其面向未來的發(fā)展趨勢主要有：

（1） 線控制動(dòng)系統(tǒng)由電控氣壓制動(dòng)向氣電復(fù)合制動(dòng)發(fā)展，最終向電子機(jī)械制動(dòng)EMB技術(shù)發(fā)展。

（2） 制動(dòng)系統(tǒng)由單一縱向集成向與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和懸架系統(tǒng)深度集成發(fā)展。

（3） 在自動(dòng)駕駛汽車上，線控制動(dòng)系統(tǒng)向與環(huán)境感知相結(jié)合的主動(dòng)安全系統(tǒng)發(fā)展，如主動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)、自適應(yīng)巡航系統(tǒng)、橫向穩(wěn)定系統(tǒng)等。

（4） 線控制動(dòng)系統(tǒng)向基于底盤域控EMB 的ASR/ESC等功能擴(kuò)展發(fā)展。

3.1.3 線控懸架的發(fā)展方向

隨著“三化”技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)出行舒適性需求升級(jí)，未來線控主動(dòng)懸架的發(fā)展空間更加廣闊，應(yīng)用前景更加明朗，特別是以載人為主的客運(yùn)旅游大客車，通過識(shí)別路面不平度，對(duì)車輛阻尼、剛度和高度實(shí)現(xiàn)預(yù)測控制，在減速帶、起伏路、坑洼路、接縫路、緊急制動(dòng)和緊急轉(zhuǎn)向等典型工況方面控制效果得到明顯提升。其面向未來的發(fā)展趨勢主要有：

（1） 向基于道路預(yù)瞄式的主動(dòng)空氣懸架技術(shù)方向發(fā)展。

（2） 向連續(xù)電控變阻尼（Continuous Damping Control，CDC） 和高度控制集成方向發(fā)展。

（3） 向基于協(xié)同控制技術(shù)的互聯(lián)空氣懸架技術(shù)發(fā)展。

（4） 向基于魔毯技術(shù)的主動(dòng)懸架技術(shù)發(fā)展。

（5） 向基于底盤動(dòng)力學(xué)協(xié)調(diào)控制的主動(dòng)懸架技術(shù)發(fā)展。

3.2 線控集成控制向基于域控的耦合動(dòng)力學(xué)控制方向發(fā)展

在“三化”技術(shù)的推動(dòng)下，汽車電子電氣架構(gòu)在向域集中和中央集成方向發(fā)展，商用車的底盤線控集成技術(shù)也毫無例外地向域集成控制技術(shù)升級(jí)。可以預(yù)見，圍繞商用車底盤耦合動(dòng)力學(xué)的縱向、橫向和垂向集成控制必將成為商用車線控技術(shù)的研發(fā)新熱點(diǎn)?！秶抑悄艿妆P技術(shù)路線框架圖》指出了商用車線控底盤的具體目標(biāo)和技術(shù)路徑，如圖31所示，其中2025年實(shí)現(xiàn)功能安全和冗余架構(gòu)滿足整車需求、底盤縱向和橫向融合協(xié)控等，2030年實(shí)現(xiàn)信息安全、底盤健康管理和縱向、橫向和垂向多自由度動(dòng)態(tài)綜合控制等。

商用車縱向、橫向和垂向耦合動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖32所示?；隈詈蟿?dòng)力學(xué)模型通過底盤域控制器來實(shí)現(xiàn)主動(dòng)制動(dòng)、主動(dòng)轉(zhuǎn)向和主動(dòng)懸架的耦合動(dòng)力學(xué)集成控制，是未來商用車線控集成的主要發(fā)展方向，需要重點(diǎn)關(guān)注。

4 結(jié)語

在電動(dòng)化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化快速發(fā)展的背景下，商用車線控底盤技術(shù)迎來了快速發(fā)展的歷史機(jī)遇期?？梢灶A(yù)見在不久的將來，無論是線控執(zhí)行系統(tǒng)方面的新技術(shù)，還是線控集成方面的域控技術(shù)等都將取得突破性進(jìn)展。未來的線控底盤技術(shù)必將升級(jí)換代，完全滿足輔助駕駛和自動(dòng)駕駛的應(yīng)用需求，并為商用車產(chǎn)品的安全、節(jié)能、舒適和環(huán)保性能提升提供強(qiáng)大支撐。

編輯：黃飛

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