智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)概論 課件 第6-8章 智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)控制-智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)先進(jìn)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)控制執(zhí)行技術(shù)第六章

6.1控制執(zhí)行技術(shù)一、控制執(zhí)行技術(shù)的定義如果說(shuō)環(huán)境感知系統(tǒng)相當(dāng)于駕駛員的眼睛、決策規(guī)劃系統(tǒng)相當(dāng)于駕駛員的大腦，那么執(zhí)行控制系統(tǒng)就相當(dāng)于駕駛員的手腳。具體而言，自動(dòng)駕駛控制執(zhí)行系統(tǒng)是指系統(tǒng)做出決策規(guī)劃以后，替代駕駛員對(duì)車(chē)輛進(jìn)行控制，反饋到底層模塊執(zhí)行任務(wù)。可以說(shuō)，執(zhí)行控制系統(tǒng)是自動(dòng)駕駛汽車(chē)行駛的基礎(chǔ)，車(chē)輛的各個(gè)操控系統(tǒng)需要通過(guò)總線與決策系統(tǒng)相連接，并能夠按照決策系統(tǒng)發(fā)出的總線指令精確地控制加速程度、制動(dòng)程度、轉(zhuǎn)向幅度、燈光控制等駕駛動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的自主駕駛。智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的控制執(zhí)行技術(shù)指在環(huán)境感知技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)決策規(guī)劃的目標(biāo)軌跡，通過(guò)縱向和橫向控制系統(tǒng)的配合使汽車(chē)能夠按照跟蹤目標(biāo)軌跡準(zhǔn)確穩(wěn)定行駛，同時(shí)使汽車(chē)在行駛過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)車(chē)速調(diào)節(jié)、車(chē)距保持、換道、超車(chē)等基本操作。車(chē)輛的控制執(zhí)行技術(shù)包括縱向、橫向以及垂直方向的運(yùn)動(dòng)控制。借助融合驅(qū)/制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、懸架的底盤(pán)控制技術(shù)以及應(yīng)用移動(dòng)通信和感知系統(tǒng)的車(chē)隊(duì)協(xié)同和車(chē)路協(xié)同，是實(shí)現(xiàn)被6.1.1控制執(zhí)行技術(shù)的定義及其組成6.1控制執(zhí)行技術(shù)控車(chē)路的速度、行駛方向與預(yù)設(shè)的速度曲線、行駛路線保持同步的重要前提條件。二、控制執(zhí)行技術(shù)的組成自動(dòng)駕駛控制的核心技術(shù)是車(chē)輛的縱向控制和橫向控制技術(shù)?？v向控制，即車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)與制動(dòng)控制：橫向控制，即轉(zhuǎn)向盤(pán)角度的調(diào)整以及輪胎力的控制。實(shí)現(xiàn)了縱向和橫向自動(dòng)控制，就可以按給定目標(biāo)和約束自動(dòng)控制車(chē)輛運(yùn)行。所以，從車(chē)輛本身來(lái)說(shuō)，自動(dòng)駕駛就是綜合縱向和橫向控制。1．車(chē)輛縱向控制車(chē)輛縱向控制是在行車(chē)速度方向上的控制，即車(chē)速以及本車(chē)與前后車(chē)或障礙物距離的自動(dòng)控制。自適應(yīng)巡航控制和緊急制動(dòng)控制都是典型的自動(dòng)駕駛縱向控制案例。這類(lèi)控制問(wèn)題可歸結(jié)為對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)和制動(dòng)系統(tǒng)的控制。各種電機(jī)—發(fā)動(dòng)機(jī)—傳動(dòng)模型、汽車(chē)運(yùn)行模型和制動(dòng)過(guò)程模型與不同的控制器算法結(jié)合，構(gòu)成了各種各樣的縱向控制模式，典型結(jié)構(gòu)如圖6-1所示。此外對(duì)輪胎作用力的滑移率控制是縱向穩(wěn)定控制中的關(guān)鍵部分滑移率控制系統(tǒng)通6.1.1控制執(zhí)行技術(shù)的定義及其組成6.1控制執(zhí)行技術(shù)過(guò)控制車(chē)輪滑移率調(diào)節(jié)車(chē)輛的縱向動(dòng)力學(xué)特性來(lái)防止車(chē)輛發(fā)生過(guò)度驅(qū)動(dòng)滑移或制動(dòng)抱死，從而提高車(chē)輛的穩(wěn)定性和操縱性能。防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）。在汽車(chē)制動(dòng)時(shí)，自動(dòng)控制制動(dòng)備制動(dòng)力的大小，使車(chē)輪不被抱死。處于邊滾邊滑（滑移率在20%左右）的狀態(tài)。以保證地面能夠給年輪提供最大的制動(dòng)力。些智能滑移率控制策略利用充足的環(huán)境感知信息設(shè)計(jì)了隨道路環(huán)境變化的車(chē)輪最優(yōu)滑移率調(diào)節(jié)器。從而提升輪胎力作用效果。6.1.1控制執(zhí)行技術(shù)的定義及其組成圖6-1典型結(jié)構(gòu)

6.1控制執(zhí)行技術(shù)智能控制策略，如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、滾動(dòng)時(shí)域優(yōu)化控制等，在縱向控制中也得到了廣泛研究和應(yīng)用，并取得了較好的效果，被認(rèn)為是最有效的方法。而傳統(tǒng)控制的方法，如PID控制和前饋開(kāi)環(huán)控制，一般是建立發(fā)動(dòng)機(jī)和汽車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的近似線性模型，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)控制器，這種方法實(shí)現(xiàn)的控制，由于對(duì)模型依賴(lài)性大及模型誤差較大，所以精度差、適應(yīng)性差。從目前的論文和研究的項(xiàng)目看，尋求簡(jiǎn)單而準(zhǔn)確的電機(jī)一發(fā)動(dòng)機(jī)一傳動(dòng)、制動(dòng)過(guò)程和汽車(chē)運(yùn)動(dòng)模型，以及對(duì)隨機(jī)擾動(dòng)有魯棒性和對(duì)汽車(chē)本身性能變化有適應(yīng)性的控制器仍是研究的主要內(nèi)容。目前，應(yīng)用的系統(tǒng)如自適應(yīng)巡航控制、防碰撞控制，都是自主系統(tǒng)，即由車(chē)載傳感器獲取控制所需信息，而往往缺乏對(duì)V2X車(chē)聯(lián)網(wǎng)信息的利用。在智能交通環(huán)境下，單車(chē)可以通過(guò)V2X通信信息系統(tǒng)獲得更多周邊交通流信息以用于控制。在縱向控制方面，可利用本車(chē)及周邊車(chē)輛位置、當(dāng)前及前方道路情況、前車(chē)操縱狀態(tài)等信息實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)控制，達(dá)到提高速度減小車(chē)間距的同時(shí)保證安全，即達(dá)到安全、高效和節(jié)能的目的。縱向控制系統(tǒng)作為自動(dòng)駕駛汽車(chē)最重要的控制系統(tǒng)之一，是解決交通堵塞、降低交6.1.1控制執(zhí)行技術(shù)的定義及其組成6.1控制執(zhí)行技術(shù)通事故發(fā)生率的有效方式之一。縱向控制系統(tǒng)對(duì)危險(xiǎn)場(chǎng)景的反應(yīng)速度快，避撞控制精確、有效，可最大限度避免交通事故的發(fā)生以及人員的傷亡。此外，縱向控制系統(tǒng)在保證行駛安全的前提下，還可縮短車(chē)間距離，有效提高道路通行率，減輕因堵車(chē)造成的環(huán)境污染。2．車(chē)輛橫向控制車(chē)輛橫向控制是指垂直于運(yùn)動(dòng)方向上的控制，對(duì)于車(chē)輛也就是轉(zhuǎn)向控制。目標(biāo)是控制車(chē)輛自動(dòng)保持期望的行車(chē)路線，并在不同的車(chē)速、載荷、風(fēng)速、路況下有很好的乘坐舒適性和穩(wěn)定性橫向控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖6-2所示?？刂颇繕?biāo)一般是車(chē)中心與路中心線間的偏移量，同時(shí)受舒適性指標(biāo)約束。車(chē)輛橫向控制主要有兩種基本設(shè)計(jì)方法：一種是基于駕駛?cè)四M的方法：另一種是基于車(chē)輛橫向運(yùn)動(dòng)力學(xué)模型的方法。1）基于駕駛?cè)四M的方法：一種策略是使用較簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)力學(xué)模型和駕駛?cè)瞬倏v6.1.1控制執(zhí)行技術(shù)的定義及其組成6.1控制執(zhí)行技術(shù)規(guī)則設(shè)計(jì)控制器：另一策略是用駕駛?cè)瞬倏v過(guò)程的數(shù)據(jù)訓(xùn)練控制器獲取控制算法。2）基于車(chē)輛橫向運(yùn)動(dòng)力學(xué)模型的方法要建立較精確的汽車(chē)橫向運(yùn)動(dòng)模型、典型模型是所謂的單軌模型，或稱(chēng)為自行車(chē)模型，如圖6-3所示，也就是認(rèn)為汽車(chē)左右兩側(cè)特性相同。針對(duì)低附著路面的極限工況中，車(chē)輛橫擺穩(wěn)定控制是車(chē)輛橫向控制中的關(guān)鍵部分。針對(duì)低附著路面的極限工況中車(chē)輛橫擺穩(wěn)定控制是車(chē)輛橫向控制中的關(guān)鍵部分。6.1.1控制執(zhí)行技術(shù)的定義及其組成圖6-2橫向控制基本結(jié)構(gòu)

6.1控制執(zhí)行技術(shù)傳統(tǒng)操縱穩(wěn)定性控制思路，如電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（ESP）和前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（AFS）等，控制分布的輪胎作用力和前輪轉(zhuǎn)向，通過(guò)利用輪胎附著力和降低輪胎利用率來(lái)提高車(chē)輛穩(wěn)定性。大多數(shù)文獻(xiàn)沿襲冗余驅(qū)動(dòng)的控制分配框架，通過(guò)改變內(nèi)外側(cè)輪胎驅(qū)/制動(dòng)力差異的方法，增加單側(cè)驅(qū)/制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并相應(yīng)減小另一側(cè)驅(qū)/制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的方式為整車(chē)產(chǎn)生一個(gè)附加的橫擺轉(zhuǎn)矩來(lái)改善車(chē)輛轉(zhuǎn)向動(dòng)態(tài)特性，以保證車(chē)輛的橫擺穩(wěn)定性和行駛安全性。6.1.1控制執(zhí)行技術(shù)的定義及其組成圖6-3自行車(chē)模型示意圖

6.1控制執(zhí)行技術(shù)電子控制技術(shù)和電氣化的發(fā)展給汽車(chē)底盤(pán)技術(shù)的突破帶來(lái)了革命性的契機(jī)，也使得汽車(chē)的整體集成控制成為可能。同時(shí)在智能網(wǎng)聯(lián)的交通環(huán)境下，單年可以通過(guò)自身環(huán)境傳感、定位導(dǎo)航和V2X酒信信息系統(tǒng)獲得庭多周邊交通流信息以用于橫向控制、以利于提前感知道路危險(xiǎn)。提高智能駕駛的安全性。傳統(tǒng)的汽車(chē)控制方法主要有PID控制、模糊控制、最優(yōu)控制、滑?？刂频?，這些算法應(yīng)用都較為廣泛相對(duì)于傳統(tǒng)的控制方法，智能控制方法主要體現(xiàn)在對(duì)控制對(duì)象模型的運(yùn)用和綜合信息學(xué)習(xí)運(yùn)用上，主要有基于模規(guī)的控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和深度學(xué)習(xí)方法等，目前這些算法已經(jīng)逐步在智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)控制執(zhí)行系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。1．PID控制PID控制器（比例—積分—微分控制器），由比例單元P、積分單元I和微分單元D組成，如圖6-4所示。通過(guò)Kp、Ki和Kd三個(gè)參數(shù)的設(shè)定。PID控制器主要適用于基本上6.1.1控制執(zhí)行技術(shù)的定義及其組成6.1.2控制執(zhí)行技術(shù)的常用控制方法6.1控制執(zhí)行技術(shù)線性且動(dòng)態(tài)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)。PID是以它的三種糾正算法而命名的。這三種算法都是用加法調(diào)整被控制的數(shù)值，其輸入為誤差值（設(shè)定值減去測(cè)量值后的結(jié)果）或是由誤差值衍生的信號(hào)。2．模糊控制模糊邏輯控制策略（FuzzyLogicControlStrategy）簡(jiǎn)稱(chēng)模糊控制

（FuzzyControl），其本質(zhì)是一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)，集成了模糊理論、模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量和模糊邏輯推理等，如圖6-5所示。與經(jīng)典控制理論相比，模糊邏輯控制策略最大的特點(diǎn)是不需要準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)公式來(lái)建立被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，因此可極大簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和數(shù)學(xué)建模的復(fù)雜性，提高系統(tǒng)建模和仿真控制的效率。模糊控制系統(tǒng)在建模過(guò)程中，利用人類(lèi)積累的相關(guān)知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理，模擬人類(lèi)大腦處理復(fù)雜事件的過(guò)程，進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)的控制思想，控制思想經(jīng)過(guò)編譯成為控制策略。模糊邏輯控制策略由工程人員的控制思路和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累編譯而成，具有較佳的魯棒性、適應(yīng)性以及容錯(cuò)性。其主要由定義模糊變量、模糊變量模糊化、定義規(guī)則庫(kù)、推理決策和逆模糊化五個(gè)環(huán)節(jié)組成。6.1.2控制執(zhí)行技術(shù)的常用控制方法6.1控制執(zhí)行技術(shù)3．最優(yōu)控制最優(yōu)控制理論是變分法的推廣，著重于研究使控制系統(tǒng)的指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)化的條件和方法。為了解決最優(yōu)控制問(wèn)題，必須建立描述受控運(yùn)動(dòng)過(guò)程的運(yùn)動(dòng)方程，給出控制變量的允許取值范圍，指定運(yùn)動(dòng)過(guò)程的初始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)，并且規(guī)定一個(gè)評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)過(guò)程品質(zhì)優(yōu)劣的性能指標(biāo)，如圖6-6所示，為自動(dòng)駕駛避障的優(yōu)化路徑規(guī)劃。6.1.2控制執(zhí)行技術(shù)的常用控制方法圖6-4PID控制

圖6-5基于模糊控制自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)的示意圖

6.1控制執(zhí)行技術(shù)通常，性能指標(biāo)的好壞取決于所選擇的控制所數(shù)和1I相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)最高運(yùn)動(dòng)方程的約束，而控制函數(shù)只能在允許的范圍內(nèi)選取。同時(shí)，最優(yōu)控制日優(yōu)化技術(shù)。最優(yōu)化技術(shù)是研究和解決如何將最優(yōu)化問(wèn)題表示為數(shù)學(xué)模型以人及如何根據(jù)數(shù)學(xué)模型盡快求出其最優(yōu)解這兩大問(wèn)題。4．滑?？刂圃谙到y(tǒng)控制過(guò)程中，控制器根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)時(shí)狀態(tài)，以躍變方式有目的地不斷變換，迫6.1.2控制執(zhí)行技術(shù)的常用控制方法圖6-6最優(yōu)控制

6.1控制執(zhí)行技術(shù)使系統(tǒng)按預(yù)定的“滑動(dòng)模態(tài)”的狀態(tài)軌跡運(yùn)動(dòng)。變結(jié)構(gòu)是通過(guò)切換兩數(shù)實(shí)現(xiàn)的，特別要指出的是，通常要求切換面上存在滑動(dòng)模態(tài)區(qū)，故變結(jié)構(gòu)控制又常被稱(chēng)為滑動(dòng)模態(tài)控制。5．基于模型的控制基于模型的控制，一般稱(chēng)為模型預(yù)測(cè)控制（MPC）又可稱(chēng)為滾動(dòng)時(shí)域控制（MHC）和后退時(shí)域控制（RHC），它是一類(lèi)以模型預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)優(yōu)化控制方法，在近些年來(lái)被廣泛研究和應(yīng)用的一種控制策略。其基本原理可概括為：在每個(gè)采樣時(shí)刻，根據(jù)當(dāng)前獲得的當(dāng)前測(cè)量信息，在線求解一個(gè)有限時(shí)域的開(kāi)環(huán)優(yōu)化問(wèn)題，并將得到的控制序列的第一個(gè)

元素作用于被控對(duì)象，在一個(gè)采樣時(shí)刻，重復(fù)上述過(guò)程，再用新的測(cè)量值刷新優(yōu)化問(wèn)題并重新求解。在線求解開(kāi)環(huán)優(yōu)化問(wèn)題獲得開(kāi)環(huán)優(yōu)化序列是模型預(yù)測(cè)控制與傳統(tǒng)控制方法的主要區(qū)別。預(yù)測(cè)控制算法主要由預(yù)測(cè)模型、反饋校正、滾動(dòng)優(yōu)化、參考軌跡四個(gè)部分組成，最好將優(yōu)化解的第一個(gè)元素（或第二部分）作用于系統(tǒng)。6.1.2控制執(zhí)行技術(shù)的常用控制方法6.1控制執(zhí)行技術(shù)6．神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是研究和利用人腦的某些結(jié)構(gòu)機(jī)理以及人的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)的控制，如圖6-7所示。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可以把控制問(wèn)題看成模式識(shí)別問(wèn)題，彼識(shí)別的模型是映射成“行為”信號(hào)的“變化”信號(hào)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制最顯著的特點(diǎn)是具有學(xué)習(xí)能力。它是通過(guò)不斷修正神經(jīng)元之間的連接權(quán)值，并離散存儲(chǔ)在連接網(wǎng)絡(luò)中來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它對(duì)非線性系統(tǒng)和難以建模的系統(tǒng)的控制具有良好效果。6.1.2控制執(zhí)行技術(shù)的常用控制方法圖6-7RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

6.1控制執(zhí)行技術(shù)一般情況下，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于控制系統(tǒng)有兩種方法：一種是用其建模，主要利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能任意近似任何連續(xù)函數(shù)和其學(xué)習(xí)算法的優(yōu)勢(shì)，存在前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)兩種類(lèi)型；另一種是直接作為控制器使用。7．深度學(xué)習(xí)方法深度學(xué)習(xí)源于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究，可理解為深層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)它可以獲得深層次的特征表示，免除人工選取特征的繁復(fù)冗雜和高維數(shù)據(jù)的維度災(zāi)難問(wèn)題深度學(xué)習(xí)在特征提取與模型擬合方面顯示了其潛力和優(yōu)勢(shì)。對(duì)于存在高維數(shù)據(jù)的控制系統(tǒng)，引入深度學(xué)習(xí)具有一定的意義，近年來(lái)，已有一些研究關(guān)注深度學(xué)習(xí)在控制領(lǐng)域的應(yīng)用，如圖

6-8所示。目前，較為公認(rèn)的深度學(xué)習(xí)的基本模型包括基于受限玻爾茲曼機(jī)（RBM）的深度置信網(wǎng)絡(luò)（DBN）、基于自動(dòng)編碼器（AE）的堆疊自動(dòng)編碼器（SAE）、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）、遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）。自動(dòng)駕駛系統(tǒng)雷要盡量減少人的多與或沒(méi)有人的多與，深度學(xué)習(xí)自動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)特征6.1.2控制執(zhí)行技術(shù)的常用控制方法6.1控制執(zhí)行技術(shù)的能使得深度學(xué)習(xí)在無(wú)人駕駛系統(tǒng)的研究中具有先天的優(yōu)勢(shì)。

如何充分利用和發(fā)揮深度學(xué)習(xí)在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)并發(fā)展深度學(xué)習(xí)在內(nèi)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)控制是日前的研究方向。6.1.2控制執(zhí)行技術(shù)的常用控制方法圖6-86.1控制執(zhí)行技術(shù)國(guó)內(nèi)智能汽車(chē)發(fā)展相對(duì)較晚，目前仍處于滲透過(guò)程中。2020年駕駛輔助（DA）、部分自動(dòng)駕駛（PA）車(chē)輛市場(chǎng)占有半約50%；中期重點(diǎn)形成岡聯(lián)式環(huán)境感知能力，實(shí)現(xiàn)可在復(fù)雜I.況下的半自動(dòng)駕駛，2025年高度自動(dòng)駕駛（HA）車(chē)輛占有率約10%-20%：遠(yuǎn)期推動(dòng)可實(shí)現(xiàn)V2X協(xié)同控制、具備高度/完全自動(dòng)駕駛功能的智能化技術(shù)，2030年完全自主駕駛（FA）車(chē)輛市場(chǎng)占有率近10%。從企業(yè)規(guī)劃來(lái)看，國(guó)外大部分整車(chē)廠計(jì)劃將在2020年前后投放L3級(jí)量產(chǎn)車(chē)。并將在2025年前后實(shí)現(xiàn)L4級(jí)量產(chǎn)。百度、谷歌、特斯拉等科技公司規(guī)劃2020年前后實(shí)現(xiàn)14/1.5級(jí)自動(dòng)駕駛。國(guó)內(nèi)部分主機(jī)廠計(jì)劃在2020年實(shí)現(xiàn)13級(jí)自動(dòng)駕駛，如北汽、廣汽新能源等：2025年實(shí)現(xiàn)L4自動(dòng)駕駛。1．底盤(pán)系統(tǒng)全面受益汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)是電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化、輕量化。面對(duì)這些發(fā)展趨勢(shì)，零部件子系統(tǒng)受到的影響各不相同，一般有增減零部件、提升或降低單車(chē)價(jià)值量等影響。電動(dòng)化對(duì)于底盤(pán)（新增電池殼）、空調(diào)冷卻（電動(dòng)空調(diào)、電池冷卻系統(tǒng)）、電子電6.1.3控制執(zhí)行技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)6.1控制執(zhí)行技術(shù)氣等子系統(tǒng)具有增量作用，對(duì)于動(dòng)力總成則有增（電動(dòng)車(chē)新增電池、電機(jī)、電控等）有減（電動(dòng)汽車(chē)無(wú)須發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、燃油系統(tǒng)等）。智能化主要對(duì)底盤(pán)系統(tǒng)（線控底盤(pán)）、通信控制系統(tǒng)、電子電氣系統(tǒng)等具有增量作用。網(wǎng)聯(lián)化主要對(duì)通信控制（增加T.box等聯(lián)網(wǎng)零部件）、電子電氣系統(tǒng)具有增量作用。共享化則主要側(cè)重于汽車(chē)商業(yè)模式的改變，同時(shí)對(duì)通信控制（增加聯(lián)網(wǎng)及控制零部件）、電子電氣系統(tǒng)具有增量作用。輕量化應(yīng)用范圍較廣，對(duì)動(dòng)力總成、底盤(pán)、內(nèi)飾、車(chē)身、外飾等都具有增量作用。6.1.3控制執(zhí)行技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)圖6-9傳統(tǒng)汽車(chē)底盤(pán)與電動(dòng)汽車(chē)底盤(pán)

6.1控制執(zhí)行技術(shù)2．智能化推動(dòng)線控底盤(pán)發(fā)展汽車(chē)行業(yè)另外一個(gè)重要發(fā)展方向就是智能化。如圖6-10所示。智能汽車(chē)的感知識(shí)別、決策規(guī)劃、控制執(zhí)行三個(gè)核心系統(tǒng)中，與底盤(pán)相關(guān)的主要是控制執(zhí)行，需要對(duì)傳統(tǒng)汽車(chē)的底盤(pán)進(jìn)行線控改造以適用于自動(dòng)駕駛。線控制動(dòng)是未來(lái)趨勢(shì)。6.1.3控制執(zhí)行技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)圖6-10機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)與液壓制動(dòng)系統(tǒng)

6.1控制執(zhí)行技術(shù)近一百年來(lái)，汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)歷了從機(jī)械到液壓再到電子（ABS/ESC）的進(jìn)化過(guò)程，未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)將是線控制動(dòng)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，防抱制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）逐步開(kāi)始量產(chǎn)應(yīng)用和推廣。1978年8月，奔馳與博世在德國(guó)發(fā)布了全球首款A(yù)BS，并且率先應(yīng)用在W116世代的S級(jí)車(chē)上。ABS主要由ECU控制單元、車(chē)輪轉(zhuǎn)速傳感器、制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置和制動(dòng)控制電路等部分組成。在制動(dòng)過(guò)程中，ABS控制單元不斷從車(chē)輪速度傳感器獲取車(chē)輪的速度信號(hào)，并進(jìn)行處理，進(jìn)而判斷車(chē)輪是否即將被抱死。當(dāng)車(chē)輪趨近于抱死臨界點(diǎn)時(shí)，制動(dòng)分泵壓力不隨制動(dòng)主泵壓力增加而增高，壓力在抱死臨界點(diǎn)附近變化，從而避免車(chē)輪抱死，減少了危險(xiǎn)事故的發(fā)生。另外一項(xiàng)重要的發(fā)明就是車(chē)身穩(wěn)定控制系統(tǒng)（ESP），這也是博世的專(zhuān)利技術(shù)。其他公司也有類(lèi)似的系統(tǒng)但叫法略有不同，如寶馬的DSC、豐田的VSC、通用的ESC等。ESP系統(tǒng)其實(shí)是一組車(chē)身穩(wěn)定性控制的綜合策略，是ABS（防抱死系統(tǒng)）和ASR（驅(qū)動(dòng)輪防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)）功能上的延伸。6.1.3控制執(zhí)行技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)6.1控制執(zhí)行技術(shù)ESP主要由控制總成ECU、轉(zhuǎn)向傳感器、車(chē)輪傳感器、側(cè)滑傳感器、橫向加速度傳感器等組成。當(dāng)汽車(chē)快速行駛或者轉(zhuǎn)向時(shí)，產(chǎn)生的橫向作用力會(huì)使汽車(chē)不穩(wěn)定，易發(fā)生事故，而ESP系統(tǒng)可以將這種情況防患于未然。例如當(dāng)車(chē)輛前面突然出現(xiàn)障礙物時(shí)，駕駛員必須快速向左轉(zhuǎn)彎，此時(shí)轉(zhuǎn)向傳感器將此信號(hào)傳遞到ESP控制總成，側(cè)滑傳感器和橫向加速度傳感器發(fā)出汽車(chē)轉(zhuǎn)向不足的信號(hào)，這就意味著汽車(chē)將會(huì)直接沖向障礙物。那么這時(shí)ESP系統(tǒng)將會(huì)瞬間將后輪緊急制動(dòng)，這樣就能產(chǎn)生轉(zhuǎn)向需要的反作用力，使汽車(chē)按照轉(zhuǎn)向意圖行駛，避免直接撞向障礙物的事故發(fā)生。6.1.3控制執(zhí)行技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)圖6-11ESP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖與工作原理示意圖

6.1控制執(zhí)行技術(shù)電動(dòng)化和智能化推動(dòng)線控制動(dòng)發(fā)展。對(duì)于傳統(tǒng)燃油汽車(chē)，一般利用發(fā)動(dòng)機(jī)提供真空助力；而電動(dòng)車(chē)沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)提供真空助力，需要使用電子真空泵，或者使用線控制動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)于智能汽車(chē)，尤其是L3及以上等級(jí)自動(dòng)駕駛汽車(chē)，制動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間尤為重要，線控制動(dòng)響應(yīng)更快，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛安全的重要保障。線控制動(dòng)系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)上發(fā)展而來(lái)的，使用電系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的機(jī)械或液壓系統(tǒng)，是汽車(chē)制動(dòng)技術(shù)長(zhǎng)期的發(fā)展趨勢(shì)。傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)由制動(dòng)踏板施加能量，經(jīng)液壓或氣壓管路傳遞至制動(dòng)器；而線控制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行信息由電信號(hào)傳遞，制動(dòng)壓力響應(yīng)更快，因此剎車(chē)距離更短更安全。線控制動(dòng)系統(tǒng)也分為EHB/EMB兩種類(lèi)型。1）液壓式線控制動(dòng)EHB（ElectroHydraulicBrake），以傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，用電子器件取代了一部分機(jī)械部件的功能，使用制動(dòng)液作為動(dòng)力傳遞媒介，控制單元及執(zhí)行機(jī)構(gòu)布置的比較集中，有液壓備份系統(tǒng)，也可以稱(chēng)之為集中式、濕式制動(dòng)系統(tǒng)。6.1.3控制執(zhí)行技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)6.1控制執(zhí)行技術(shù)6.1.3控制執(zhí)行技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)圖6-12傳統(tǒng)與線控制動(dòng)系統(tǒng)比較

圖6-13EHB制動(dòng)系統(tǒng)與EMB制動(dòng)系統(tǒng)

EHB的工作原理：正常工作時(shí)，制動(dòng)踏板與制動(dòng)器之間的液壓連接斷開(kāi)，備用閥處于關(guān)閉狀態(tài)。電子踏板配有踏板感覺(jué)模擬器和電子傳感器，ECU可以通過(guò)傳感器信號(hào)判斷駕駛員的制動(dòng)意圖，并通過(guò)點(diǎn)擊驅(qū)動(dòng)液壓泵進(jìn)行制動(dòng)。電子系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，備用閥打開(kāi)，EHB系統(tǒng)變成傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)。EHB根據(jù)技術(shù)方向可以分為三類(lèi)：6.1控制執(zhí)行技術(shù)6.1.3控制執(zhí)行技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)EHB的工作原理：正常工作時(shí)，制動(dòng)踏板與制動(dòng)器之間的液壓連接斷開(kāi)，備用閥處于關(guān)閉狀態(tài)。電子踏板配有踏板感覺(jué)模擬器和電子傳感器，ECU可以通過(guò)傳感器信號(hào)判斷駕駛員的制動(dòng)意圖，并通過(guò)點(diǎn)擊驅(qū)動(dòng)液壓泵進(jìn)行制動(dòng)。電子系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，備用閥打開(kāi)，EHB系統(tǒng)變成傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)。EHB根據(jù)技術(shù)方向可以分為三類(lèi)：a）電動(dòng)伺服，電機(jī)驅(qū)動(dòng)主缸提供制動(dòng)液壓力源，代表產(chǎn)品BoschIbooster、NSK；b）電液伺服，采用電機(jī)+泵提供制動(dòng)壓力源，代表產(chǎn)品ContinentalMKC1、日立；c）電機(jī)+高壓蓄能器電液伺服，代表產(chǎn)品ADVICSECB。按照結(jié)構(gòu)集成程度，EHB可以分為分立式（two-box）和整體式（one-box），其主要區(qū)別是主動(dòng)增壓模塊（一般由電機(jī)驅(qū)動(dòng)）和分泵壓力調(diào)節(jié)模塊（ABS/ESC總成）是否集成在一起。6.1控制執(zhí)行技術(shù)6.1.3控制執(zhí)行技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)博世的iBooster+ESPHev屬于Two-box方案，分成主動(dòng)建壓?jiǎn)卧洼喐组y控單元2個(gè)功能模塊。大陸MKC1和ZFTRW公司的IBC進(jìn)一步把主動(dòng)建壓?jiǎn)卧洼喐组y控單元集成，形成更為緊湊、成本更低的One-box方案，已經(jīng)成為制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展方向。2）機(jī)械式線控制動(dòng)EMB（ElectroMechanicalBrake），采用電子機(jī)械裝置代替液壓管路，執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常安在輪邊，也可稱(chēng)為分布式、干式制動(dòng)系統(tǒng)。EMB的工作原理：EMB系統(tǒng)的ECU根據(jù)制動(dòng)踏板傳感器信號(hào)及車(chē)速等車(chē)輛狀態(tài)信圖6-14two-box方案與one-box方案

6.1控制執(zhí)行技術(shù)6.1.3控制執(zhí)行技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)號(hào)，驅(qū)動(dòng)和控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)來(lái)產(chǎn)生所需要的制動(dòng)力。總體來(lái)看，EHB系統(tǒng)由于具有備用制動(dòng)系統(tǒng)，安全性較高，因此接受度更高，是目前主要推廣量產(chǎn)的方案。EMB系統(tǒng)雖然具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但缺少備用制動(dòng)系統(tǒng)且缺少技術(shù)支持，短期內(nèi)很難大批量應(yīng)用，是未來(lái)發(fā)展的方向。L2時(shí)代的線控制動(dòng)可以分為燃油車(chē)、混動(dòng)、純電三大類(lèi)，燃油車(chē)大都采用ESP(ESC)，混動(dòng)車(chē)基本都采用高壓蓄能器為核心的間接型EHB（電液壓制動(dòng)），純電車(chē)基本都采用直接型EHB，以電機(jī)直接推動(dòng)主缸活塞。目前線控制動(dòng)系統(tǒng)單價(jià)約2,500元，未來(lái)隨著產(chǎn)銷(xiāo)量上升帶來(lái)成本降低，價(jià)格有望下降至2,000元左右。按照2020年、2025年國(guó)內(nèi)乘用車(chē)銷(xiāo)量分別為2,300萬(wàn)、2,700萬(wàn)輛，線控制動(dòng)系統(tǒng)滲透率分別為10%、30%進(jìn)行估算，2020年、2025年國(guó)內(nèi)線控制動(dòng)系統(tǒng)的市場(chǎng)空間分別為58億、162億元。6.1控制執(zhí)行技術(shù)6.1.3控制執(zhí)行技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)從發(fā)展階段來(lái)看，線控制動(dòng)尚處于發(fā)展早期階段，目前滲透率較低，僅有少量車(chē)型配備，新能源汽車(chē)配置率相對(duì)較高。隨著新能源汽車(chē)、L3及以上智能駕駛的逐步滲透，線控制動(dòng)有望爆發(fā)。根據(jù)上述預(yù)測(cè)，線控制動(dòng)2020-2025年市場(chǎng)空間年均復(fù)合增速高達(dá)23%。EHB國(guó)外廠商技術(shù)發(fā)展已經(jīng)比較成熟，國(guó)內(nèi)在努力追趕；EMB還處在研究階段，目前看短期較難有突破。目前線控制動(dòng)系統(tǒng)的主要供應(yīng)商包括博世、采埃孚、大陸等國(guó)際零部件巨頭企業(yè)，大都從20世紀(jì)90年底開(kāi)始研發(fā)，在底盤(pán)控制領(lǐng)域具有豐富的技術(shù)積累和供貨經(jīng)驗(yàn)，具有一定的先發(fā)優(yōu)勢(shì)。從2000年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)一些自主整車(chē)企業(yè)和零部件供應(yīng)商就開(kāi)始進(jìn)行EHB的研發(fā)，目前已取得一定成果。雖然與博世等國(guó)際巨頭仍存在一定差距，但產(chǎn)業(yè)尚處于發(fā)展早期階段，還有較大的追趕機(jī)會(huì)。6.1控制執(zhí)行技術(shù)6.1.3控制執(zhí)行技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)從競(jìng)爭(zhēng)要素來(lái)看，線控制動(dòng)產(chǎn)品技術(shù)含量較高，且需要較長(zhǎng)投入期，因此對(duì)于人才、技術(shù)和資本要求較高。目前國(guó)內(nèi)發(fā)展相對(duì)較好的有伯特利、拓普集團(tuán)、萬(wàn)安科技等，兼?zhèn)淙瞬拧⒓夹g(shù)和資本等優(yōu)勢(shì)，有望在未來(lái)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲得一席之地。伯特利：公司2019年7月發(fā)布WCBS產(chǎn)品，為客戶(hù)提供one-box一體式解決方案，不僅集成了真空助力器、電子真空泵、主缸和ESC的功能，還能更好地滿(mǎn)足新能源汽車(chē)以及整車(chē)智能駕駛對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)新的需求。拓普集團(tuán)：公司多年來(lái)致力于汽車(chē)電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，先后開(kāi)發(fā)出EVP等產(chǎn)品并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，在線控制動(dòng)領(lǐng)域，公司研發(fā)的智能剎車(chē)系統(tǒng)IBS產(chǎn)品目前仍處于驗(yàn)證和市場(chǎng)預(yù)推廣階段，預(yù)計(jì)將于2021-2022年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。萬(wàn)安科技：參股公司上海同馭汽車(chē)科技有限公司的EHB產(chǎn)品已跟江鈴集團(tuán)、菜鳥(niǎo)物流等多家客戶(hù)開(kāi)展合作，目前已裝車(chē)近500臺(tái)，涉及乘用車(chē)、輕型客車(chē)等多種車(chē)型，產(chǎn)品成熟度高，達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，并計(jì)劃于2019年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。3．智能化推動(dòng)線控轉(zhuǎn)向發(fā)展6.1控制執(zhí)行技術(shù)6.1.3控制執(zhí)行技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)在汽車(chē)的發(fā)展歷程中，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段：從最初的機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（MS）發(fā)展為液東地力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HIS）。然后又出現(xiàn)電控液力助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHIS）和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EIS）。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是通過(guò)給助力電機(jī)發(fā)送電信號(hào)指令，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)矩傳感器和轉(zhuǎn)向角傳感器將測(cè)量到的駕駛?cè)宿D(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向可盤(pán)的轉(zhuǎn)價(jià)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸入到電子控制器（ECU）.ECU依據(jù)車(chē)速傳感器和安裝在轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上的位移傳感器的信號(hào)來(lái)控制轉(zhuǎn)矩反饋電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。并根據(jù)轉(zhuǎn)向力模擬、生成反饋轉(zhuǎn)矩，控制轉(zhuǎn)向電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向、轉(zhuǎn)矩大小和旋轉(zhuǎn)的角度，通過(guò)機(jī)械轉(zhuǎn)向裝置控制轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向位目前，配備線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車(chē)型較少，其中英蘇尼迫（50.（Q501.部分高配車(chē)型和（X0裝備rDAS線控轉(zhuǎn)向。這套線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的構(gòu)成傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類(lèi)似，不同之處在于它多了3組ECU電子控制單元，轉(zhuǎn)向盤(pán)后的轉(zhuǎn)向動(dòng)作回饋器、離合器。當(dāng)任意一個(gè)ECU被檢測(cè)到出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，備用模式將激活離合器，恢復(fù)至傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)轉(zhuǎn)向6.1控制執(zhí)行技術(shù)6.1.3控制執(zhí)行技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)模式，確保駕駛?cè)丝梢哉瓶剀?chē)輛。日前，EITS單價(jià)約1500元的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以EIS為基礎(chǔ)，短期產(chǎn)銷(xiāo)量較低，預(yù)計(jì)單價(jià)約4000元.后期隨著應(yīng)用范圍擴(kuò)大，預(yù)計(jì)單價(jià)有望理步降低至3000元左右。按照2020年、2025年國(guó)內(nèi)乘用車(chē)銷(xiāo)量分別為2300萬(wàn)、2700萬(wàn)輛，線控制動(dòng)系統(tǒng)滲透率分別為0.1%15%進(jìn)行估算。2020年、2025年國(guó)內(nèi)線控制動(dòng)系統(tǒng)的市場(chǎng)空間分別為1億和122億元。從發(fā)展階段來(lái)看，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)尚處于發(fā)展早期階段，目前滲透率較低，僅有少量車(chē)型配備。隨著L3及以上：智能駕駛的逐步滲透，線控制動(dòng)有望爆發(fā)。根據(jù)上述預(yù)測(cè)，線控制動(dòng)2020-2025年市場(chǎng)空間年均復(fù)合增速高達(dá)166%。根據(jù)佐思產(chǎn)研數(shù)據(jù)，2017年中國(guó)采用車(chē)轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)廠家中，Bosch.JTEKT、NSK、ZF、Nester等公司市場(chǎng)占有率排名靠前。國(guó)內(nèi)企業(yè)主要有株洲易力達(dá)、湖北恒隆和浙江世寶等。但規(guī)模都比較小，技術(shù)相對(duì)落后。此外拓普集團(tuán)也積極拓展EPS等產(chǎn)品，有望憑借資金、效率、人才等優(yōu)勢(shì)，獲得一定的市場(chǎng)空間。EIS關(guān)鍵技術(shù)在于控制器的設(shè)計(jì)，核心內(nèi)容包括路感匹6.1控制執(zhí)行技術(shù)6.1.3控制執(zhí)行技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)配、路感跟蹤、故障診斷及處理等。EPS的核心部件電機(jī)、電控、轉(zhuǎn)矩傳感器、角度傳感器基本都為各大主機(jī)廠內(nèi)部供應(yīng)。線控轉(zhuǎn)向技術(shù)需要在EPS技術(shù)上發(fā)展，因此參與者絕大多數(shù)都是傳統(tǒng)的EPS系統(tǒng)供應(yīng)商。4．底盤(pán)輕量化潛力巨大輕量化是發(fā)展方向，燃油車(chē)油耗排放和電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)駛里程是國(guó)內(nèi)汽車(chē)廠商面臨的兩大挑戰(zhàn)，輕量化是解決問(wèn)題的關(guān)鍵之，因此也是汽車(chē)未來(lái)重要的發(fā)展方向。汽車(chē)行業(yè)很早就開(kāi)始探索輕量化技術(shù)，主要手段包括選用輕質(zhì)材料、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選擇先進(jìn)制造工藝等。優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和先進(jìn)制造工藝帶來(lái)的減正效果相對(duì)較小，因此目前輕量化研究的主要方向是輕質(zhì)材料，包括高強(qiáng)度鋼、鋁合金和碳纖維復(fù)合材料等。底盤(pán)輕量化產(chǎn)品種類(lèi)較多，不同零部件市場(chǎng)格局有所不同鋁合金控制臂領(lǐng)域，供應(yīng)商主要有拓普集團(tuán)，駱氏集團(tuán)等：鋁合金副車(chē)架方面，供應(yīng)商主要有華域汽車(chē)、拓普集團(tuán)、萬(wàn)安科技等：鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)領(lǐng)域，供應(yīng)商主要有伯特利、中信做卡、華城汽車(chē)、拓普集團(tuán)、廣州安路特等：鋁合金制動(dòng)出領(lǐng)域，供應(yīng)商主要有百煉、作域汽車(chē)、京西6.1控制執(zhí)行技術(shù)6.1.3控制執(zhí)行技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)國(guó)際等。從競(jìng)爭(zhēng)要素來(lái)有，底盤(pán)零部件從鋼鐵制品到鋁合金，材料發(fā)生變化，相關(guān)的2的差別巨大。一方面單干價(jià)值量顯著提升：分方面供應(yīng)鏈或?qū)⒄龢?gòu)。新產(chǎn)品對(duì)于相關(guān)設(shè)備投入和技術(shù)要求較高，因此在鋁合金等產(chǎn)品上具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)和資金優(yōu)勢(shì)的供應(yīng)商有望受益。6.2線控底盤(pán)6.2.1汽車(chē)底盤(pán)概述智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)通過(guò)跟蹤決策規(guī)劃的軌跡目標(biāo)，控制車(chē)輛的加速。制動(dòng)和轉(zhuǎn)向等駕駛動(dòng)作、調(diào)節(jié)車(chē)輛行駛速度、位置和方向等狀態(tài)，以保證汽車(chē)的安全性、操縱性和穩(wěn)定性而這些很大程度上需要通過(guò)汽車(chē)的底盤(pán)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人1智能等先進(jìn)技術(shù)在交通工具運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展。汽車(chē)的部空間、人機(jī)界面、操作方式和交互過(guò)程正在發(fā)生革命性的變化在能源、環(huán)保、安全等因素推動(dòng)下，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向是電動(dòng)化、智能化、輕量化等，底盤(pán)系統(tǒng)均有望受益。電動(dòng)化方面新能源電池盒產(chǎn)品單車(chē)價(jià)值量高達(dá)3000-5000元：智能化方面線控制動(dòng)和線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)單年價(jià)值量分別約2500元、4000元：輕量化方面鋁合金控制臂、副車(chē)架、轉(zhuǎn)向節(jié)、制動(dòng)鉗等產(chǎn)品單車(chē)價(jià)值量近5000元，2025年市場(chǎng)空間合計(jì)約763億元，年均復(fù)合增速23%。國(guó)內(nèi)伯特利，拓普集團(tuán)、華城汽車(chē)在電動(dòng)化、智能化、輕量化等領(lǐng)域均有布局，有望持續(xù)受益。一、汽車(chē)底盤(pán)的組成汽車(chē)一般由發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)、車(chē)身、電氣等主要部分組成，其中底盤(pán)是指汽車(chē)上由傳6.2線控底盤(pán)6.2.1汽車(chē)底盤(pán)概述動(dòng)系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)等部分組成的，其功能包括支承、安裝汽車(chē)車(chē)身、發(fā)動(dòng)機(jī)及其他各部件及總成，形成汽車(chē)的整體造型，承受發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，保證車(chē)輛正常行駛等。底盤(pán)產(chǎn)業(yè)鏈上游主要包括鋼鐵、有色金屬、塑料、橡膠、電子元器件等，經(jīng)過(guò)產(chǎn)業(yè)鏈中游的底盤(pán)零部件企業(yè)進(jìn)行組裝制造生產(chǎn)，生產(chǎn)的傳動(dòng)、行駛、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)等底盤(pán)子系統(tǒng)售予下游整車(chē)生產(chǎn)廠家下游整車(chē)的生產(chǎn)決定了底盤(pán)等原材料的價(jià)格波動(dòng)對(duì)于底盤(pán)零部件的毛利率等具有較大影響零部件的需求.同時(shí)整車(chē)的技術(shù)升級(jí)也將帶來(lái)底盤(pán)零部件的形態(tài)變化1．傳動(dòng)系統(tǒng)汽車(chē)的傳動(dòng)系統(tǒng)主要由離合器、變速器、傳動(dòng)軸、主減速器、差速器以及半軸等部分組成，如圖6-15所示。其功能是將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力送達(dá)驅(qū)動(dòng)輪汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的布置形式與發(fā)動(dòng)機(jī)的位置及驅(qū)動(dòng)形式有關(guān)，一般可分為前置前驅(qū)、前置后驅(qū)、后置后驅(qū)、中置后驅(qū)、四輪驅(qū)動(dòng)等多種形式。6.2線控底盤(pán)6.2.1汽車(chē)底盤(pán)概述其功能是將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力送達(dá)驅(qū)動(dòng)輪汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的布置形式與發(fā)動(dòng)機(jī)的位置及驅(qū)動(dòng)形式有關(guān).般可分為前置前驅(qū)、前置后驅(qū)、后置后驅(qū)、中置后驅(qū)、四輪驅(qū)動(dòng)等多種形式。2．行駛系統(tǒng)汽車(chē)行駛系統(tǒng)由車(chē)架、車(chē)橋。車(chē)輪和懸架組成，如圖6-13所示。1）車(chē)架。圖6-15汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的組成

6.2線控底盤(pán)6.2.1汽車(chē)底盤(pán)概述車(chē)架是跨接在汽車(chē)前后車(chē)橋上的框架式結(jié)構(gòu)，一般由兩根縱梁和數(shù)根橫梁組成，經(jīng)由懸架裝置、前橋、后橋支承在車(chē)輪上。車(chē)架的功用是支撐、連接汽車(chē)的各總成，使各總成保持相對(duì)正確的位置，并承受汽車(chē)內(nèi)外的各種載荷根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同，車(chē)架可以分為邊柔式車(chē)架、中梁式車(chē)架和綜合式年架（前部邊榮式后部中必式）等.其中邊梁式車(chē)架應(yīng)用最為廣泛懸架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有更好的剛性和通過(guò)性。2）車(chē)橋。車(chē)橋（又稱(chēng)車(chē)軸）通過(guò)懸梁與車(chē)架（或水代式車(chē)0）相連接。其兩端安裝車(chē)輪。車(chē)橋的作用是傳遞車(chē)架（或水載式車(chē)身）與車(chē)輪之間各方向的作用力及其力矩根據(jù)懸果結(jié)構(gòu)的不同，車(chē)橋可以分為整體式與斷開(kāi)式兩種。根據(jù)車(chē)橋1車(chē)輪的作用，4橋也分成轉(zhuǎn)向橋、驅(qū)動(dòng)橋、轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋和支持橋四種。其中轉(zhuǎn)向橋和支持橋都鳳于從動(dòng)橋轉(zhuǎn)向橋由前軸、轉(zhuǎn)向節(jié)，主銷(xiāo)和輪毅等組成。驅(qū)動(dòng)橋由主減速器、差速器、半軸、橋殼等組成。6.2線控底盤(pán)6.2.1汽車(chē)底盤(pán)概述大多數(shù)采用車(chē)采用前沉前驅(qū)形式，前橋成為轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，后橋充當(dāng)支持橋。部分汽車(chē)采用前置后驅(qū)形式，因此前橋作為轉(zhuǎn)向橋，后橋作為驅(qū)動(dòng)橋。3）車(chē)輪。車(chē)輪是固定輪胎內(nèi)緣、支持輪胎并與輪胎共同樂(lè)受負(fù)荷的剛性輪，一般由輪輞與輪輻組成。按輪輻的構(gòu)造?？煞譃檩棸迨杰?chē)輪和輻條式車(chē)輪。按車(chē)輪材質(zhì)、可以分為鋼制鋁合金、鎂合金等車(chē)輪。輪胎規(guī)格常用一組數(shù)字表示，前一個(gè)數(shù)字表示輪胎斯面寬度，后一個(gè)表示輪轂直徑，以in為單位。例如165/70R14表示胎寬165mm，扁平率70，輪桐直徑14in。中間的字母或符號(hào)有特殊含義"X"表示高壓胎："R"、"Z"表示子午胎：“-”表示低壓胎。4）懸架。汽車(chē)懸架是連接車(chē)輪與車(chē)身的機(jī)構(gòu)。對(duì)車(chē)身起支撐和減振的作用。懸架的主要功能是傳遞作用在車(chē)輪和車(chē)架之間的力.并且緩沖由不平路面帶來(lái)的沖擊力，以保證汽車(chē)的平順行駛。6.2線控底盤(pán)6.2.1汽車(chē)底盤(pán)概述典型的懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括彈性元件（彈簧等）、減振器以及導(dǎo)向機(jī)構(gòu)（連桿等）等部分，這部分

分別起緩沖，減振和力的傳遞作用。彈性元件又有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等形式，而現(xiàn)代轎車(chē)懸架系統(tǒng)多采用螺旋彈簧和扭桿彈簧，部分高級(jí)轎車(chē)則使用空氣彈簧。懸架可以分為獨(dú)立懸架和非獨(dú)立懸架，區(qū)別在于獨(dú)立懸架的左右兩個(gè)車(chē)輪間沒(méi)有硬軸進(jìn)行剛性連接，一側(cè)車(chē)

輪的懸架部件全部都只與車(chē)身相連，而非獨(dú)立懸架兩個(gè)車(chē)輪間不是相互獨(dú)立的，之間有硬軸進(jìn)行剛性連接從結(jié)構(gòu)上看。獨(dú)立懸架由于兩個(gè)車(chē)輪間沒(méi)有干涉、一般舒適性和操控性更好而非獨(dú)立。此外根據(jù)具體結(jié)構(gòu)，還可以分為麥弗遜式懸架、雙又臂式懸架、扭轉(zhuǎn)梁式懸架、多連桿懸架等。目前，大多數(shù)乘用車(chē)前懸架多采用麥弗遜懸架，后懸架多采用扭轉(zhuǎn)梁式、多連桿式等。行駛系統(tǒng)的功能有：1）接受由發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩，丹酒過(guò)驅(qū)動(dòng)輪與路西間的附著作用，汽6.2線控底盤(pán)6.2.1汽車(chē)底盤(pán)概述車(chē)正常行駛。2）傳遞并承受路面作用于車(chē)輪上的各種反力及其所形成的力矩。3）盡量緩和不平路兩對(duì)車(chē)身造成的沖擊和振動(dòng)，保證汽車(chē)的平順行駛4）與汽車(chē)特向系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)行駛方向的正確控制，以保證汽車(chē)操縱穩(wěn)定性3．轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來(lái)改變或保持汽車(chē)行駛或倒退方向的系列裝置，

其功能就是按照駕駛?cè)说囊庠缚刂破?chē)的行駛方向。按照動(dòng)力來(lái)源，汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為兩大類(lèi)：機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)1）機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以駕駛?cè)说捏w力作為轉(zhuǎn)向能源，其中所有傳力件都是機(jī)械的。機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成，如圖6-16所示。2）動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是兼用駕駛?cè)梭w力和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，一般是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加設(shè)一套動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置而成。6.2線控底盤(pán)6.2.1汽車(chē)底盤(pán)概述在正常情況下，汽車(chē)轉(zhuǎn)向所需能量只有一小部分由駕駛?cè)颂峁蟛糠质怯砂l(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置提供的。但在動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置失效時(shí)，-一般還應(yīng)當(dāng)能由駕駛?cè)霜?dú)立承擔(dān)汽車(chē)轉(zhuǎn)向任務(wù)。4．制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)是使汽車(chē)的行駛速度可以強(qiáng)制降低的一系列專(zhuān)門(mén)裝置，主要由供能裝置、控制裝置、傳動(dòng)裝置和制動(dòng)器等部分組成，如圖6-17所示，常見(jiàn)的制動(dòng)器主要有鼓式制動(dòng)器和盤(pán)式制動(dòng)器。圖6-16汽車(chē)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

6.2線控底盤(pán)6.2.1汽車(chē)底盤(pán)概述1）鼓式制動(dòng)器主要包括制動(dòng)輪缸、制動(dòng)蹄、制動(dòng)鼓、摩擦片、回位彈簧等部分，主要是通過(guò)液壓裝置使摩擦片與隨車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的制動(dòng)鼓內(nèi)側(cè)面發(fā)生摩擦，從而起到制動(dòng)的效果。2）盤(pán)式制動(dòng)器主要由制動(dòng)盤(pán)、制動(dòng)鉗、摩擦片、分泵、油管等部分構(gòu)成，主要通過(guò)液壓系統(tǒng)把壓力施加到制動(dòng)鉗上，使制動(dòng)摩擦片與隨車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的制動(dòng)盤(pán)發(fā)生摩擦，從而達(dá)到制動(dòng)的目的。圖6-17制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

6.2線控底盤(pán)6.2.1汽車(chē)底盤(pán)概述安全、舒適、節(jié)能、環(huán)保是汽車(chē)發(fā)展的方向和永恒主題，而電子化、智能化、電動(dòng)化、可再生化是實(shí)現(xiàn)安全、舒適、節(jié)能、環(huán)保的有效措施和手段，采用線控技術(shù)可為實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的電子化、智能化、電動(dòng)化及可再生化提供有力的技術(shù)保證。隨著汽車(chē)電子技術(shù)的不斷發(fā)展，線控技術(shù)將逐漸在汽車(chē)上得到普遍應(yīng)用，笨重的機(jī)械液壓系統(tǒng)將被精確的電子傳感器和電執(zhí)行元件代替，傳統(tǒng)汽車(chē)的操縱執(zhí)行機(jī)構(gòu)將發(fā)生根本性變化。目前，汽車(chē)上幾乎所有操縱控制都可以采用線控技術(shù)，線控技術(shù)及線控汽車(chē)的研究已經(jīng)成為各國(guó)研究的熱點(diǎn)。線控技術(shù)（X-by-Wire）源于飛機(jī)的控制系統(tǒng)，其將飛行員的操縱命令轉(zhuǎn)化成電信號(hào)通過(guò)控制器控制飛機(jī)飛行。線控汽車(chē)采用同樣的控制方式，可利用傳感器感知駕駛?cè)说鸟{駛意圖，并將其通過(guò)導(dǎo)線輸送給控制器，控制器控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、驅(qū)動(dòng)等功能，從而取代傳統(tǒng)汽車(chē)靠機(jī)械或液壓來(lái)傳遞操縱信號(hào)的控制方式。6.2線控底盤(pán)6.2.2線控底盤(pán)系統(tǒng)的組成及工作原理1．智能汽車(chē)線控底盤(pán)的組成線控底盤(pán)主要由四大系統(tǒng)構(gòu)成，分別是線控轉(zhuǎn)向、線控制動(dòng)、線控驅(qū)動(dòng)和車(chē)身控制模塊，如圖6-18所示，其中線控轉(zhuǎn)向和線控制動(dòng)是自動(dòng)駕駛執(zhí)行端方向最核心的產(chǎn)品。2．線控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)原理線控系統(tǒng)，系統(tǒng)在人機(jī)接口通信、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感機(jī)構(gòu)之間以及與其他的系統(tǒng)之間圖6-18線控底盤(pán)的組成

6.2線控底盤(pán)6.2.2線控底盤(pán)系統(tǒng)的組成及工作原理要進(jìn)行大量的信息傳輸要求網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性好、可靠性高，而且要求具有冗余的“功能實(shí)現(xiàn)”以保證任放陳時(shí)仍可實(shí)現(xiàn)裝置的基本功能，其結(jié)構(gòu)原理圖如6-19。線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由電子加速踏板、電機(jī)控制器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)等組成，如圖

6-20所示。電子加速踏板用于識(shí)別駕駛?cè)说募铀僖鈭D，該電信號(hào)被電機(jī)控制器采集，電機(jī)控制器識(shí)別出駕駛?cè)思铀僖鈭D后向驅(qū)動(dòng)電機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出指令驅(qū)動(dòng)車(chē)輛加速。圖6-19線控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖

6.2.3線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的原理與應(yīng)用6.2線控底盤(pán)1．電子節(jié)氣門(mén)電子節(jié)氣門(mén)取消了踏板和節(jié)氣門(mén)之間的機(jī)械結(jié)構(gòu)，而是通過(guò)加速踏板位置傳感器去檢測(cè)加速踏板的位移，這個(gè)位移就代表了駕駛?cè)说鸟{駛意圖，如圖6-21所示。圖6-20線控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖

6.2.3線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的原理與應(yīng)用圖6-21電子節(jié)氣門(mén)結(jié)構(gòu)圖

6.2線控底盤(pán)把該信號(hào)傳遞給ECU，ECU根據(jù)其他傳感器反饋回來(lái)的信息進(jìn)行分析和計(jì)算得到最佳的節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，然后再驅(qū)動(dòng)節(jié)氣門(mén)控制電機(jī)，節(jié)氣門(mén)位置傳感器檢測(cè)節(jié)氣門(mén)的實(shí)際開(kāi)度，再把該信號(hào)反饋給ECU去實(shí)現(xiàn)整個(gè)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的閉環(huán)控制。而傳統(tǒng)節(jié)氣門(mén)是通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)連接，反應(yīng)延遲小；沒(méi)有辦法應(yīng)對(duì)復(fù)雜道路下的各種T況，油耗和排放都不能得到很好的控制，如圖6-22所示。6.2.3線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的原理與應(yīng)用圖6-22傳統(tǒng)節(jié)氣門(mén)結(jié)構(gòu)圖

6.2線控底盤(pán)2．傳統(tǒng)汽車(chē)線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳統(tǒng)汽車(chē)線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)而言，只需要能夠?qū)崿F(xiàn)加速踏板的自動(dòng)控制就能夠?qū)崿F(xiàn)線控驅(qū)動(dòng)，如圖6-23所示。方式一：在加速踏板的位置增加一.套執(zhí)行機(jī)構(gòu)，去模擬駕駛?cè)瞬燃铀偬ぐ?。同時(shí)還要增加一套控制系統(tǒng)，輸入目標(biāo)車(chē)速信號(hào)，實(shí)際車(chē)速作為反饋。通過(guò)控制系統(tǒng)計(jì)算，6.2.3線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的原理與應(yīng)用圖6-23傳統(tǒng)線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能圖

6.2線控底盤(pán)去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)去執(zhí)行動(dòng)作。方式二：接管節(jié)氣門(mén)控制單元加速踏板的位置信號(hào)，只需要增加一套控制系統(tǒng)、輸入目標(biāo)車(chē)速信號(hào)，把實(shí)際的車(chē)速作為反饋，最后控制系統(tǒng)計(jì)算輸出加速踏板位置信號(hào)給節(jié)氣門(mén)控制單元。3．電動(dòng)線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由整車(chē)控制單元（即為VCU）來(lái)完成驅(qū)動(dòng)，如圖6-24所示它的主要功能是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)更需求的計(jì)算以及實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)復(fù)分配。VCU接收車(chē)速信號(hào)、加速、個(gè)踏板信號(hào)以及此其他信號(hào)，然后在VCU內(nèi)部進(jìn)行計(jì)算，發(fā)送轉(zhuǎn)矩指令給電機(jī)控制單元，電機(jī)控制單元接收到VCu的轉(zhuǎn)矩需求后進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制，從而能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)地響應(yīng)VCU的轉(zhuǎn)矩需求，因此只需要VCu開(kāi)放速度控制接口就能實(shí)現(xiàn)線控驅(qū)動(dòng)。6.2.3線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的原理與應(yīng)用6.2線控底盤(pán)6.2.3線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的原理與應(yīng)用圖6-24VCU控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

6.2.4線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理與應(yīng)用1．線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成汽車(chē)線

控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向盤(pán)模塊、轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊和ECU三個(gè)主要部分以及自動(dòng)防故障系統(tǒng)、電源等輔助系統(tǒng)組成，如圖6-25所示。6.2線控底盤(pán)6.2.4線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理與應(yīng)用1）轉(zhuǎn)向盤(pán)模塊。包括轉(zhuǎn)向盤(pán)、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器、力矩傳感器、轉(zhuǎn)向盤(pán)回正力矩電機(jī)。轉(zhuǎn)向盤(pán)模塊的主要功能是將駕駛?cè)说霓D(zhuǎn)向意圖（通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。并傳遞給ECU：同時(shí)接收ECU送來(lái)的力矩信號(hào)，產(chǎn)生轉(zhuǎn)向盤(pán)回正力矩，以提供給駕駛?cè)讼鄳?yīng)的路感信息。圖6-25VCU控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

6.2線控底盤(pán)2）轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊。包括前輪轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)、轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器和前輪轉(zhuǎn)向組件等組成。轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊的功能是接受主控制器的命令，通過(guò)轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器控制轉(zhuǎn)向車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)駕駛?cè)说霓D(zhuǎn)向意圖3）ECU對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行分析處理。判別汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，向轉(zhuǎn)向盤(pán)回正力電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)發(fā)送指令，控制兩個(gè)電機(jī)的工作.保證各種工況下都具有理想的車(chē)輛響應(yīng)，以減少駕駛?cè)藢?duì)汽車(chē)轉(zhuǎn)向特性隨車(chē)速變化的補(bǔ)償任務(wù)，減輕駕駛?cè)素?fù)擔(dān)。同時(shí)ECU還可以對(duì)駕駛?cè)说牟僮髦噶钸M(jìn)行識(shí)別，判定在當(dāng)前狀態(tài)下駕駛?cè)说霓D(zhuǎn)向操作是否合理。當(dāng)汽車(chē)處于非穩(wěn)定狀態(tài)或駕駛?cè)税l(fā)出錯(cuò)誤指令時(shí)，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)會(huì)將駕駛?cè)隋e(cuò)誤地轉(zhuǎn)向操作屏蔽。而自動(dòng)進(jìn)行穩(wěn)定控制，使汽車(chē)盡快地恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。4）自動(dòng)防故障系統(tǒng)。是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要模塊，它包括.系列的監(jiān)控和實(shí)施算法，針對(duì)不同的故障形式和故障等級(jí)做出相應(yīng)的處理，以求最大限度地保持汽車(chē)的正常行駛：作為應(yīng)用最廣泛的交通工具之一，汽車(chē)的安全性是必須首先考慮的因素，是一切研究的基礎(chǔ)，因而故障的自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)處理是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最重要的組成系統(tǒng)之一。6.2.4線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理與應(yīng)用6.2線控底盤(pán)它采用嚴(yán)密的故障檢測(cè)和處理邏輯，以更大的提高汽車(chē)安全性能。5）電源系統(tǒng)承擔(dān)著控制器，兩個(gè)執(zhí)行電機(jī)以及其他車(chē)用電器的供電任務(wù)。其中僅前輪轉(zhuǎn)角執(zhí)行電機(jī)的最大功率就有500~800W.加上汽車(chē)上的其他電子設(shè)備。電源的負(fù)擔(dān)已經(jīng)相當(dāng)沉重。所以要保證電網(wǎng)在大負(fù)荷下穩(wěn)定工作，電源的性能就顯得十分重要。2．線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是決定汽車(chē)主動(dòng)安全性的關(guān)鍵總成，傳統(tǒng)汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是機(jī)械系統(tǒng)，汽車(chē)的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)是由駕駛?cè)瞬倏v轉(zhuǎn)向盤(pán).通過(guò)轉(zhuǎn)向器和-系列的桿件傳遞到轉(zhuǎn)向車(chē)輪而實(shí)現(xiàn)的。汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)取消了轉(zhuǎn)向盤(pán)與轉(zhuǎn)向輪之間的機(jī)械連接，完全由電能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，擺脫了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各種限制，不但可以自由設(shè)計(jì)汽車(chē)轉(zhuǎn)向的力傳遞特性，而且可以設(shè)計(jì)汽車(chē)轉(zhuǎn)向的角傳遞特性，給汽車(chē)轉(zhuǎn)向特性的設(shè)計(jì)帶來(lái)無(wú)限的空間，是汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重大革新。汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理，如圖6-26所示。用傳感器檢測(cè)駕駛?cè)说霓D(zhuǎn)向數(shù)據(jù)，6.2.4線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理與應(yīng)用6.2線控底盤(pán)然后通過(guò)數(shù)據(jù)總線將信號(hào)傳遞給車(chē)上的ECU，并從轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)獲得反饋命令；轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)也從轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)獲得駕駛?cè)说霓D(zhuǎn)向指令，并從轉(zhuǎn)向系統(tǒng)獲得車(chē)輪情況，從而指揮整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制車(chē)輪轉(zhuǎn)到需要的角度，從而將車(chē)輪的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)動(dòng)反饋到系統(tǒng)的其爾部分。比如轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)。以使駕駛?cè)双@得路感，這種路感的人小可以但據(jù)不同的情況山轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)控制。6.2.4線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理與應(yīng)用圖6-26線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理

6.2線控底盤(pán)3．線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類(lèi)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是未來(lái)改變和恢復(fù)汽4行駛方向的專(zhuān)設(shè)機(jī)構(gòu)，如圖6-27所示。所謂助力轉(zhuǎn)向，是指借助外力，使駕駛?cè)擞酶俚牧湍芡瓿赊D(zhuǎn)向。起初應(yīng)用于一些大型車(chē)1，不用那么費(fèi)力就能夠輕松地完成轉(zhuǎn)向?，F(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種車(chē)型上，使駕駛更加輕松、敏捷，一定程度工提高了駕駛安全性。助力轉(zhuǎn)向按動(dòng)力的來(lái)源可分為液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)助力。6.2.4線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理與應(yīng)用圖6-27線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

6.2線控底盤(pán)1）液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電子式液壓助力的結(jié)構(gòu)原理如圖6-28所示，與機(jī)械式液壓助力大體相同，最大的區(qū)別在于提供油壓油泵的驅(qū)動(dòng)方式不同。機(jī)械式液壓助力的液壓泵直接是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)的，面電子式液壓助力采用的是由電力驅(qū)動(dòng)的電子泵機(jī)械式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要包括齒輪齒條轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)（液壓助力泵，液壓缸、活塞等）兩部分。工作原理是通過(guò)液內(nèi)其他電子明活寡，進(jìn)而產(chǎn)生輔助力推動(dòng)轉(zhuǎn)向拉桿F輔助4輪轉(zhuǎn)向。6.2.4線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理與應(yīng)用圖6-28液壓助力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

6.2線控底盤(pán)2）電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由傳感器、控制單元和助力電機(jī)構(gòu)成.沒(méi)有了液壓助力系統(tǒng)的液壓泵、液壓管路、轉(zhuǎn)向柱閥體等結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，如圖6-29所示。4．線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn)1）提高汽車(chē)安全性。6.2.4線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理與應(yīng)用圖6-29電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖6.2線控底盤(pán)除了轉(zhuǎn)向柱等機(jī)械連接，完全避免了撞車(chē)事故中轉(zhuǎn)向柱對(duì)駕駛?cè)说膫Γ褐悄芑腅CU根據(jù)汽車(chē)的行駛狀態(tài)判斷駕駛?cè)说牟僮魇欠窈侠?，并做出相?yīng)的調(diào)整：當(dāng)汽車(chē)處于極限工況時(shí)，能夠自動(dòng)對(duì)汽車(chē)進(jìn)行穩(wěn)定控制。2）改善駕駛特性，增強(qiáng)操縱性。店于車(chē)速、牽引力控制以及其他相關(guān)參數(shù)基礎(chǔ)上的轉(zhuǎn)向比率（轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角和車(chē)輪轉(zhuǎn)角的比值）不斷變化，低速行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向比率低，可以減少轉(zhuǎn)彎或停年時(shí)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度：高速行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向比率變大，獲得更好的直線行駛條件。3）改善駕駛?cè)说穆犯?。由于轉(zhuǎn)向盤(pán)和轉(zhuǎn)向車(chē)輪之間無(wú)機(jī)械連接，駕駛?cè)恕奥犯小蓖ㄟ^(guò)模擬生成?？梢詮男盘?hào)中提出最能夠反映汽車(chē)實(shí)際駛狀態(tài)和路面狀況的信息，作為轉(zhuǎn)向盤(pán)回正力矩的控制變量，使轉(zhuǎn)向盤(pán)僅向駕駛?cè)颂峁┯杏眯畔ⅲ瑥亩鵀轳{駛?cè)颂峁└鼮檎鎸?shí)的“路感”。6.2.4線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理與應(yīng)用6.2線控底盤(pán)1．線控制動(dòng)系統(tǒng)線控制動(dòng)系統(tǒng)（BrakebyWire簡(jiǎn)稱(chēng)為BBW）即電子控制制動(dòng)系統(tǒng)，如圖6-30所示。線控制動(dòng)系統(tǒng)是在傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)上發(fā)展而來(lái)的，在線控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中，線控制動(dòng)系統(tǒng)是用電系統(tǒng)格代傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)或液壓系統(tǒng)的過(guò)程。1972年，美國(guó)國(guó)家航空航天局（Na-tionmalAeronauticsandSpaceAdnministation，簡(jiǎn)稱(chēng)NASA）推出了線控飛行技術(shù)的飛機(jī)。隨著技術(shù)的革新，目前絕大部分軍用飛機(jī)和大部分民用飛機(jī)都采用了這項(xiàng)技術(shù)。借鑒航空領(lǐng)域的線控飛行技術(shù)的發(fā)展，汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域逐步出現(xiàn)了線控制動(dòng)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。6.2.5線控制動(dòng)系統(tǒng)的原理與應(yīng)用圖6-30iBooster線控制動(dòng)系統(tǒng)6.2線控底盤(pán)1．線控制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)1）線控制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)踏板與制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)分離，來(lái)以降低部件的復(fù)雜性，減少液壓與機(jī)械控制裝置，減少杠桿、軸承等金屬連接件，減輕質(zhì)量，降低油耗和制造成本。2）線控制動(dòng)系統(tǒng)具有精確的制動(dòng)力調(diào)節(jié)能力，是電動(dòng)汽車(chē)摩擦與回饋耦合制動(dòng)系統(tǒng)的理想選擇。3）基于線控制動(dòng)系統(tǒng)，不僅可以實(shí)現(xiàn)更高品質(zhì)的ABS/ESC/EPB等高級(jí)安個(gè)功能控制，而且可以滿(mǎn)足先進(jìn)汽車(chē)智能系統(tǒng)對(duì)白適應(yīng)巡航（ACC）、自動(dòng)緊急制動(dòng)（AEB）、自動(dòng)泊年、無(wú)人駕駛等的要求。2．線控制動(dòng)系統(tǒng)的分類(lèi)線控制動(dòng)系統(tǒng)可分為機(jī)械武線控制動(dòng)系統(tǒng)和液壓式線控制動(dòng)系統(tǒng)。1）機(jī)械式線控制動(dòng)系統(tǒng)（EMIB）即為電子機(jī)械式制動(dòng)系統(tǒng)，如圖6-31所示。EMIB與常規(guī)的液壓制動(dòng)系統(tǒng)截然不同，ENB以電能為能最來(lái)源，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)制動(dòng)整6.2.5線控制動(dòng)系統(tǒng)的原理與應(yīng)用6.2線控底盤(pán)塊，由電線傳遞能量，數(shù)據(jù)線傳遞信號(hào)，EMB是線控制動(dòng)系統(tǒng)的一種。整個(gè)系統(tǒng)中沒(méi)有連接制動(dòng)管路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小信號(hào)通過(guò)電傳播，反應(yīng)靈敏，減小制動(dòng)距離，工作穩(wěn)定，維護(hù)簡(jiǎn)單，沒(méi)有液壓油管路，不存在液壓油泄露問(wèn)題，通過(guò)ECU直接控制，易于實(shí)現(xiàn)ABS、TCS、ESP、ACC等功能。EMB的優(yōu)點(diǎn)：EMB的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和踏板間無(wú)機(jī)械或液壓連接，縮短了制動(dòng)器的作用時(shí)，有效減小制動(dòng)距離；EMB不需要助力器，減少空間，結(jié)構(gòu)布局更加靈活；EMB無(wú)須制動(dòng)液，系統(tǒng)質(zhì)量輕并且比較環(huán)保；EMB在ABS模式下無(wú)回彈振動(dòng)，可以有效消除6.2.5線控制動(dòng)系統(tǒng)的原理與應(yīng)用圖6-31EMB結(jié)構(gòu)原理圖圖6-32EHB結(jié)構(gòu)原理圖6.2線控底盤(pán)噪聲。EMB的缺點(diǎn)：惡劣、電子元器件易受干擾，系統(tǒng)工作的安全性和可靠性還有待提高；EMB要求助力電機(jī)的性能優(yōu)越，反應(yīng)迅速，體積小巧，在電機(jī)設(shè)計(jì)上難度很大，成本很高2）液壓式線控制動(dòng)系統(tǒng)（EHB）。EHB是從傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展來(lái)的，但與傳統(tǒng)制動(dòng)方式有很大的不同，EHB以電子元件替代了原有的部分機(jī)械元件，是一個(gè)先進(jìn)的機(jī)電一體化系統(tǒng)，它將電子系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)相結(jié)合。EHB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由電子踏板、電子控制單元（ECU）、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，如圖6-32所示。電子踏板是由制動(dòng)踏板和踏板傳感器（踏板位移傳感器）組成。踏板傳感器用于檢測(cè)踏板行程、然后將位移信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)傳給ECU電控單元，實(shí)現(xiàn)踏板行程和制動(dòng)力按比例進(jìn)行調(diào)控。EHB工作時(shí)，制動(dòng)踏板與制動(dòng)器之間的液壓連接斷開(kāi)，備用閥處于關(guān)閉狀態(tài).電子踏板配有踏板感覺(jué)模擬器和電子傳感器，ECU可以通過(guò)重構(gòu)信號(hào)來(lái)判斷駕駛?cè)说闹苿?dòng)意圖.并通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵進(jìn)行制動(dòng)。當(dāng)電子系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，備用閥打開(kāi)，EHB系統(tǒng)變成傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)。6.2.5線控制動(dòng)系統(tǒng)的原理與應(yīng)用6.2線控底盤(pán)電子液壓式線控制動(dòng)系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上分為整體式和分體式兩種。①

整體式是由總泵踏板單元、主動(dòng)增壓模塊、分泵壓力調(diào)節(jié)模塊集成在一個(gè)部件內(nèi)，如圖6-33所示。②

分體式：總系/踏板單元和主動(dòng)增壓模塊集成在：個(gè)極塊中，分泵壓力調(diào)節(jié)模塊作為另一個(gè)單獨(dú)模塊，如圖6-34所示。6.2.5線控制動(dòng)系統(tǒng)的原理與應(yīng)用圖6-33整體式電子液壓線控制動(dòng)系統(tǒng)圖圖6-34分體式電子液壓線控制動(dòng)系統(tǒng)圖6.2線控底盤(pán)1．車(chē)身控制模塊的組成車(chē)身控制模塊（BCM），汽車(chē)的最重要的模塊之一，它主愛(ài)包括電機(jī)控制器（MCU）、傳感器輸入及車(chē)載網(wǎng)絡(luò)。如圖6-35所示。2．車(chē)身控制模塊的工作原理隨著汽車(chē)

智能化的發(fā)展，九4用戶(hù)對(duì)汽車(chē)的駕駛舒適性和安全性提出更高的要求，面臨更艱巨的挑戰(zhàn)，汽車(chē)的4身更多趨向于1身控制模塊的集成化和體化發(fā)展。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，BCM是一一種嵌入式系統(tǒng)，可控制負(fù)載驅(qū)動(dòng)器并協(xié)調(diào)汽車(chē)電子單元的6.2.6車(chē)身控制模塊圖6-35車(chē)身控制模塊BCM的系統(tǒng)架構(gòu)6.2線控底盤(pán)激活。般集成到BCM中的微控制器和插接器構(gòu)成了負(fù)責(zé)控制部分的系統(tǒng)的中央結(jié)構(gòu)單元。操作數(shù)據(jù)通過(guò)輸入設(shè)備傳輸?shù)娇刂颇K。這些可能包括傳感器、車(chē)輛性能指標(biāo)和可變電抗器。在模塊處理數(shù)據(jù)之后，通過(guò)集成輸出設(shè)備（包括繼電器和螺線管）生成響應(yīng)信號(hào)。通過(guò)輸出設(shè)備系統(tǒng)，BCM協(xié)調(diào)各種電子系統(tǒng)的工作。該車(chē)身控制模塊設(shè)計(jì)圖顯示了一個(gè)定制電路，作為連接和集成較小電路的網(wǎng)關(guān)。3．傳統(tǒng)BCM功能傳統(tǒng)傳統(tǒng)BCM功能傳統(tǒng)的車(chē)身控制系統(tǒng)的功能如圖6-36所示。6.2.6車(chē)身控制模塊圖6-36車(chē)身控制模塊BCM功能原理方框圖6.2線控底盤(pán)4．智能車(chē)身BCM功能BCM指廣義的車(chē)身控制模塊平臺(tái)，在傳統(tǒng)的BCM平臺(tái)上進(jìn)行廣泛擴(kuò)展，可稱(chēng)為“BCM”=“平臺(tái)化”+“整合化”+“智能化”，是在整合了PEPS、IMMO、TPMS、倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)、車(chē)門(mén)防夾、網(wǎng)關(guān)等功能。智能車(chē)身BCM可分為集中式、分散式和藍(lán)牙模塊三類(lèi)。BCM可以執(zhí)行各種功能，輸出設(shè)備基于通過(guò)CAN（控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）、LIN或以太網(wǎng)作為與模塊和系統(tǒng)通信的手段從輸入設(shè)備接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理?？赏ㄟ^(guò)BCM集成和控制的電子系統(tǒng)包括能源管理系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)、訪問(wèn)/驅(qū)動(dòng)程序授權(quán)系統(tǒng)、先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)、電動(dòng)車(chē)窗。6.2.6車(chē)身控制模塊本章小結(jié)本章主要講解了控制執(zhí)行技術(shù)的定義及其組成、控制執(zhí)行技術(shù)的常用控制方法、控制執(zhí)行技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)、汽車(chē)底盤(pán)概述、線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的原理與應(yīng)用、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理與應(yīng)用、線控制動(dòng)系統(tǒng)的原理與應(yīng)用、車(chē)身控制模塊等，通過(guò)知識(shí)的學(xué)習(xí)，可以較全面地掌握智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)導(dǎo)航定位系統(tǒng)的基本知識(shí)。一、名詞解釋1．控制執(zhí)行技術(shù)

2．PID控制3．模糊控制二、填空題1．汽車(chē)底盤(pán)是由__________、__________、__________和__________組成的。2．線控底盤(pán)主要由__________、__________、__________和__________組成。3．汽車(chē)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為_(kāi)_________和__________兩大類(lèi)。三、問(wèn)答題1．基于模型的控制基本原理是？課后習(xí)題本章小結(jié)2．EHB根據(jù)技術(shù)方向可以分為哪幾類(lèi)？課后習(xí)題

智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)信息技術(shù)第七章

7.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用一、人機(jī)交互技術(shù)發(fā)展背景人機(jī)交互技術(shù)指通過(guò)計(jì)算機(jī)輸入，輸出設(shè)備，以有效的方式實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)對(duì)話的技術(shù)人機(jī)交互技術(shù)包括機(jī)器通過(guò)輸出或顯示設(shè)備給；提供大量有關(guān)信息及提示請(qǐng)示等，人通過(guò)輸入設(shè)備給機(jī)器輸入有關(guān)信息，回答問(wèn)題及提示請(qǐng)示等。人機(jī)交互技術(shù)是計(jì)算機(jī)用戶(hù)界面設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容之一。它與認(rèn)知學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域有密切的聯(lián)系。也指通過(guò)電極將神經(jīng)信號(hào)與電子信號(hào)互相聯(lián)系，達(dá)到人腦與電腦互相溝通的技術(shù)，可以預(yù)見(jiàn)，電腦具至可以在未來(lái)成為一種媒介，達(dá)到人腦與人腦意識(shí)之間的交流，即心靈感應(yīng)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人機(jī)交互技術(shù)也經(jīng)歷了以下幾個(gè)主要階段的發(fā)展。1．人機(jī)交互的發(fā)展歷史通過(guò)人機(jī)交互的方式來(lái)劃分它的發(fā)展歷史，大概分為以下幾個(gè)階段：1）早期手工作業(yè)階段：工業(yè)革命開(kāi)始，機(jī)器正式登上歷史舞臺(tái)。之后，機(jī)器與人類(lèi)生活結(jié)合得越來(lái)越緊密，個(gè)體與機(jī)器的關(guān)系研究逐漸引起人們的重視。2）作業(yè)控制語(yǔ)言及交互命令語(yǔ)言：這一階段，程序員可使用作業(yè)語(yǔ)言和交互命令7.1.1人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展背景7.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互，調(diào)試程序、了解計(jì)算機(jī)的執(zhí)行情況。用戶(hù)可通過(guò)作業(yè)控制語(yǔ)言與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通訊，讓作業(yè)執(zhí)行遵循自己的意圖。這一時(shí)期人們需要主動(dòng)適應(yīng)機(jī)器，在當(dāng)時(shí)來(lái)說(shuō)，是極少數(shù)人掌握的技能。3）圖形用戶(hù)界面（GUI）階段：鼠標(biāo)的出現(xiàn)，第一次讓人們感受到了自由交互的魅力，大大提高了用戶(hù)的辦公效率。1979年史蒂芬喬布斯在一次偶然的機(jī)會(huì)中發(fā)現(xiàn)，鼠標(biāo)作為指點(diǎn)輸入設(shè)備和操作系統(tǒng)使用的GUI，更容易被廣大普通用戶(hù)接受，電腦迎來(lái)了大眾化時(shí)代。計(jì)算機(jī)開(kāi)始面向大眾做出改變，用圖形代替編程語(yǔ)言，方便人們更好地理解計(jì)算機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。4）網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)界面階段：網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，將各種各樣的信息匯聚起來(lái)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，人們可以傳遞、交換、獲取信息。新的網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)界面的優(yōu)點(diǎn)就是：讓人們從網(wǎng)絡(luò)中準(zhǔn)確獲取自己的想要的信息。網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)界面的代表是以超文本標(biāo)記語(yǔ)言和超文本傳輸協(xié)議為基礎(chǔ)的瀏覽器。如今，由它演變而來(lái)的萬(wàn)維網(wǎng)，成為網(wǎng)絡(luò)溝通的主流渠道，這類(lèi)人機(jī)交互的優(yōu)點(diǎn)是：發(fā)展快、新技術(shù)不斷出現(xiàn)、如線上購(gòu)物、搜索引擎等等。7.1.1人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展背景7.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用2．多通道、多媒體的智能人機(jī)交互階段21世紀(jì)，智能手機(jī)等設(shè)備的微型化、嵌入化成為新的發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)人們也在探索如何利用多種感覺(jué)和動(dòng)作通道（如語(yǔ)音、休感、面部表情、眼動(dòng)軌跡等）與機(jī)器環(huán)境進(jìn)行更加智能的交互，進(jìn)而使人機(jī)交互更加自然和高效。在人機(jī)交互和用戶(hù)界面的發(fā)展進(jìn)程中，不難發(fā)現(xiàn)，“以人為中心”的思想越來(lái)越重要。降低用戶(hù)的學(xué)習(xí)成本并提高操作效率在人機(jī)交互設(shè)計(jì)過(guò)程中逐漸成為不得不考慮的因素。未來(lái)，人機(jī)間將通過(guò)各類(lèi)手段形成雙向的交互通道，人類(lèi)可借助智能體感設(shè)備（眼鏡、手表、手環(huán)等）更直觀地接收信息與傳達(dá)指令：而計(jì)算機(jī)則可以利用各種識(shí)別技術(shù)（人臉、手勢(shì)、語(yǔ)音、指紋、視網(wǎng)膜識(shí)別等）全方位地感知用戶(hù)的需求，通過(guò)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力（人工智能）預(yù)知用戶(hù)的潛在需求，

并采用虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)模擬環(huán)境和信息，實(shí)現(xiàn)更加簡(jiǎn)單、自然、高效的交互。二、汽車(chē)顯示界面的發(fā)展歷程廣義上講，轉(zhuǎn)向盤(pán)、變速桿、車(chē)門(mén)窗控制等都屬于汽車(chē)的人機(jī)交互范疇。準(zhǔn)確起見(jiàn)，木任務(wù)只討論車(chē)內(nèi)的顯示器界而（1417-1）的交互的發(fā)展，其主要表現(xiàn)為車(chē)內(nèi)屏幕的7.1.1人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展背景7.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用增加、增大以及交互方式的改變。1．中控的發(fā)展最初的中控臺(tái)是以按鍵為主，中控臺(tái)主要是收音機(jī)、空調(diào)等方面的調(diào)節(jié)。隨著電子產(chǎn)品的普及，汽車(chē)車(chē)內(nèi)的電子儀表出現(xiàn)了迭代式發(fā)展，開(kāi)始出現(xiàn)液晶儀表和中控屏，主要應(yīng)用于娛樂(lè)化電子設(shè)施，應(yīng)用的功能較少，屏幕也比較小。到了2000年，車(chē)載娛樂(lè)系統(tǒng)以音額類(lèi)功能為主，人們可以通過(guò)硬件進(jìn)行操控。2012年，6in2．僅表盤(pán)的發(fā)展2002年1，儀表以上要由四個(gè)四形衣以他中央的單色多功能是小屏組成，提供油耗發(fā)動(dòng)機(jī)等信息2012年前后，儀表盤(pán)開(kāi)始變化，單色顯示屏轉(zhuǎn)變?yōu)椴噬?，同時(shí)增加了導(dǎo)航等信息的顯示，呈現(xiàn)使式出山單一文字轉(zhuǎn)變?yōu)閳D文結(jié)合。

近幾年，

在國(guó)外品牌引領(lǐng)下，全屏數(shù)7僅表味成為新的趨勢(shì)未來(lái)個(gè)我顯示將呈現(xiàn)大尺寸多屏影、

高分用率、低耗能時(shí)氣折等0勢(shì)，同時(shí)出不再局限于中控屏和儀表盤(pán)，更多地應(yīng)用于后續(xù)后視鏡、車(chē)身等領(lǐng)域，為用戶(hù)提供更加豐富和便捷的駕乘體驗(yàn)。7.1.1人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展背景7.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用一、語(yǔ)音交互的定義語(yǔ)音交互（VU）指的是人類(lèi)與設(shè)備通過(guò)自然語(yǔ)音進(jìn)行信息的傳遞。次完整的語(yǔ)音交互需要經(jīng)歷ASR.NIPskilITS的流程，如圖7.3所示。智能語(yǔ)音交互是基于語(yǔ)音輸入的新一代交互模式，你可以通過(guò)說(shuō)話就可以得到反饋結(jié)果。典型的應(yīng)用場(chǎng)景一語(yǔ)音助手，自從iPhone4S推出SIRI后，智能語(yǔ)音交互應(yīng)用得到飛速發(fā)展。中文典型的智能語(yǔ)音交互應(yīng)用如：蟲(chóng)洞語(yǔ)音助手、訊飛語(yǔ)點(diǎn)已得到越來(lái)越多的用戶(hù)認(rèn)可。1．語(yǔ)音識(shí)別（ASR）語(yǔ)音交互實(shí)際上是語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的一一種應(yīng)用。語(yǔ)音識(shí)別可以被稱(chēng)為自動(dòng)語(yǔ)音識(shí)別。ASR用于將聲學(xué)語(yǔ)音進(jìn)行分析，并得到對(duì)應(yīng)的文字或拼音信息。語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)般分訓(xùn)練和解碼兩階段。訓(xùn)練即通過(guò)大量標(biāo)注的語(yǔ)音數(shù)據(jù)訓(xùn)練數(shù)學(xué)模型，通過(guò)大量標(biāo)注的文本數(shù)據(jù)訓(xùn)練語(yǔ)言模型；解碼，即通過(guò)聲學(xué)和語(yǔ)言模型將語(yǔ)音數(shù)據(jù)識(shí)別成文字。聲學(xué)模型可以理解為是對(duì)發(fā)聲的建模，它能夠把語(yǔ)音輸入轉(zhuǎn)換成聲學(xué)表示的輸入，更準(zhǔn)確地說(shuō)是給出語(yǔ)音屬于某個(gè)聲學(xué)符號(hào)的概率。語(yǔ)言模型的作用可以簡(jiǎn)單理解為消解多音字7.1.2語(yǔ)音交互技術(shù)的基本工作原理7.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用問(wèn)題，在聲學(xué)模型給出發(fā)音序列之后，從候選的文字序列中找出慨本最大的字符串序列。2．神經(jīng)語(yǔ)言程序?qū)W（NIP）NIP用于將用戶(hù)的指令轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)化的、機(jī)器可以理解的語(yǔ)言。NIP的工作邏輯是：將用戶(hù)的指令進(jìn)行Doman（領(lǐng)域）-.Intent（意圖）-Slot（詞槽）三級(jí)拆分。以“幫我設(shè)置一個(gè)明天早上8點(diǎn)的鬧鐘”為例：該指令命中的領(lǐng)域是“鬧鐘”，意圖是“新建閣鐘”，詞槽是“明天8點(diǎn)”。這樣，就將用戶(hù)的意圖拆分成機(jī)器可以處理的語(yǔ)言3．能力（Sill）Skll也即AI時(shí)代的APP。Skill的作用就是：處理NIP界定的用戶(hù)意圖，做出符合用戶(hù)預(yù)期的反饋。4．語(yǔ)音合成（TTS）1）語(yǔ)音合成即為T(mén)TS.從文本轉(zhuǎn)換成語(yǔ)音，讓機(jī)器說(shuō)話。TTS業(yè)內(nèi)普遍使用兩種做法：一種是拼接法：種是多數(shù)法。拼接法即從事先錄制的大量語(yǔ)音中，送擇所需的基7.1.2語(yǔ)音交互技術(shù)的基本工作原理7.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用本發(fā)音單位拼接而成。優(yōu)點(diǎn)是語(yǔ)音的自然度很好，缺點(diǎn)是成本太高，費(fèi)用成本要上百萬(wàn)：參數(shù)法指使用統(tǒng)計(jì)模型來(lái)產(chǎn)生語(yǔ)音參數(shù)井轉(zhuǎn)化成波形。優(yōu)點(diǎn)是成本低，一般價(jià)格在20萬(wàn)～60萬(wàn)不等，缺點(diǎn)是發(fā)音的自然度沒(méi)有拼接法好。但是隨著模型的不斷優(yōu)化，現(xiàn)在參數(shù)法的效果已經(jīng)非常好了，因此業(yè)內(nèi)使用參數(shù)法的越來(lái)越多。2）語(yǔ)音交互的特點(diǎn)

語(yǔ)音交互是通過(guò)語(yǔ)音與機(jī)器完成一系列輸入和輸出，進(jìn)行信息交換，最終達(dá)成用戶(hù)目標(biāo)的人機(jī)交互方式。下面簡(jiǎn)要分析一下語(yǔ)音交互得優(yōu)、劣勢(shì)以及與GUI界面交互相比的一些特點(diǎn)。（1）優(yōu)點(diǎn)。①

解放雙手。與目前主流的GUI界而交互方式相比，不需要借助鼠標(biāo)、鍵盤(pán)或者手指觸控進(jìn)行信息輸入。②

易學(xué)習(xí)性。聲音是人與人之間基本的交流方式，不同年齡段、不同能力技術(shù)水平應(yīng)用我們的直覺(jué)，就可以掌握。③

便捷性。當(dāng)執(zhí)行的任務(wù)比較簡(jiǎn)單時(shí)，如：導(dǎo)航去某地，語(yǔ)音輸入比打字輸入更快速、簡(jiǎn)單，在語(yǔ)音識(shí)別準(zhǔn)確率高的情況下，用戶(hù)可以完全相信語(yǔ)音，無(wú)須再用視覺(jué)7.1.2語(yǔ)音交互技術(shù)的基本工作原理7.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用方式來(lái)給用戶(hù)安全感。④

低復(fù)雜度。語(yǔ)音交互可以直接解決用戶(hù)的最終目標(biāo)，而不像GUI界面有不同的層級(jí)關(guān)系，用戶(hù)達(dá)成目標(biāo)時(shí)需要一系列操作并且經(jīng)歷很多頁(yè)面之間的切換。（2）缺點(diǎn)。①

需要輸出大量信息時(shí)，效率低。信息必須依據(jù)一句輸出，目前語(yǔ)音交互多以“一問(wèn)一答”單輪對(duì)話為主，每次對(duì)話時(shí)人們都需要先喚醒智能體。智能體在對(duì)話過(guò)程中不能理解上下文之間的關(guān)系信息。②

場(chǎng)景有限。如無(wú)法標(biāo)準(zhǔn)化的輸入設(shè)備、語(yǔ)義理解及噪聲的處理都影響到語(yǔ)音交互的精確度，不適合在嘈雜環(huán)境中進(jìn)行，對(duì)隱私要求比較高的任務(wù)不適合使用語(yǔ)音交互。3）請(qǐng)音交互的原理語(yǔ)音交互實(shí)際上是語(yǔ)音識(shí)別（ASR）技術(shù)的種應(yīng)用，其目標(biāo)是將人類(lèi)的語(yǔ)音中的同內(nèi)容轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可讀的輸入，例如按鍵，進(jìn)制編碼或者

字符序列。與說(shuō)話人識(shí)別及說(shuō)話人確認(rèn)不同，后者告示識(shí)別或確認(rèn)發(fā)出語(yǔ)音的說(shuō)話人副靠其中所包含的詞匯內(nèi)容。7.1.2語(yǔ)音交互技術(shù)的基本工作原理7.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用4）請(qǐng)音交互技術(shù)的發(fā)展（1）合成語(yǔ)音更加自然，真實(shí)，接近于真人水平。日前合成語(yǔ)音的自然度基本滿(mǎn)足人們的需求，但相比人類(lèi)的語(yǔ)音，很長(zhǎng)請(qǐng)音仍然比較“冰冷”“機(jī)械”。隨著合成語(yǔ)音自然度和表現(xiàn)力的提升，智能體輸出聲音的音調(diào)、語(yǔ)速、韻律、語(yǔ)氣、斷句等將更加自然，接近于真人水平，且育語(yǔ)的表達(dá)更加口語(yǔ)化和自然，讓人感覺(jué)就像與真人交流。（2）語(yǔ)音交互具備聽(tīng)覺(jué)選擇能力，提升多人對(duì)話體驗(yàn)。人類(lèi)的聽(tīng)覺(jué)具有選擇性，能夠在眾多聲音中選擇性地聽(tīng)取自己需要的或者感興趣的聲音。隨著AI語(yǔ)音分商技術(shù)的攻克，智能體將習(xí)得聽(tīng)覺(jué)選擇能力，在多人對(duì)話場(chǎng)景中反饋，提升多人對(duì)話體驗(yàn)（3）語(yǔ)音交互將支持多種方言，并針對(duì)細(xì)分群體進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)。語(yǔ)音交互是可以支持多種方言的，一方面語(yǔ)音交互在面對(duì)方言時(shí)遇到較大挑戰(zhàn)，未來(lái)智能體能通過(guò)收集大量的方言語(yǔ)音資料，訓(xùn)練優(yōu)化語(yǔ)音模型，可以用多種方富與人類(lèi)對(duì)話，使習(xí)慣使用方言的群體可以與其交流互動(dòng)；另方面，語(yǔ)音交互將針對(duì)特定群體進(jìn)行差異化設(shè)7.1.2語(yǔ)音交互技術(shù)的基本工作原理7.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用計(jì)，根據(jù)特定群體的語(yǔ)言特征及語(yǔ)言模式，設(shè)計(jì)個(gè)性化的語(yǔ)音交互模型，使智能體和不同群