智能汽车底层一体化设计，实现智能汽车技术概论

2023-09-19 理论教育版权反馈

【摘要】：智能汽车动力传动系统主要包括车辆的发动机和变速器两大部分。智能汽车的动力传动一体化设计实现方案大体分为以下3种：使用两个ECU分别控制电控发动机和自动变速器，在二者之间实现非总线的数据通信。其发展对智能汽车的技术集成具有明显的推动作用，使得车辆的底层一体化中制动系统的主动电控成为可能。因此，在智能汽车底层一体化设计中，应该实现汽车信息数字化，方便车辆信息的实时获取，更好地实现稳定、可靠的自主驾驶。

智能汽车综合了主动转向、主动安全、环境感知、规划决策等技术，是一个集计算机技术、信息技术和人工智能技术、汽车设计技术等多项技术于一体的高科技综合系统。这种以高科技为基础的车辆电子技术大大地提高了车辆的性能，成为开发商竞相开发的关键技术。车辆之所以要高科技化，主要是为了不断地提高车辆的整体综合性能，特别是安全性能。在这方面，车辆的底层一体化设计尤其重要，其中动力传动一体化设计和电控制动系统的设计决定了车辆的纵向动力性能，而自动转向系统的设计决定了车辆的横向动力性能。在进行智能汽车设计时，应该综合动力、传动、制动、转向、车辆稳定性等整个汽车电控系统特性进行相应设计。除此之外，车辆的信息系统、灯光、仪表等信息涉及车辆与车辆之间交互的安全性能，也应在一体化设计中加以考虑。

1）动力传动一体化

车辆传动系统一体化对车辆的综合性能有着重大影响。车辆动力传动系统匹配得好坏直接影响到汽车制造商和用户普遍关心的汽车动力性、经济性、排放性、乘坐舒适性、驾驶安全性和操纵简易性等重要指标。在有人驾驶的整车性能方面，车辆的动力传动一体化已经进行了相当长一段时间的研究工作，并取得了不少成果；而在智能汽车领域，这方面的研究尚未引起高度重视，车辆的性能并不能按照预期超过有人驾驶。要实现智能汽车一体化设计，首先要实现的是车辆零部件的一体化设计，以及各系统构件的一体化设计。

智能汽车动力传动系统主要包括车辆的发动机和变速器两大部分。由于动力和传动系统的匹配原因，即使装上一流的发动机和一流的变速器，也不一定能得到一流性能的汽车。其关键问题就是它们各自一流的优良性能不一定能够得到充分发挥。动力传动系统的合理匹配是保证车辆总体性能的重要组成部分。智能汽车的动力传动一体化设计实现方案大体分为以下3种：

（1）使用两个ECU分别控制电控发动机和自动变速器，在二者之间实现非总线的数据通信。在这种系统中，每个子系统的功能虽然可以设计得较为复杂，但非常不利于车辆电子控制系统的扩展，并且系统布线也十分复杂，从而使得系统的集成度与可靠性均明显降低。

（2）使用一个ECU同时控制电控发动机和自动变速器。这种方式的优点是可靠性会随着元件的减少而得到提高，但它需要开发更加复杂的软件系统，且系统的扩展性受到了很大的限制。

（3）使用两个ECU分别控制电控发动机和自动变速器，并在二者之间实现通过总线的数据通信，并与车上其他电控单元进行数据共享。这一方案使各ECU成为总线网络上的一个节点，各节点之间可以实现数据的高速共享，以此使大规模并行计算成为可能，同时也有利于在原有动力系与传动系电控技术的基础上开发整车的综合电控系统。

车辆动力传动系统从各总成的单独控制向一体化综合控制方向的发展已成为必然，从一般控制向智能化、网络化控制方向的发展也势必带来更为优良的控制效果。

2）自动转向系统方案

自动转向控制系统的功能是，通过对前轮偏角的合理控制使智能汽车始终沿着期望道路行驶，且保证操纵稳定性和乘坐舒适性，从而实现：①根据期望道路与车辆之间的相对运动关系，精确跟踪期望道路；②通过对自动转向执行机构的控制实现对期望前轮偏角的精确控制；③高速行驶时保证车辆的操纵稳定性和乘坐舒适性；④实时、准确地估计车辆横向运动状态。

现在的汽车上基本都配备有电动助力转向系统（Electric Power Steering，EPS）。EPS控制器根据方向盘转矩和车速信号进行助力控制。在进行智能汽车的自动转向系统设计时，如果可以获得相关参数，直接提取EPS控制器的输入和输出信号，运用EPS的内部算法和方向盘转矩传感器的输出信号等信息，就可以直接进行转向系统的自动控制。直接对EPS控制器进行控制，系统响应快，可以实现对整车EPS控制系统精确建模并对其进行精确控制。

3）制动系统电控方案

智能汽车在制动方面涉及的电控系统有防抱死制动系统（Anti-lock Braking System，ABS）、驱动防滑系统（Acceleration Slip Regulation，ASR）以及电子稳定系统（Electronic Stability Program，ESP）等。不同的研发机构对电子稳定系统的命名不尽相同，不论是汽车动力学控制系统（VDC）、汽车稳定性控制系统（VSC）、汽车稳定性辅助系统（VSA）、汽车电子稳定控制系统（ESC）、动力学稳定控制系统（DSC），还是ESP，其实现的功能和方法都是类似的，都是在传统的汽车动力学控制系统，如ABS和TCS的基础上增加一个横向稳定控制器，通过控制横向和纵向力的分布和幅度，以便控制不同路况下汽车的动力学运动模式，从而能够在各种工况下提高汽车的动力性能，如制动、滑移、驱动等。ESP的电子部件主要包括电子控制单元（ECU）、方向盘传感器、纵向加速度传感器、横向加速度传感器、横摆角速度传感器、轮速传感器等。其发展对智能汽车的技术集成具有明显的推动作用，使得车辆的底层一体化中制动系统的主动电控成为可能。

4）数字化信息

在智能汽车行驶过程中，需要充分利用车辆本身测量的信息对车辆安全进行实时监测，以供上层系统参考、决策。车辆本身测量的信息完全可以取自于汽车数字化信息系统。汽车数字化信息系统是一种网络化、智能化的信息系统，涵盖了发动机转速信息、发动机温度信息、换挡柄位信息、变速器挡位信息、机油压力信息、水温信息、燃油信息、车载电源充放电监控信息、车灯信息等与汽车行驶安全密切相关的信息。因此，在智能汽车底层一体化设计中，应该实现汽车信息数字化，方便车辆信息的实时获取，更好地实现稳定、可靠的自主驾驶。

智能汽车底层一体化设计，实现智能汽车技术概论

相关推荐