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ZF采埃孚智能底盘与车辆运动控制总结

ZF采埃孚智能底盘与车辆运动控制总结 电动车千人会
2025-10-31
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导读:本文针对ZF采埃孚智能底盘与车辆运动控制进行简单总结和分享。01:采埃孚底盘2.0系统1. 线控转向在线控转
本文针对ZF采埃孚智能底盘与车辆运动控制进行简单总结和分享。
01:采埃孚底盘2.0系统
1. 线控转向
在线控转向方面,采埃孚开发取消转向柱的线控转向方案,方向盘和前轴转向机之间完全没有任何机械结构相连,所有指令都通过电信号传输。

为迎接即将到来的自动驾驶,采埃孚在取消转向柱的同时,开发了可收缩/收纳方向盘的线控转向。在L3级自动驾驶场景下,可实现有限的收缩,驾驶员可随时接管方向盘,增加了俯仰调节以提高舒适性;在L4级自动驾驶场景下,可实现完全或接近收纳入驾驶舱内部状态,可以折叠式方向盘组合使用。

相比传统非解耦的转向系统,线控转向可以突破机械结构的限制,自由定义转向系统的转向比,实现自适应可变转向比;自适应可变转向比也释放了未来方向盘的设计,使得异形方向盘以及可折叠方向盘的应用成为可能。

2. 线控制动

当前中国市场、美国市场和欧洲市场都对线控制动技术有迫切的需求,但各个市场之间也存在一些差异。中国市场更喜欢干式线控制动;欧洲则偏好湿式线控制动;美国地区因为皮卡车型风靡,大多选择混合线控制动。

在线控制动方面,采埃孚开发了全干式线控制动EMB,相比传统电子液压助力制动方案,EMB无需制动液,无需制动油管,占用空间更小,布置更灵活,可实现几乎0拖滞,更好的NVH表现下还带来更好的续航表现,另外EMB的反应时间是传统制动系统的十分之一左右,所以能有更快的反应速度,实现更短的制动距离。

3. 主动悬架
在垂向控制方面,采埃孚开发了半主动连续阻尼控制减振系统CDC,参考VMC车辆运动控制系列6—空气悬架系统概述,通过控制双阀CDC两个电磁阀的开度来调节压缩和拉伸时的阻尼力。

相对于半主动连续阻尼控制减振系统CDC,采埃孚开发了全主动悬架sMOTION:

1. 采用800/400V高动态液压泵保证车身稳定,电控液压泵可以接收车机大脑发送的电子信号,通过扭矩极大的电机将油液推入减振器,或是反向吸出油液,从而在短时间内实现对车身姿态的主动调整;

2. 同时双阀CDC控制车轮频率,最终实现车身和车轮控制的最佳性能。

4. 后轮转向AKC
采埃孚的AKC系统应该是最广为人知的后轮专项技术。它允许后轮在低速行驶时与前轮相反方向转向,减小转弯半径,提高车辆的灵活性;而在高速行驶时,后轮则与前轮同方向转向,增加车辆的稳定性。此外,AKC系统还能根据不同的驾驶场景提供相应的后轮转向角度,最大可实现±12°单边转角度输出。
5. 主动稳定杆ERC

采埃孚ERC(Electromechanical Roll Control)机电侧倾控制系统在车辆过弯及行驶于不平整路面时,会主动改变作用在前后稳定杆上的力,以最大限度减少甚至完全消除车身侧倾。
此外,该系统还能产生理想的自转向特性和负载变化特性。在直线行驶时,电子控制系统会根据需求调整阻尼水平,使悬架呈现更柔和、更舒适的响应。车身的振动因此减少,从而让车辆在整个速度范围内都具备高度的灵活性与操控精准度。ERC最大扭矩可以达到1400Nm, 适用于中档和高档车型,包括混合动力或电动驱动车辆。

ERC系统采用了48V电压架构,由于传统12V系统的电流承载能力有限,难以满足高功率需求,48V系统更适合驱动高负载的电动执行器;同时其采用了电机+减速齿轮的方案,直接作用于前后稳定杆。

02:采埃孚VMC cubiX软件解决方案

VMC cubiX是采埃孚底盘2.0的软件解决方案,从1.0的制动、转向和悬架的控制到标准接口,软硬解耦的底盘域控,实现软件开源,硬件节流。采用了Framework架构,可赋能主机厂功能自研,模块化和可拓展。

Cubix@既适用于人工驾驶情况(cubiX® PD, Performance Drive),也适用于辅助驾驶和自动驾驶情况(cubiX® AD, Trajectory Execution)。
1. Performance Drive
cubiX® PD依托于采埃孚在车辆运动控制和底盘执行器方面的专业能力和技术储备,可以实现人工驾驶时车辆驾驶性能的改善,包括对车辆操控性和驾驶稳定性的综合提升。

1)cubiX@PD的低速灵活驾驶功能,在低速的驾驶工况下,通过控制后轮转角,使后轮转角相对于前轮转角进行反相偏转,进而实现转弯半径的减小,改善驾驶的灵活性,实现更为灵活敏捷的驾驶响应。

2)cubiX® PD的可变驾驶特性功能,适用于中速或者中高速的驾驶工况,用来在车辆行驶工况的正常驾驶和动态操纵区域改善车辆的响应性能,提供更为舒适或符合驾驶员意图的车辆响应。

同时,cubiX® PD的可变驾驶特性功能可以实现对车辆驾驶特性的调节,实现偏向不足转向、过度转向或中性转向的驾驶特性。该功能可以通过综合利用各个执行器,包括四驱、后转、制动、主动横向稳定杆、电子阻尼器等,实现车辆性能的改善。

3)cubiX® PD的预稳定性控制功能,适用于高车速的驾驶工况,用来在车辆行驶的动态操纵和稳定性控制区域为车辆提供更好的稳定性。cubiX® PD的预稳定控制功能,配合可变驾驶特性功能,可以起到对车辆稳定性的改善。

预稳定控制功能通过对整车横摆的闭环控制,旨在在ESC稳定性控制介入之前,弥补车辆的不足转向或过度转向的趋势,并尽量使用除制动以外的其他执行器,可以减少ESC介入或推迟ESC介入时机,减少驾驶过程中的制动干预,改善NVH性能。

4) cubiX® PD的对开路面控制功能,能够通过对前轮转向、后轮转向的控制,实现对车辆在对开路面加减速时因左右轮非对称制动力产生的车辆横摆进行补偿。该功能可配合传统的ABS功能,车辆的横摆控制交由cubiX® PD的对开路面控制功能,而车轮的滑移控制(即防抱死)交由ABS,这样如果ABS采用更为激进的控制参数,二者配合可以综合实现减少驾驶员修正车辆横摆时的转向介入以及减少车辆的制动距离。

2. Trajectory Execution

cubiX® AD的功能包括轨迹处理、纵向/横向控制即轨迹执行,以及边界管理。



1)cubiX® AD的轨迹执行功能,将接收的目标轨迹进行分解,通过横向/纵向AD控制器,得到目标的方向盘转角、后轮转角、制动力、驱动力,实现对轨迹的跟踪

在低速的行驶工况,将后轮转角引入到对目标轨迹的规划当中,cubiX® AD的四轮转向自动泊车功能在进行轨迹执行时也同样将后轮转角考虑在内,这样可以在自动泊车时实现更小的转弯半径,减小对库位尺寸的要求,也可以减少泊车时的库位内调整次数,提高泊车成功率。
在中高速工况,cubiX® AD主要是对目标轨迹的执行,而通过将cubiX® AD与cubiX® PD集成为一体,可使cubiX® PD的相关功能在轨迹执行时同时进行作用,可使对目标轨迹的跟踪更为精准舒适。
2)cubiX® AD的边界管理功能可以从车辆动力学等方面综合考虑车辆对目标轨迹的执行能力,并将这个执行能力以轨迹约束(Trajectory Constraints)的形式反馈给上层控制器,进而保证决策层规划的路径是可执行的,做到类似于规划和执行的闭环。

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