动力电池是由电芯、模组和电池包等构成，是新能源汽车当中最核心的零部件和动力来源。 模组之间、电芯之间以及管理电芯的电池管理系统（BMS)内部的电流传输和信号传输需要各种连接以及电流、温度的监控，而电池对外输电要有高压的连接器。 因此电芯连接及模块连接、高低压接口、电流及温度监控的可靠性至关重要。 动力电池在整车上的布置关系图材料新知 1.电池包 电池包一般是由电池模组、热管理系统、电池管理系统（BMS）、电气系统及结构件组成。 材料新知 2.模组 电池模组可以理解为锂离子电芯经串并联方式组合，加装单体电池监控与管理装置后形成的电芯与pack的中间产品。 其基本组成包括：模组控制(常说的BMS从板)，电池单体，导电连接件，塑料框架，冷板，冷却管道，两端的压板以及一套将这些构件组合到一起的紧固件。 模组的设计是为了方便BMS进行电芯管理，提高电池安全性，便于维护维修。 模组组成如下图 材料新知 3.电芯-【电池技术】动力电池结构科普篇 电芯主要由正极、负极、隔膜和电解液组成。主要工作原理是靠锂离子的在正极和负极之间的迁移实现充电和放电。 锂电池根据材料体系主要分为三类：锰酸锂、三元材料锂电池、锂酸亚铁锂。这三类电池性能各有优缺点，在市场当中也有着不同的应用。 从上述表格中可以看到，锰酸锂材料价格最低，每吨5-6万元，相应的电池循环寿命次数、储存性能的表现也是最一般的，分别是≥300次，月衰减5%以上。 三元材料锂电池材料价格每吨16-20万元，储存性能表现最好，月衰减1-2%，电池循环寿命≥600次。 锂酸亚铁锂材料价格每吨15-18万元，电池循环寿命表现最好≥1500次，储存性能在三者当中表现中等，月衰减3%。 锰酸锂：高温性能、循环性能、储存性能较差，锰在高温情况下易分解，电池组的使用寿命短不易存储。 三元材料锂电池：高低温、循环、安全性、存储及个项电性能都比较平均。体积比能量高，材料价格适中并且性能稳定。 三元材料电芯根据镍钴锰的比例又有532,811等一系列体系。最近几年比较火的是811体系的电芯。镍的比例越高，动力电池越不稳定。同时提高镍的比例可以提高电池的能量密度。所以动力电池的设计是一个平衡的过程，平衡实用性与安全性。 磷酸铁锂：安全性能好，电导率低，体积比能量低，材料成本高，低温性能很差，不能满足电动车冬天使用。 锂电池的正极是将正极材料（如LFP、NCM）涂布在铝箔（集流体）上，负极是将负极材料（如石墨、LTO）涂布在铜箔（集流体）上。 一般情况下电池是根据正极材料来命名，所以一般称三元电池或磷酸铁锂电池；而钛酸锂电池中LTO是负极材料，因此这算是以负极材料命名电池的特例。 电池的衰减可以分为两方面分析，一方面是性能上的，另一方面是安全性上的。 1）性能衰减 电动汽车在经过一定时间的使用后续航里程会有所下降，加速性能的衰减也可能被感受到。这主要可以从容量的衰减、内阻的增加、以及电池自放电的增大几个方面去分析。 2）安全性衰减 电芯根据结构不同，分为圆柱形电芯、软包电芯、方形电芯。 方形电芯 左侧为方形，有侧为圆柱形电芯圆柱电芯 典型的圆柱电芯结构包括：正极极片、负极极片、隔膜、电解液、外壳、盖帽/正极帽、垫片、安全阀等。圆柱电芯一般以盖帽为电池正极，以外壳为电池负极。 圆柱电芯标准化程度较高，常见的型号有：14650、14500（5号电池）、18650、21700等。 型号的的前两位数字代表圆柱电芯的直径（单位mm），第3、4位代表圆柱电芯的高度（单位mm），0指的是圆柱。 软包电芯 三种电芯对比，各有优势。结合生产工艺的方便性，现在国内电动车主要用的是方形电芯。 材料新知 4.电池管理系统（BMS） BMS（电池管理系统）功能主要有三种：通过测量动力电池的荷电状态，为驾驶员提供剩余的使用电量，以便提醒驾驶员能及时为电动电池进行充电； 其次是对电池温度进行监控管理，检测电池工作时的温度，并使用吹分机或散热片来确保电池工作在最佳状态； 最后是实现电池的均衡管理，由于出厂制造误差、或者使用过程中的存在通风性差异，电化学性能转换不一等情况，对电池电压、剩余电量进行检测，以防过度充电。 材料新知 5.电池发展趋势5.1无钴电池-【电池技术】动力电池结构科普篇 三元锂电池全称为“三元聚合物锂电池”，是指正极材料使用镍钴锰酸锂（NCM）或者镍钴铝酸锂（NCA）的三元正极材料的锂电池，其中主要用于稳定材料层状结构、提高材料循环和倍率性能的钴元素，是三元电池中不可或缺的贵金属。 一直以来，钴的价格波动极大程度上影响着三元材料的价格，可要知道的是，全球有超过一半的钴均产自刚果（金），资源的过于集中也加剧了全球钴供应链的脆弱性。 成本问题一直是新能源汽车市场发展的绊脚石，作为核心成本的“动力电池”一直被寄予希望能够尽快降低成本，三元锂电池在降低钴比例和含量后，会相应地降低整车的成本，钴价波动给企业带来的影响也将被削弱，“忐忑”的企业开始变主动为被动，这将有利于推动新能源汽车市场的发展。 5.2固态电池 固态电池是一种电池科技。与现今普遍使用的锂离子电池和锂离子聚合物电池不同的是，固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池。 由于科学界认为锂离子电池已经到达极限，固态电池于近年被视为可以继承锂离子电池地位的电池。 固态锂电池技术采用锂、钠制成的玻璃化合物为传导物质，取代以往锂电池的电解液，大大提升锂电池的能量密度。 固态电解质具有较高的电化学稳定窗口，可与高电压的电极材料配合使用，提高电池的能量密度； 固态电解质具有高机械强度，在电池循环过程中有效抑制锂枝晶的刺穿，试具有高理论能量密度的金属锂作为负极材料成为可能 固态电解质缺点（现阶段发展遇到的问题）：电极和电解质之间超高的固固接触阻抗。 5.3刀片电池 刀片电池是一种全新的设计理念，在采用长电芯的同时，省去了中间模组环节，直接把电芯装到电池系统里面。 产品的长度是148 mm、厚度是79mm、高度是97mm，内部结构是卷绕，看起来像一块板砖。 刀片电芯长度是960mm，厚度是 13.5 mm，高度为 90 mm，内部结构是叠片。因其长而薄的形状酷似刀片，因此得名刀片电池。 5.4 叠片工艺 叠片工艺是将正极、负极切成小片与隔离膜叠合成小电芯单体，然后将小电芯单体叠放并联起来组成一个大电芯的一种Li离子电芯制造工艺。 例如软包锂电池，靠的是“叠”，如“z”字形叠片，先把正负极原料裁切成同样大小的矩形极片，再分别叠到隔膜上，隔膜“Z”字形穿行其间，隔开两极，最后包上铝塑包装。 叠片工艺过程繁琐，主要是极片与隔膜裁切成片。但极片分切合格率低，质量（断面、毛刺等）很难保持高度一致性，且对齐精度不够，这块就对制作工艺的质量要求比较高了。这也是叠片电池没有普及的主要原因。 5.5 CTP/CTC-【电池技术】动力电池结构科普篇 CTP技术全称为Cell To Pack，通过取消模组设计，直接将电芯集成为电池包，电池包又作为整车结构件的一部分集成到车身地板上。 这种方式减少了模组本身的侧板、端板（模组结构件）和原本用于分隔模组以及帮助模组连接的横梁、纵梁（电池包装配支撑结构）等材料，整个电池结构极大简化，利用空间得到释放，同等尺寸的电池包容量得以扩展、电池组质量得以减轻，由此带来电池能量密度的提高和成本的降低。 传统技术 vs CTP vs CTC CTC的出现，将突破PACK的限制，直接涉及到汽车底盘，这是整车最为关键的核心部件，是整车厂商经历长期发展所积累的核心优势所在，是电池企业/专业PACK企业难以独立开发的。所以现在一些电池供应商开始策划底盘开发。
对于电动汽车来说，双电机相对于单电机加主减速器或变速箱的方案在提高驱动效率方面的优势： 第一，单电机在低速、高速轻载等情况下，效率降低比较严重。 电动机的高效区间虽然比内燃机大得多，但是汽车的转速和转矩要求太宽了：强大的加速性能和爬坡能力需要大的扭矩，而速度从零到上百km/h则对转速范围有非常高的要求。 虽然大部分中高速工况下电动机的效率都能很高，但是在低速重载、高速轻载等情况下，电动机的效率会比高效率的区间下降20-30%。 双电机则可以通过不同的搭配，让系统的高效区扩大，提升效率。 第二，双电机可以提高制动能量回收的效率。 在双电机耦合驱动系统中，有四个可能的操作模式：单电机驱动模式、双电机驱动模式、单电机再生制动模式、双电机再生制动模式。 驱动效率和回收效率其实是一回事，当电动机工作在电动模式的时候就是驱动效率，工作在发电模式的时候就是回收效率，两台电机拥有更多的高回收效率空间，可以提高制动能量回收的效率。 第三，双电机无动力中断。 单个电机要想达到更高的效率可以通过搭配多档位变速箱实现，但是如果搭配变速箱，就会有换档动力中断的问题，而使用双电机协调控制则不会出现动力中断。 第四，单个电机如果要满足高性能（高扭矩）和高转速范围，设计制造难度大，总重量也大。 通过把单个电机分解为两个电机，可以让电机的制造难度降低，总重量也可以降低。 实际上，一台100kW的电机性能不需要由一台60kW的电机和另一台40kW的电机加起来提供，一般情况下，一台40kW左右和一台30kW左右的电机组成的双电机系统就可以提供甚至超过一台100kW电机的性能，同时总重量一般可以降低30%甚至更多。 目前新能源汽车采用的电机一般只有两种：永磁同步电机和异步感应电机。它们在整个电机体系中的位置如下。 两种电机，前后各一个，就得到了4种排列组合。下文所列车型仅为部分，仅供参考。 双感应电机 1、奔驰EQC 电动机方面，奔驰EQC采用了前后双感应异步电机的组合,两个异步电动机分别位于前轴和后轴，为了降低能耗，车辆还配有智能动力传动系统，前电动机经过了优化，在中低速负载的情况下可以实现最佳效率，而后电动机就负责提供更强的动力，来让车辆保持更好的性能。整个电动系统的最大功率为300kw，峰值扭矩可达到765N.m，0-100km/h加速时间为5.1秒，最高车速可达180km/h，百公里能耗25kW·h左右。 EQC的前后双感应异步电机的设计，从数据来看，转矩更大，在起步阶段能提供更强的加速度，拥有更高的极限转速，在高速工况下能提供更强的动力输出。这套系统的优缺点很明显，将驱动电机、单机减速器和电机控制系统进行“3合1”集成，可以减少散热管路和高压线束的使用，成本更低，在电机布置上有更大的自由度；但是能耗大、体积大是致命弱点，由于使用的是感应电机，在城市低速的工况里，会比永磁电机效率更低。 2、奥迪e-tron 奥迪R8 etron中央双电机构型的结构特点与集中式电机驱动构型相似，两个驱动电机和两个减速器对置布置于车架上，通过较长的半轴与车轮相连，独立驱动两侧车轮。 其簧下质量小，制造技术成熟，应用安装方便，但是传动系统仍需万向节和传动半轴，且占用一定的底盘空间，造成车内设计空间有限，一般多用于高性能汽车或卡车上。下图为Audi R8 etron后驱双电机。 左右车轮独立驱动的巨大优势在于，轮间的转速差、动力分配可以任意调节，通过扭矩的合理分配，便能够对车辆的转向进行辅助，这比传统车辆上的轮间扭矩分配调整范围要大得多，只要控制程序够完善，那么这辆车的运动特性将远远胜过传统动力的后驱车。 3、蔚来ES8创始版 ES8搭载XPT'三合一'双电机驱动系统，配备前后感应+永磁双电机。XPT 100-300kW 感应电驱动系统平台，兼顾经济性与性能表现。支持与不同类型、不同功率的电驱动系统进行组合，尤其适合配置为四驱车型的前辅驱。感应电驱动平台首款产品拥有240kW高功率高性能异步感应电机拥有、420N·m大扭矩，传动效率超过97%，在高速运转的情况下，仍能实现稳定而强劲的动力输出。XPT 240-300kW 感应电驱动系统平台，兼顾经济性与性能表现。支持与不同类型、不同功率的电驱动系统进行组合，尤其适合配置为四驱车型的前辅驱。极低的拖拽损耗表现，有助于提升整车续航里程。 首款量产品XPT 240kW感应电驱动系统拥有240kW高功率、420N·m大扭矩、15000rpm高转速，高速大扭矩齿轮箱传动效率超过97%，所搭载的铜转子感应电机在高速运转的情况下，仍能实现稳定而强劲的动力输出，其PEU电机控制器拥有独特的双三相拓扑架构设计，搭载核心IGBT功能模块，输出最强功率。 XPT100-200kW永磁电驱动系统平台，搭载完全自主开发的永磁同步电机，轻量化的一体机身设计，大幅缩小PEU体积的同时提升扭矩，提供更优化的整车装载方案。永磁电驱动平台首款产品拥有160KW大功率高效率永磁同步电机拥有，305N·m大扭矩，高度模块化设计，电能转化效率达96.7%，拥有业内领先的功率密度，紧凑、高效、强劲的动力组合，同样带来卓越的转化效率和动力输出,现搭载于蔚来ES8系列，ES6性能版和EC6系列车型。 搭载完全自主开发的永磁同步电机，电机采用扁线绕组工艺，EDS最高效率达94%。轻量化的一体机身设计，大幅缩小PEU体积的同时提升扭矩，提供更优化的整车装载方案。首款量产产品160kW电驱动系统拥有160kW高功率、305N·m大扭矩、15000r/m高转速。使用i-Pin扁导线技术的永磁同步电机，电能转化效率达96.7%，紧凑型模块化的设计结构支持同结构下电机输出功率的灵活变化,为底盘的动力布局释放更多空间，支持正反向装配，支持与不同功率、不同类型的电驱动系统组合，支持前后驱及四驱动力配置。 双永磁电机 1、比亚迪汉 2020年7月，比亚迪汉EV四驱版和两(前)驱版上市。基于“e+平台”的汉EV四驱版的前置“3合1”驱动总成最高转速15500转/分、最大输出功率163千瓦；后置“3合1”驱动总成最高转速15500转/分、最大输出功率200千瓦且由SIC电控抑制驱动电机功率过载与过热；搭载的刀片电池系统装载电量76.9度电、最大充电功率整100千瓦；整车车自重1.9吨，NEDC续航里程550公里。 无论汉EV两驱版，还是四驱版，在前置动力舱内布设的分系统和前置“3合1”电驱动总成完全一致。只是汉EV四驱版多出了1组后置“3合1”电驱动总成，并且采用模块化设定。首次引入低导电率冷却液为刀片电池提供“冷量”与“热量”交换，再次提升“电”方面的主动安全性。 理论上，模块化的后置“3合1”电驱动总成拆卸或安装，既可成为两(前)驱或四驱车型。而汉EV两(前)驱版与四驱版的多连杆悬架和后转向节完全通用。 在铝材质后转向节上固定了1组电子驻车电机、后传动轴，两组拉杆锚点处于同一个中心线。汉EV四驱版与汉EV两(前)驱版的后悬架完全一致，甚至采用这种结构的秦ProEV、宋ProEV，也都具备模块化加装后驱动模块的能力。 在表象上，汉EV两(前)驱版和四驱版的最大不同，是多了一组后置电驱动总成。这组代表了比亚迪新能源车用电驱动技术最高水准的TZ200xSE型“3合1”电驱动总成，不仅转速提升至15500转/分，最大输出功率拉高至200千瓦、电控系统首次引入SIC技术。 汉EV四驱版搭载的后置“3合1”电驱动总成，是比亚迪自行制造的技术含量最高的乘用车用电机。为了应对更高转速带来的过热引发的“退磁”问题，比亚迪为这套200千瓦级“3合1”电驱动总成的控制模块引入了SIC电控，为的是降低全负载工况的发热量与内阻，借此换来的是更好的可靠性。 基于比亚迪拥有自行设计和量产IGBT和SIC电控的能力，比亚迪为性能典范的汉EV两(前)驱版前置“3合1”电驱动总成适配IGBT4.0电控；汉EV四驱版后置“3合1”定驱动总成的输出功率提升至200千瓦、转速保持15500转/分同时，采用SIC电控用于驱动电机控制系统，可以持续全功率大倍率放电时，拥有更高的击穿电压强度、更低的电热损耗铝和更高的热导率。 2、小鹏P7的四驱版 小鹏P7的四驱高性能版，在前轴和后轴各布置了一个永磁同步电机。具体到动力参数，前电机最大功率196kW，最大扭矩390Nm；后电机最大功率120kW，最大扭矩265Nm。综合来看，能够爆发出316kW的最大功率和655Nm的最大扭矩。基本上可以稳压3.0T性能车的动力水平。 将电机、电控、减速器高度集成，组成高性能三合一电驱系统。相比传统分散型电驱布局，三合一电驱系统效率更高、结构更紧凑、重量更轻、车内布置更规整、可靠性更强。 整套电驱系统体积仅18.6L，功率密度达到行业领先的2kW/kg；通过系统优化匹配，电机系统最高效率>95%，NEDC综合工况效率大于85.5%。作为电驱系统的核心，小鹏P7搭载目前国内性能强劲的后驱永磁同步电机，最大功率196kW、峰值扭矩390Nm。配合最大功率120kW、峰值扭矩265Nm的前电机，四驱高性能车型综合功率316kW、扭矩660Nm，0-100km/h加速时间仅需4.3s，越级对标百万级性能跑车。 依托前后双电机布局，小鹏P7四驱高性能车型具备可全域无级动力分配的四轮驱动能力。两台电机分别对前后轮独立控制，不同工况下均能够提供充足的扭矩和功率，实现各种路况下的全天候牵引力控制。 相比传统机械四驱系统，小鹏P7的双电机四驱可针对前后轮扭矩分别进行智能控制，扭矩比例在0-100%全域范围内无极分配，且动力调节速度更快，带来更强的车辆稳定性及操控性能。不同驾驶场景下，P7双电机四驱系统设置了不同扭矩分配策略，充分平衡整车的动力性、经济性和操控性能，使各项性能趋于最优。 3、保时捷Taycan Taycan前后采用永磁同步电机，后电机动力更强提供449马力，406 lb-ft（550Nm，但turbor S能提供到450lb-ft - 610Nm），永磁同步电机相对于感应电机（tesla 采用感应电机）他的优势是高效（中低速更明显），体积小，更好的散热性能但价格相对高。 Taycan 电机采用hairpin女性扎辫子方式，这个方式对于传统方式更加高了性能和效率，但在高速的时候容易导致交流的流失而且产生性能问题所以在早期设计特别注意。但hairpin 的方式不是保时捷独有，很早之前通用和本田在他们的Volt和PRIUS上已经使用。 永磁同步+感应异步双电机 1、特斯拉Model 3性能版&Model Y 特斯拉 Model 3 前轴仍采用交流异步电机，后轴则采用永磁同步电机。对比交流异步电机，永磁同步电机的外形尺寸更紧凑，运作效率高且续航更长，更容易控制。 在 Model Y中，特斯拉继续亦采用永磁同步电机方案。采用感应+永磁驱动电机搭配方案能够较好利用感应电机高效区在高速、永磁电机高效区在低速的特点，进行两者工作区域效率的互补。 特斯拉拥有5种型号的驱动电机，包括3台圆线电机和2台扁线电机。相比圆线电机，扁线电机槽满率提升近30%可使电机体积减小，宽截面使其绕组温升降低17.5%，能让电机输出功率更高，有效降低材料成本和功率密度。 当Model Y搭载扁线电机后，电机体积和功率密度皆有所优化。在特斯拉的示范效应下，比亚迪、大众、蔚来、理想等车企皆开始采用扁线电机。 2、全新蔚来ES8 23款ES8依旧采用双电机四驱，作为旗舰款也是标配了，新车配备前后双电机四驱，采用前 180kW 永磁 + 后 300kW 感应电机，系统综合功率 480kW，峰值扭矩 850N・m，实现零百加速 4.1s。前后电机除了功率升级，性能更强之外，体积更小了，效率也有一定的提高。 3、大众ID系列 电机方面，大众ID.4CROZZ采用前电机异步感应+后电机永磁同步电机的配置，这方面没太多可说的。 行业发展已经证明，目前技术下感应+永磁的组合就是最优配置。 值得一提的是，一汽-大众ID.4CROZZ的电机均由大众自主开发和生产。 2024款ID.6 CROZZ提供了多种选择，满足不同消费者的需求。后驱版搭载永磁同步电机，峰值功率可达150kW，峰值扭矩为310N·m。续航方面，根据CLTC综合工况，续航里程可达601km。而PRIME款为双电机四驱版本，搭载前交流异步电机和后永磁同步电机，输出扭矩为162/310N·m，峰值输出功率为80/150kW，续航里程为560km。 哪种方案好？ 首先，由于感应异步电机大部分情况下效率低于永磁同步电机，因此双感应电机的系统效率再高也高不哪去，带来的结果就是续航里程较低。在中国市场上，双感应异步电机的电动车销售情况一般，算是一个侧面印证。 特斯拉早斯车型Model S/X采用的双感应电机方案，后来到了Model 3/Y上就将其中一个换成了永磁同步电机，新改款的Model S/X也将放弃双感应电机方案 —— 若双感应电机很好，特斯拉有必要换吗？ 相应的情况也发生在蔚来身上，且对比更加强烈：全新ES8将老ES8的其中一个感应异步电机换成永磁同步电机之外，续航直接提升了60公里，可以说是立竿见影。 类似的，比亚迪的电动车也逐渐从汉的双永磁电机，进化到前异步后永磁的优化配置方案。 如果非要用双永磁同步电机，也有一种优化方案就是给前驱加个离合器，这样在不使用前电机的时候断开，避免机械摩擦损耗和铁耗。例如韩国现代E-GMP平台的电动车就是这么设计的。 总结 其实采用双电机方案的还有很多，例如：上汽Marvel X双电机动力耦合方案、 巨一双电机多挡动力总成、hofer后驱双电机构型、上汽齿双电机、 AVL双电机电驱产品、广汽双电机产品、 Daimler Benz、采埃孚双电机轮边驱动客车桥、奔驰双电机轮边驱动卡车桥、越博动力双电机集成4挡箱电驱桥、绿控双电机集成2挡箱电驱桥、凯博易控双电机驱动系统、AxleTech双电机驱动桥等。 当然，并不是双电机什么都好，虽然双电机效率方面有大的提升，性能方面也有保证，但是双电机相对于单电机结构更加复杂，需要更加复杂的动力耦合装置和更加复杂的控制算法。
悬架系统对于一辆汽车的操控性和舒适性有着巨大的影响。从结构上分类，可以简单分为独立悬架和非独立悬架2种 非独立悬架就是左右两侧通过一个整体的车架相连，虽然强度更高，但是在遇到坑洼路面时，舒适性不好，因为只要有一个车轮出现颠簸，整个车子就会跟着一起上蹿下跳 而独立悬挂的左右两侧车轮相互独立，这样就可以在遇到颠簸时，减少车身的整体冲击，舒适性大大提升 由于前轮需要负责转向，不适合安装非独立悬架，所以最常见的扭力梁式非独立悬架，都会被用来当做后悬架使用 当然也有例外，如果是硬派越野车型上的整体桥式非承载式车身，前轮也会采用桥式非独立悬架，这种特殊结构的悬架不在今天的讨论范围 非独立悬架 优缺点明显 非独立悬架结构简单、成本低，还不容易坏，所以在以前的中低端车型上非常常见，后来随着大家对于汽车舒适度的要求越来越高，很多厂家慢慢都换成了独立悬架 目前还在用扭力梁的车型并不多，但是也不少，比如奔驰A级、丰田致炫、本田飞度、别克凯越、大众桑塔纳等等，大部分都是厂家的一些入门车型，说白了就是为了拉低售价，照顾消费者的钱包 其中“头比较硬”的就是法系车，标致和雪铁龙旗下绝大部分车型的后悬架，都是非独立悬架，但是法系车最出名的就是底盘调校，虽然用的是非独立悬架，开起来甚至比独立悬架还要优秀 但是很多买车的人一看是扭力梁，立马调头就走，可能也是法系车日渐衰落的一个原因吧 独立悬架 种类繁多 接下来再说说独立悬架，一般汽车悬架主要包含3大部分：弹性部件、减振器和导向机构 前两个很好理解，主要就是为了缓冲减震。而导向机构中会有各种各样的连杆结构，主要用来把车轮和悬架有效地连接起来 可以简单地把这个连杆结构想象成人的手臂，手臂越多就抓得越稳，抓的角度越精准，就越能使上力气 连杆结构的不同，也导致出现了很多独立悬架的种类。比如说导向机构中只有1根连杆，就是麦弗逊，有2根就是双叉臂，有3根及以上，就是多连杆 小巧的麦弗逊 麦弗逊独立悬架，由于只有一根连杆，所以既是减震器，又是导向机构，压力非常的大 虽然成本最低，但是导向性也是最差的，反应到实际的驾驶中，就是舒适性和操控性一般 但是麦弗逊有一个最大的优点，就是空间占用小，非常容易放进前机舱，不会挤占太多发动机、变速箱的空间，所以很多车型都会将麦弗逊作为前悬架 运动的双叉臂 双叉臂悬架就是在麦弗逊的基础上，再增加一个V型连杆，帮助悬架系统更好抓住车轮 这样减震器就可以专心用来减震，而且还可以横向布置，这样能够大大降低车身重心，双叉臂的横向刚性更强，可以提供更好的侧向支撑，提升操控和极限过弯的能力，所以非常适合放在一些跑车上 比如说法拉利、兰博基尼这些跑车，前悬架用的就是双叉臂，最大的缺点当然就是贵 舒适的双叉臂 最后就是多连杆悬架，一般比较常见的4连杆和5连杆 前面也说了，手臂越多，就意味着抓得越稳，所以多连杆是所有悬架中结构最复杂，舒适度最好的一个，当然厂家的调校也至关重要 由于多连杆交叉复杂的结构，也会影响车辆的底盘风阻，所以一般用在中高端的家用车型上，追求极限的跑车还是会选择双叉臂 悬架再好 也需调校 随着技术的日益进步和产业化的完善，现在很多车型的悬架系统都是“前麦弗逊后多连杆” 但是它们的乘驾体验却有着很大不同，最大的原因就是调校不同 有的厂家注重舒适，所以悬架调校得比较敏感，能够过滤掉细小的震动，所以高速开起来感觉有些发飘。有的厂家注重操控，所以悬架调校偏向运动，开起来就比较“整” 也可以说，悬架本身并无好坏之分，调校才是真正的硬实力 法系车之所以敢用扭力梁，就是对自己调校水平有着绝对的自信
本章依然会沿着汽车转向系统的演进过程来叙述：原始转向系统、带有转向比的转向系统、机械液压转向HPS、电子液压转向EHPS、电动助力转向EPS、以及最终的纯线控转向系统。开局先放一张转向系统演进的示意图，接下来的内容都会围绕该图展开： 转向系统的演进过程 原始的机械转向系统 最原始的车辆转向系统中，方向盘连接转向柱，而转向柱再与连接两个车轮的拉杆连接（下图中甚至没有可以改变扭力输出方向的万向节）。通过该套机械结构，方向盘的转动即可传导到车轮上。实际过程中，两侧车轮的转向角度是不同的，对转向几何感兴趣的读者，可以自行搜索“阿克曼角”。 最原始的转向系统 这种转向机构既没有转向助力，更没有减速机构，方向盘转角与车轮转角相等，转向比为1：1。卡丁车由于体积有限，采用的即为上述转向系统。 而这套最原始的转向系统存在两个问题： 1.乘用车一般重量1吨以上，商用车可能重达数十吨，凭人力很难拧的动方向盘，例如很多玩过卡丁车的都表示胳膊拧方向盘十分费力。 2.采用1：1的转向比，在高速情况下，细微的转动就可能导致偏航，十分危险。 因此，一般的乘用车转向比会达到12：1到20：1左右，一般家用车打死方向至少需要转一圈半，F1赛车为了提升操控灵敏性和反馈感，转向比会在6：1左右。大转向比一方面可以限制方向盘的细微转动，提升高速巡航时稳定性，另一方面更长的行程也可以增加转向的扭矩，更加省力。 学过《机械原理》的应该知道，可以减速增扭的机构，无非就是齿轮组、齿轮纸条、蜗轮蜗杆、滚珠丝杠等机构。根据转向机构的空间特性，齿轮齿条和滚珠丝杠更为常用： 齿轮（斜）齿条转向机构，来自日本NSK 滚珠丝杠（循环球式）转向结构，来自瑞典SKF 滚珠丝杠由于将滑动摩擦转换为滚动摩擦，其传动效率更高且寿命更长。更重要的是，滚珠丝杠具有自锁的特性，即扭矩只能由转向柱传递给滚珠丝杠，反之则不行；而齿轮齿条则不会自锁，齿轮和齿条可以相互传力（此处仍然需要一定的机械原理知识）。这也就是说，当行驶在不平坦的路面上时，对于齿轮齿条机构，崎岖的路面可能引发车轮的被迫转向，进而反向传导至方向盘上；而对于滚珠丝杠机构，只要驾驶员不转动方向盘，车轮也不会因为路面形态发生任何转向。 越野场景 鉴于上述特性，滚珠丝杠转向器，也叫循环球式转向器更广泛地应用在硬派越野（如奔驰G、丰田陆巡、三菱帕杰罗等）、以及载重量更大的大客车和大货车上。而更强调操控的家用车辆则常采用齿轮齿条转向器，其结构更简单，成本更低，转向的反馈也更加灵敏（俗称“有路感”）。 即便采用了减速增扭的机械结构，转向需要的力道仍然不小，对于拉货的重型卡车就更是如此。比如前面提到的老式拖拉机，笔者小时候在田间曾看到司机师傅转动方向盘时小臂青筋鼓起，看得出来十分费力。再比如新中国成立之初生产的解放卡车，司机师傅都练就了一身好臂力。因此，和刹车系统一样，业界想到给转向系统“助力”。 而根据出现时间顺序，转向助力系统可分为：机械液压助力转向（HPS）、电动液压助力转向（EHPS），以及电动助力转向（EPS）。 老式解放卡车 机械液压转向（HPS Hydraulic Power Steering） 机械液压助力转向系统早在20世纪初就被发明，不过规模化的应用要等到二战结束。在这套系统中，转向丝杆上集成了一个可以左右移动的液压缸，由三通阀控制其移动方向。 机械液压转向系统HPS HPS具体的工作原理是：液压泵由由发动机带动，当发动机启动时，液压泵时可维持运转。而方向盘的转动会带动三通控制阀的开闭：方向盘左转时候，左边侧节流阀打开，液压油经过节流阀流向液压缸驱动车轮向左转，右转同理。方向盘不转动时候，液压油经过中间的节流阀流回储油罐。（这里需要基础的《液压传动》知识） 三通阀的类比：HPS的工作原理 可以看出，HPS会持续消耗发动机的能量，带来的是油耗的上升，并且，液压泵输出功率会随着发动机的转速而发生变化，因此其转向助力的大小并不稳定。 电子液压转向（EHPS Electro-Hydraulic Power Steering） 电子液压转向EHPS的工作机理类似于前面提到的电子液压制动EHB，其将液压泵的动力源由发动机替换为了电动机，并且引入了扭矩传感器和ECU来替代由机械控制的液压阀。扭矩传感器检测到方向盘的传来的扭力，ECU收到传感器的信号后，控制液压阀的开闭和电动机的启动，即可完成助力转向。 电子液压转向EHPS架构 相比HPS，EHPS中电动机无需时刻工作，对发动机动力的削弱少很多；并且电动机的输出功率更加平稳。液压系统能够输出的力道非常大，因此更多应用在商用车和重型卡车领域。 电动助力转向（EPS Electric Power Steering） 电动助力转向EPS的原理则有点类似前面提到的电子机械制动EMB。扭矩传感器检测到方向盘传来扭矩数据后，将其传递给ECU，ECU根据一定的算法逻辑，控制电动机输出扭矩，经过齿轮机构减速后作用于转向柱上，完成转向助力。 当然，电机和减速器可以有不同的布置，其动力可以驱动转向柱，也可以直接驱动转向丝杆，这都不影响我们对其原理的理解。 电动助力转向，From 瑞典NSK 相较于EMB的难产，EPS的普及更为迅速，目前几乎所有新量产的乘用车都采用了电动助力转向。其中一个重要原因就是：转向系统的需要的输出功率相对刹车系统较小，电机更容易带动，一般乘用车的转向电机功率在300~800W之间。 ● EPS的优点有： 直接省去了液压系统，大幅简化了转向系统，提升了可靠性，降低了成本； 电机+齿轮可实现对转向角度的精确控制，实现了对转向的线控； 人力输入的机械连接并没有被切断，当电动助力失效时候，仍然可以通过人力来控制车辆，提供安全备份。 ● 随速转向系统： 有过驾驶经验的读者应该知道，在低速状态下，方向盘一般十分轻便，而高速状态下方向盘则较为沉重，不易转动。这就引出了“随速转向系统”。如果在高速情况下，转向助力维持低速的状态，那么轻轻拨动方向盘就可能造成很大的转向动作，进而造成严重的事故。 因此，转向助力应当随着速度的增加而减少，这个减小可以是线性的也可以是非线性的，都可以通过ECU程序来进行标定。我们在车评节目中经常会听到“转向随速增益”这个词来形容方向盘的手感，就是这个意思。 线控转向 在电动助力转向的基础上，进一步把转向柱也去掉。采用一个转向模拟器来收集方向盘的转动角度，并给驾驶者提供一定的转向阻尼。ECU根据转角信息，驱动电机完成转向动作。 线控转向与电子助力转向的对比，来自Lexus ● 这种更为彻底的线控转向的优点有： 去掉转向柱使得转向机构的布置更为灵活； 由于方向盘与执行机构不存在机械连接，因此可以利用程序实现不同的转向比，甚至实现非线性的转向比，以实现个性化的驾驶需求（例如，在转向角较大时可适当降低转向比，使得低速状态下能够更轻松地掉头）； 通过与方向盘相连的转向模拟器，可以更自由地调节转向阻尼，实现个性化的转向手感； 前面提到“高速行驶下大幅度转向会导致翻车”，而采用线控转向，系统可以抑制人类的可能导致车辆失控的操作。 ●线控转向地缺点是： 如同EMB缺少可靠的备份，线控转向取消了方向盘输入与转向输出之间的机械连接，一旦线控系统失效，则无法通过人工补救。因此需要额外设计转向备份系统。 笔者个人的看法是：现阶段并不一定要采用完全的线控转向。首先，EPS通过电机已经足够实现ADAS/AD系统对转向的精确控制，取消转向柱并不会在这一点上有多大提升。而取消机械连接带来的风险却是实打实的。当然，如果在未来L5级自动驾驶实现后，车辆已经完全不需要方向盘，那个时候自然可以采用纯粹的线控转向了。
每辆汽车需要的芯片数量都不一样， 少则可能会有几十到上百个，多则可能会有上千甚至是几千个。随着汽车智能化的发展，芯片种类也从40种上升至150多种。 汽车芯片就像人类的大脑，按功能可以分为计算、感知、执行、通信、存储与能源供应五大类。再细分点，可以分为控制芯片、计算芯片、传感芯片、通信芯片、存储芯片、安全芯片、功率芯片、驱动芯片、电源管理芯片九大类。 汽车芯片九大类 1.控制芯片：MCU、SOC 认识汽车电子的第一步， 必须先了解的就是电子控制单元(Electronic Control Unit, ECU)。 一个ECU可以说就是一台嵌入式计算机，用来控制汽车的各大系统。其中车载MCU就可以称得上是汽车ECU的运算大脑，负责各种信息的运算处理。 根据德邦证券的数据，通常汽车中- -个ECU负责-个单独的功能，配备- -颗MCU,如恩智浦的S12P MCU在一-个点火控制的ECU中;也会出现一个ECU配备两颗MCU的情况，如博世MG 7.9.8 ECU。一辆汽车中所使用的半导体器件数量中，MCU占比约30%,每辆车至少需要70颗以上的MCU芯片。 2.计算芯片：CPU、GPU CPU通常为SoC芯片上的控制中心。其优点在于调度、管理、协调能力强。但CPU的计算单元较少，无法满足大量并行的简单运算任务。因此，自动骂驶SoC芯片上通常需要集成除CPU之外的一个或多个XPU来完成AI运算。 去年的9月20日，英伟达推出了Thor芯片，这是一-块拥有770亿颗晶体管的车载中央计算芯片，算力达到了2000TOP.(这里的TOPS是计算机的算力单位，1TOPS代表处理器每秒钟可进行一万亿次(10^12]操作。) 3. 功率芯片：IGBT、碳化硅、功率MOSFET 功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的核心，主要用于改变电子装置中电压和频率、直流交流转换等。 以功率MOSFET为例，据数据显示，在传统燃油汽车中，中低压MOSFET单车用量约100个。而在新能源汽车中，中高压MOSFET单车平均用量提升至200个以上。未来中高端车型中MOSFET单车用量将有望增至400个。 4. 通信芯片：蜂窝、WLAN、LIN、直连V2X、UWB、CAN、卫星定位、NFC、蓝牙、ETC、以太网等等 通信芯片可分为有线通信和无线通信。 有线通信，主要用于车内设备之间的各种数据传输。无线通信，可以实现车与车互连，车与人、车与设备、车与周边环境互连等。 其中can收发器数量较大，据行业数据显示，平均一辆汽车应用的CAN/LIN收发器至少在70-80颗，一些性能车可达100多颗，甚至超过20颗。 5. 存储芯片：DRAM、NOR FLASH、EEPROM、SRAM、NAND FLASH 汽车的存储芯片，主要用于存储汽车各种程序和数据。 据海力士对智能驾驶汽车的DRAM需求量的判断，一辆车预估DRAM/NAND Flash需求最高分别可达151GB/2TB， 车内显示类、ADAS自 动驾驶系统对存储芯片使用量最大。 6. 电源/模拟芯片：SBC、模拟前端、DC/DC、数字隔离、DC/AC 模拟芯片是连接物理现实世界和数字世界的桥梁，主要是指由电阻、电容、晶体管等组成的模拟电路集成在一起用来处理连续函数形式模拟信号(如声音、光线、温度等)的集成电路。 据Oppenheimer统计，模拟电路在汽车芯片中占比29%，其中53%为信号链芯片,47%为电源管理芯片。 7. 驱动芯片：高边驱动、低边驱动、LED/显示、门级驱动、桥接、其他驱动等 在汽车电子系统中，负载的驱动有两种基本方法:低边驱动和高边驱动。 高边驱动通常用于座椅、照明和风扇等。 底边驱动用于电机、加热器等。以Tesla Model3为例，仅前车身域控制器就配置了21颗高边驱动芯片，整车用量超过35颗。 8. 传感芯片：超声波、图像、语音、激光、惯导、毫米波、指纹、红外、电压、温度、电流、湿度、位置、压力 汽车传感器可分为车身传感器和环境感知传感器。 在汽车运行中，汽车传感器能采集车身状态(如温度、压力、位置、转速等)和环境信息，并将采集到的信息转换为电信号传输至汽车的中央控制单元。根据数据显示，智能驾驶L 2级别的汽车预计会携带6个传感器，L5级别的汽车预计会携带32个传感器。 9.安全芯片：T-Box/V2X安全芯片、eSIM/eSAM安全芯片 汽车安全芯片是一种内部集成了密码算法并具备物理防攻击设计的集成电路。 如今，随着汽车逐渐向智能化发展，汽车中的电子设备数量也将不可避免地增加，与之带动的就是芯片数量的增长。 根据中国汽车工业协会提供的数据显示，传统燃油车所需汽车芯片数量为600-700颗，电动车所需的汽车芯片数量将提升至1600颗/辆，而更高级的智能汽车对芯片的需求量将有望提升至3000颗/辆。
12月26日消息，据外媒报道，现代汽车宣布解散其“半导体战略室”，该部门成立于2022年，主要负责车载芯片的研发工作。现代汽车曾计划在2029年量产自研的无人驾驶汽车芯片，但随着部门的解散，这一雄心可能受挫。解散后，原部门职能和人员将并入先进汽车平台（AVP）本部和采购部门。2022年6月，现代汽车在其规划和协调部门内成立一个半导体研究实验室。该计划旨在通过加强高性能芯片战略和优化供需管理来解决半导体供应挑战。该半导体研究实验室于2023年初升级为半导体战略集团，反映了其日益增长的重要性。然而，仅仅两年后，它在组织重组中面临解散。现代汽车最初计划使用5nm工艺开发汽车半导体，以确保软件定义汽车（SDV）的先进芯片稳定供应。该公司旨在使用该工艺设计高级驾驶辅助系统（ADAS）的芯片，以符合其SDV目标。报道称，现代汽车高度依赖的ADAS芯片，解散“半导体战略室”后，公司可能会重新评估自动驾驶芯片等内部开发项目。同时，代工合作伙伴的选择也增添了不确定性。此前，现代汽车在三星电子和之间犹豫不决，三星电子报价较低，但台积电在良率和性能方面更具优势。而自动驾驶芯片市场主要由Mobileye、和高通、地平线、恩智浦半导体等少数几家公司主导。如果现代汽车自研芯片战略失败，意味着现代汽车将不得不向以上几家公司采购自动驾驶芯片。
本文系统通过五个部分给大家详细介绍了ESC的系统、ESC的附加功能、ABS工作原理、TCS和VDC工作原理和ESC液压工作原理。 汽车电子稳定控制系统ESC（Electronic StabilityController）是一个主动安全控制系统，通过传感器监控车辆自身行驶状态，在车辆紧急躲避障碍物、转弯等容易出现不稳定状况时，以及在转向过度或转向不足情况下，利用动力系统干预及制动系统干预，帮助车辆克服偏离理想轨迹的倾向，为车辆行驶提供更好的安全性。 博世是世界上第一家实现ESC量产的公司，博世将自己的ESC产品称为ESP（Electronic Stability Program），本系列文章将主要依据博世ESP的产品特性介绍ESC的相关知识。 Part1:ESC系统介绍 一 ESC硬件组成 ESC系统的硬件包括ESC控制器、轮速传感器、齿圈（集成在轮毂轴承或驱动轴上）、转向角传感器、YG传感器、线束和ESP仪表警告灯等，见下图1。 1 – ESC控制器；2 – 轮速传感器；3 – 转向角传感器；4 – YG传感器图 1 ESC硬件组成 1.ESC控制器 ESC控制器总成由ECU电子控制单元、HCU液压控制单元、马达等部分组成，具体见图2。 图 2 ESC控制器 随着ESC系统功能的不断扩展，同一家供应商的ESC控制器往往存在多个不同功能版本。 2.轮速传感器 轮速传感器通过与齿圈配合，采集车轮的转动速度转化为电信号，输入到ESC电子控制单元进行处理。常用的轮速传感器分为两类：被动式轮速传感器和主动式轮速传感器。 被动式轮速传感器又称为电磁式，利用电磁感应原理，产生的是正弦波信号，见图12.1-5。而主动式轮速传感器目前主要使用霍尔式，利用霍尔原理，产生的是方形波信号，见图12.1-6。由于主动式轮速传感器具有抗干扰能力强、工作气隙范围宽及可零速输出等优点，已成为当前应用的主流产品。 图3 被动式轮速传感器 图4 主动式轮速传感器 3.YG传感器 YG传感器分为集成式和独立式：集成式是将传感器集成到ESC控制器内部，独立式是将传感器单独安装在整车质心附近。目前，集成式YG传感器已逐步成为趋势。 4.转角传感器 在以往的车型中，转角传感器通常集成在方向盘组合开关上，为一个单独零件。但目前出于成本等方面考虑，电动助力转向系统EPS直接外发转角信号给ESC使用，整车取消单独转角传感器已成为趋势。 二 ESC基本功能 对于传统ESC，其必须具备的四大基本功能为防抱死制动系统（ABS）、电子制动力分配（EBD）、牵引力控制系统（TCS）、车辆动态控制系统（VDC） 图 5 ESC基本功能 1.EBD (Electronic Brake Distribution) 电子控制单元根据轮速信号计算车轮的转速及滑移率，如果后轮有抱死倾向，则由液压控制单元调节后轮制动压力，使后轮制动力降低，以保证后轮不会先于前轮抱死。 同传统制动力分配方式（如比例阀、感载阀）相比，EBD功能保证了较高的车轮附着力及合理的制动力分配。尤其在汽车制动时，根据轴荷转移的不同，自动调节前后轴制动力比例，提高制动效能。 EBD主要功能包括： 在制动过程中保持稳定性； 提供与机械液压比例阀同样的功能； 防止后轮比前轮先抱死； 当汽车载荷变化，利用EBD对汽车平衡进行改良。 2.ABS(Anti-lock Brake System) 当车轮制动时，由装在车轮上的轮速传感器采集四个车轮的转速信号，送到电子控制单元计算出车辆的减速度及车轮的滑移率。电子控制单元根据计算结果调节车轮制动力，让车轮达到一个最佳制动状态（滑移率处于最理想状态），防止车轮抱死，使汽车在制动状态下仍能转向。 ABS主要功能包括： 保持车辆稳定性——防止后轮抱死； 保持转向功能——防止前轮抱死； 减小制动距离； 减少驾驶员工作量。 当ABS起作用时，EBD即停止工作，ABS与EBD的调节过程对比如下： ABS是前后桥控制，EBD是后桥控制； ABS在紧急制动情况下作用，EBD在普通制动情况下作用； ABS工作时调节方式频繁，EBD的调节比较缓和。 3.TCS (Traction Control System) 汽车在光滑路面制动时，车轮会打滑，甚至使方向失控。同样，汽车在起步或急加速时，驱动轮也有可能打滑，在冰雪等光滑路面上还会使方向失控而出危险。TCS依靠轮速传感器监测到从动轮速度低于驱动轮时（打滑特征），就会降低驱动轮上的有效驱动力，使驱动轮不再打滑。TCS主要功能包括： 保持稳定性； 保持转向性； 改进易打滑路面的车辆加速性； 减少驾驶员的工作量。 4.VDC (Vehicle Dynamics Control) 当车辆出现非预期的过多或不足转向时，通过采集到的信号判断理论与实际的差异，进行主动对某个车轮施加制动力，使车辆运行状态符合驾驶员的期望，避免车辆的不稳定状态。VDC主要功能包括： 维持车辆行驶稳定性； 消除避让动作和路况改变所产生的险情； 过弯时保持正确的路线； 提供最佳驾驶条件，提供高程度驾驶安全。 Part 2 ESC附加功能 ESC经过多年发展，硬件、软件不断升级，其控制功能早已超出EBD、ABS、TCS和VDC四大基本功能的范围。本文将主要介绍ESC的附加功能。 一 ESC附加功能清单 表 1 ESC附加功能 ESC系统功能 关联配置 HBA 液压制动辅助 / HHC 坡道起步辅助 HAZ 紧急制动双闪 HBB 液压制动助力 DTC 发动机拖滞扭矩控制 非EV、PHEV HDC 陡坡缓降 SUV RMI 防侧翻控制 RBS 再生制动系统 EV、PHEV EPB 电子驻车 EPB+AutoHold AVH 自动驻车 CDP 动态驻车 ABP 制动器自动预充压 AEB ABA 自适应制动辅助 AEB 自动紧急制动 AWB 驾驶员预警系统 CDD 驾驶员辅助加速控制 ACC VLC 车辆纵向控制 TCH 偏航轨迹引导 APA VMC 车辆运动控制 自动驾驶 二 ESC附加功能介绍 1HBA (Hydraulic Brake Assistanty) ESC系统通过压力传感器判断压力上升梯度，判别是否是紧急制动，一旦确认为紧急制动，ESC系统会主动增压，让车辆达到最大减速度。HBA主要功能包括： 监测紧急制动工况； 自动使车辆达到减速度极限； 普通驾驶员能达到专业驾驶员水平； 紧急制动后对车辆减速度准确控制； 2HHC (Hill Hold Control) 在上坡路面上起步时，通过维持制动系统压力，保证在驾驶员松开制动踏板2s内车辆不后溜，用户无需通过控制手刹即可实现坡道起步。HHC主要功能包括： 在驾驶员松开油门踏板时防止车辆向后溜车； 保持由驾驶员产生的制动压力（没有主动增压）； 驾驶员可以在2s内从制动踏板移到加速踏板，2s后制动释放； 监测驾驶员离位的安全理念； 如果车辆四轮抱死并且滑动，轮缸压力将释放以保持转向性能。 3DTC (Drag Torque Control) 在低附路面上，尤其是冰面上制动时，若进入ABS控制，由于传动系统的拖滞力，驱动轮的轮速恢复非常缓慢，此时ESC系统会发指令给动力总成，要求增加输出扭矩，以便尽快恢复轮速，提高车辆的稳定性。DTC主要功能包括： 减少从动轮上的制动打滑，并通过增加动力总成输出扭矩保证车辆的稳定性； 当动力总成输出扭矩在诸如低附或ABS制动工况下使车轮打滑时，控制动力总成输出扭矩。 4HDC (Hill Descent Control) 一种巡航控制功能，能帮助驾驶员低速下坡（最大50%坡度），车辆速度的控制是通过ESC主动增压来完成，不需要驾驶员主动的制动干预。HDC主要功能包括： 低速工况下的巡航控制； 为越野工况设计； 帮助驾驶员缓慢而安全的下陡坡； 无需使用任何踏板控制； 如果制动滑移率过大，ABS会自动启动； 系统仅使用制动干预，不使用驱动干预。 5VLC(Vehicle Longitudinal Control) VLC功能为ESC系统提供了一个加速接口，可负责对安装ADAS的车辆进行纵向控制。ADAS根据驾驶情况提供加速度请求，VLC通过主动控制发动机和制动来实现对加速度的调节。 VLC一般用于ACC及APA功能。 6CDD(Controlled Decelerationfor Driver assistant Systems) CDD是一项能够实现主动增压的附加功能，该功能时为了实现ADAS功能中的制动执行部分。CDD一般作为VLC的下级功能，接受VLC的减速命令，控制车辆进行主动制动。 CDD能够完成整车制动到静止，保持车辆静止并且舒适地起步。 7VMC(Vehicle Motion Control) VMC提供了完整的车辆横纵向运动控制功能，一般用于L3级及以上的自动驾驶。VMC从上层控制器接收横纵向运动控制命令，协调管理下属各驱动、制动、转向执行器实现车辆的横纵向运动。目前车辆上安装的、反应自身运动状态的传感器包括轮速、纵向/横向加速度、横摆角速度和方向盘转角。其中除方向盘转角外，其它传感器通常由ESC系统供应商供货，属于ESC产品的一部分，这就意味着ESC系统事实上掌握着车辆运动状态的“第一手信息”。 正是由于这些“第一手信息”，ESC有条件发展出越来越多的车辆动态控制附加功能，逐渐成为车辆底盘控制的核心控制器。 Part3 ABS工作原理 ABS为ESC系统基本功能之一，也是ESC系统最初的前身，本文主要介绍ABS的工作原理。 一 动力学原理 在车辆运行过程中，轮胎与路面之间的附着特性决定了汽车的动力性、制动性和操纵稳定性。轮胎与路面之间的纵向附着特性决定汽车的加速和制动能力，轮胎与路面之间的侧向附着特性决定汽车的转向操纵能力。轮胎与路面间纵向、横向附着系数与滑移率的关系见图5，当轮胎轻微滑移时，纵向、横向附着系数均处于较高的范围，轮胎拥有最好的附着特性。 图 5 干燥硬实路面附着系数与滑移率的关系 ABS通过控制轮胎滑移率，最大限度的利用车轮和路面间的附着系数，获得行驶稳定性和操纵性。 图 6 带ABS与不带ABS的对比 二 ABS液压工作原理 ABS系统液压回路见图7，可以看出整个系统为X型回路，左后轮和右前轮为一回路，右后轮和左前轮为一回路。 图 7 ABS系统液压回路NO – 常开阀；NC – 常闭阀；LPA – 低压蓄能器 ABS系统调节包括建压、保压、减压、增压四个阶段，各阶段工作过程如下： 建压 制动时，通过助力器和总泵建立制动压力。此时常开阀打开，常闭阀关闭，制动压力进入车轮制动器，车轮转速迅速降低，直到ABS电子控制单元通过转速传感器得到识别出车轮有抱死的倾向为止。减压阶段液压回路工作状态见图3 保压 当ABS电子控制单元识别出车轮有抱死倾向时，控制常开阀关闭，此时常闭阀仍然关闭，见图8。 图8 ABS保压阶段 减压 如果施加的制动压力过大，车轮比车辆更快的减速，将有可能发生车轮抱死现象。这种情况下ECU 会向HCU 传达降低车轮压力的指令，即：常开阀关闭，常闭阀的开启，降低车轮分泵的压力。此时车轮分泵放出的制动液临时储存到低压蓄能器 (LPA)，储存于低压蓄能器 (LPA)内的制动油被随马达旋转而启动的油泵抽回到总泵。见图9。 图9 ABS减压阶段 增压 实施减压时，如果排出过量的制动液或者车轮与路面间的摩擦系数增加，则需要增加各车轮的压力。这种状态下ECU 向HCU 传达增加车轮压力的指令，即：常开阀开启，常闭阀关闭，增加车轮分泵的压力。减压时储存于低压蓄能器(LPA)内的制动液在增压状态下也继续转动马达排出制动液，此时的制动液通过总泵及常开阀供应到各车轮分泵。见图10。 图10 ABS增压阶段 Part 4 TCS与VDC工作原理 TCS和VDC均属于ESC的基本功能，本文将主要介绍着这两项功能的工作原理。 一 TCS工作原理 在硬实路面上，轮胎与路面间的附着系数与滑移率的关系见图11。 图11 附着系数与滑移率关系 当车轮转速＜车速时，滑移率为负，车轮处于滑移状态，滑移率=-100%时，车轮为纯滑移状态（抱死）；当车轮转速＞车速时，滑移率为正，车轮处于滑转状态，滑移率=100%时，车轮为纯滑转状态（打滑）。 ABS在滑移率为负时起作用，通过降低车轮制动压力来防止车轮抱死。TCS在滑移率为正时其作用，通过降低驱动轮上的有效驱动力矩来阻止车轮在驱动情况下的打滑，TCS可以看做是ABS在驱动状态下扩展。除保证汽车的加速稳定性和操纵性外，TCS还能通过“最优”打滑的调节来改善牵引特性。 TCS主要包括驱动扭矩控制、横向锁止调节及纵向锁止调节三项控制功能： 驱动扭矩控制 对于燃油车，可通过控制①发动机节气门、②点火装置、③喷射装置等不同方式实现。其中方式①的反应速度较慢，但工作方式平稳，能够与其它控制方式联合使用；方式②、方式③反应迅速，但可能会影响发动机性能。 横向锁止调节 当差速器两侧的驱动轮出现较大转速差时，可对两侧驱动轮进行非对称制动力调节，改变有效驱动力矩，模拟差速锁功能。 纵向锁止调节 该功能仅应用于四驱车型中央差速器（扭矩管理器、智能分动器），当中央差速器两侧传动轴出现较大转速差时，改变前后轴扭矩分配比例。 二 VDC工作原理 当汽车进行快速转向或反转向时（快速通过狭窄弯道、躲避迎面突然出现的障碍物、高速公路上突然超车等工况），汽车将可能处于不再安全可控的临界范围，因为此时作用在汽车上的横向加速度力有可能达到驾驶员无法控制的值。 VDC通过控制车轮制动，帮助汽车实现快速转向或反转向状态下的稳定性：在不足转向时，对弯道内侧的后轮施加额外制动力，增加横摆力矩；在过度转向时，对外道外侧的前轮施加额外制动力，减小横摆力矩。 下表1以躲避迎面突然出现的障碍物工况具体说明VDC控制原理。 表 2 躲避障碍物工况下的VDC功能 阶段 图示 说明 阶段一 车辆前面突然出现障碍物时，驾驶员必须快速向左转弯，此时转角传感器将此信号传递到ESC控制总成，YG传感器发出汽车转向不足的信号，这就意味着汽车将会直接冲向障碍物。 阶段二 SC控制单元通过传感器的信号对车辆的运行状态进行判断，进而发出控制指令：将会将左后轮紧急制动，产生转向需要的反作用力，使汽车按照转向意图行驶。 阶段 图示 说明 阶段三 车绕过障碍物进行反向转向时，汽车发生转向过度，向右的横摆力矩过大，以至于汽车向左发生甩尾。 阶段四 SC控制单元识别多度转向情况后，控制左前轮紧急制动，产生反方向横摆力矩，是汽车稳定。 总结VDC的控制流程，见下图12： 图12 VDCi控制流程 Part 5 ESC液压工作原理 ESC系统液压回路见图13，整个回路为X形回路，左后轮与右前轮为一回路，右后轮与左前轮为一回路。 整个回路中包括12个电磁阀，其中6个是常开阀（增压阀和限压阀），6个是常闭阀（减压阀和吸入阀），通过这12个电磁阀的不同通断组合，即可实现ESC系统的各项控制功能。对称布置的两个柱塞泵由同一个电机驱动，在ABS功能时用于使制动液回流，被称为回油泵；在TCS、VDC功能时用于主动增压。在柱塞泵前后的蓄能器和阻尼器的功能主要是吸收油压脉动，蓄能器的功能还包括在ABS减压功能时，暂时储存从轮缸回流的制动液，达到迅速降低轮缸压力的作用。 除此之外，还有电动机、单向阀和压力传感器，分别起到动力输出、控制液压管路流动方向和检测压力的作用。 图 13 ESC系统液压回路阀1、阀2 – 限压阀；阀3、阀4 – 吸入阀；阀5~阀8 – 增压阀；阀9~阀12 – 减压阀。 实现不同功能时，ESC系统液压回路的工作原理如下： 一 ABS功能 如图1所示，当驾驶人踩下制动踏板，ESC进入ABS功能时，在增压阶段，各个电磁阀均保持断电状态，制动液通过主缸，经过限压阀、增压阀直接进入到各个轮缸。 当ABS功能需要保压时，将增压阀通电关闭，这时轮缸和主缸之间的液压回路完全被隔断，轮缸内的压力也就保持一致。 当车轮压力过高，有抱死趋势时，会要求车轮压力降低，这时将减压阀通电打开，增压阀通电关闭，电动机通电驱动柱塞泵运动，制动液从轮缸经过减压阀迅速回流到基本不存在压力的低压蓄能器中，柱塞泵通过往复运动，将蓄能器中的制动液泵回压力较高的制动主缸。在这一过程中，液压回路是轮缸、减压阀、蓄能器、柱塞泵、阻尼器、限压阀、制动主缸。减压时的主要目标是减压速度迅速，同时在车轮中不存在残余应力，因此在设计中必须保证蓄能器的容积能够储存两个轮缸内的所有制动液，还需要保证柱塞泵能够把蓄能器中的所有制动液泵回制动主缸，在轮缸和蓄能器中不存在残余制动液，导致残余压力。 二 ESC主动增压 在主动增压阶段，驾驶人并没有踩下制动踏板，制动主缸没有压力，而是通过柱塞泵使得车轮轮缸中建立起压力，实现主动制动功能，为ESC液压执行单元设计的关键，液压工作原理见图14。 图中左后轮为主动增压的车轮，这一回路的增压阀（阀8）保持断电打开状态，X形回路中同侧的另外一个车轮（右前轮）的增压阀（阀7）通电关闭，左后/右前轮一侧的限压阀（阀2）通电关闭，吸入阀（阀4）通电打开，X形回路另一侧的限压阀（阀1）通电关闭，电动机通电驱动柱塞泵（泵2）工作。制动液从主缸、吸入阀、柱塞泵、增压阀到轮缸，实现右后轮内的压力增长。 图14 ESC主动增压时液压系统工作原理 三 ESC保压 当主动增压的压力增长到一定程度之后，需要对车轮的压力进行保持，进入保压阶段，液压工作原理见图15。此时两侧的限压阀（阀1、阀2）通电关闭，吸入阀（阀4）断电关闭，使得主缸和轮缸之间的液压回路完全切断，车轮内的压力保持不变。 值得注意的是，电动机在保压阶段，仍然处于通电状态，驱动柱塞泵往返运动，但是由于柱塞泵入口和制动主缸的液压回路已经被吸入阀隔离，因此无法吸入制动液。 图15 ESC保压时液压系统工作原理 四 ESC减压 当主动增压的压力需要减少时，进入减压阶段，液压工作原理见图16。在减压过程中，所有电磁阀保持断电初始状态，电动机也断电不再驱动柱塞泵工作。由于此时制动踏板并没有踩下，制动主缸不存在压力，轮缸的压力高于制动主缸，在压力的作用下，直接通过增压阀、限压阀返回主缸，实现减压过程。 值得注意的是，在ESC减压阶段，并不像ABS减压阶段时，需要利用柱塞泵的回流功能，将制动液从轮缸泵回主缸。这是由于ABS工作时，制动踏板已经踩下，制动主缸存在制动压力，而且是不低于制动轮缸的压力，因此制动液没有办法直接从轮缸回到主缸，必须借助柱塞泵的回流功能。而在ESC减压时，由于轮缸压力高于主缸压力，制动液会从轮缸直接回流到制动主缸。 图16 ESC减压时液压系统工作原理 本文来源:.ATC汽车底盘
汽车电控系统，就是汽车电子控制系统，是由模块控制的系统总称，它由硬件和软件构成，电控其实就是车辆所有电子控制系统的软件+硬件的总称。
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