Science and Technology Foresight ›› 2025, Vol. 4 ›› Issue (2): 99-114.DOI: 10.3981/j.issn.2097-0781.2025.02.008
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XIONG Lu1(), LENG Bo1,†(
), ZHANG Xinjie2, HE Yi3, TANG Chen1, ZHOU Quan1, HAN Wei1
Received:
2024-12-10
Revised:
2025-03-27
Online:
2025-06-20
Published:
2025-06-26
Contact:
†
熊璐1(), 冷搏1,†(
), 章新杰2, 贺宜3, 唐辰1, 周泉1, 韩伟1
通讯作者:
†
作者简介:
熊璐,教授,博士研究生导师。同济大学汽车学院院长、新能源汽车及动力系统国家工程研究中心副主任。国家杰出青年科学基金获得者。担任SAE International智能网联汽车学术与技术委员会主席,中国汽车工程学会汽车智能交通分会主任委员、智能底盘分会副主任委员等职务。主要从事线控底盘控制、分布式驱动电动汽车、智能驾驶等研究。电子信箱:xiong_lu@tongji.edu.cn。基金资助:
XIONG Lu, LENG Bo, ZHANG Xinjie, HE Yi, TANG Chen, ZHOU Quan, HAN Wei. State-of-the-art Advances and Development Suggestions on X-by-wire Chassis[J]. Science and Technology Foresight, 2025, 4(2): 99-114.
熊璐, 冷搏, 章新杰, 贺宜, 唐辰, 周泉, 韩伟. 汽车线控底盘技术现状与发展建议[J]. 前瞻科技, 2025, 4(2): 99-114.
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URL: http://www.qianzhankeji.cn/EN/10.3981/j.issn.2097-0781.2025.02.008
构型方案 | 方案特点 | 关键技术及优势 | 代表性案例 |
---|---|---|---|
轮毂电机-减速器驱动结构 | 传动形式:内转子行星齿轮传动 功能集成:驱动+制动 | 通过内转子行星减速驱动技术,可有效提高电机的功率密度、效率 | ![]() 代表厂商:舍弗勒集团 |
轮毂电机直接驱动结构 | 传动形式:外转子直驱传动 功能集成:驱动+制动 | 通过电机-轮辋-制动器高集成技术,可取消减速机构,集成度较高,尺寸较小 | ![]() 代表厂商:TM4 Motor Inc. |
轮边电机结构 | 传动形式:内转子带传动 功能集成:驱动+制动+悬架 | 通过一体化单摆臂技术,利于传递纵向力,增大系统结构刚度,角模块高度小,主销内倾角变化小 | ![]() 代表厂商:同济大学 |
轮边电机-制动-转向-悬架角模块结构 | 传动形式:内转子行星齿轮传动 功能集成:驱动+制动+转向+悬架 | 采用虚拟主销技术,在烛式悬架中集成了线控转向系统,实现转向角度达到90º,同时减小主销偏移距变化 | ![]() 代表厂商:舍弗勒集团 |
多功能电动轮结构 | 传动形式:外转子直驱形式 功能集成:驱动+制动+转向+悬架 | 通过新型电机、集成式悬架的紧凑式结构,大大减少部件尺寸,进一步降低了集成难度 | ![]() 代表厂商:米其林集团 |
Table 1 Configurations of distributed drive corner modules
构型方案 | 方案特点 | 关键技术及优势 | 代表性案例 |
---|---|---|---|
轮毂电机-减速器驱动结构 | 传动形式:内转子行星齿轮传动 功能集成:驱动+制动 | 通过内转子行星减速驱动技术,可有效提高电机的功率密度、效率 | ![]() 代表厂商:舍弗勒集团 |
轮毂电机直接驱动结构 | 传动形式:外转子直驱传动 功能集成:驱动+制动 | 通过电机-轮辋-制动器高集成技术,可取消减速机构,集成度较高,尺寸较小 | ![]() 代表厂商:TM4 Motor Inc. |
轮边电机结构 | 传动形式:内转子带传动 功能集成:驱动+制动+悬架 | 通过一体化单摆臂技术,利于传递纵向力,增大系统结构刚度,角模块高度小,主销内倾角变化小 | ![]() 代表厂商:同济大学 |
轮边电机-制动-转向-悬架角模块结构 | 传动形式:内转子行星齿轮传动 功能集成:驱动+制动+转向+悬架 | 采用虚拟主销技术,在烛式悬架中集成了线控转向系统,实现转向角度达到90º,同时减小主销偏移距变化 | ![]() 代表厂商:舍弗勒集团 |
多功能电动轮结构 | 传动形式:外转子直驱形式 功能集成:驱动+制动+转向+悬架 | 通过新型电机、集成式悬架的紧凑式结构,大大减少部件尺寸,进一步降低了集成难度 | ![]() 代表厂商:米其林集团 |
构型方案 | 方案特点 | 关键技术及优势 | 代表性案例 |
---|---|---|---|
丝杠式(盘式) | 中空式电机+行星轮系+滚珠丝杠(同轴布置) | 通过满足强度、耐久,以及噪声、振动与声振粗糙度(Noise, Vibration, Harshness, NVH)要求的滚珠丝杠集成设计,实现轮边空间进一步节约 | ![]() 代表厂商:大陆集团 |
滚珠坡道式(盘式) | 一体式电机+斜齿轮+蜗轮蜗杆+行星轮系+滚珠坡道(平行布置) | 通过坡道结构非线性关键参数优化及执行器多功能模块化设计,实现大夹紧力、快回退、零拖滞等要求 | ![]() 代表厂商:HL万都株式会社 |
凸轮式(盘式) | 一体式电机+多级组合齿轮系+凸轮(垂直布置) | 通过凸轮基础构型设计理论及自适应鲁棒夹紧力控制技术,以满足长时间耐久鲁棒控制要求 | ![]() 代表厂商:奥地利维也纳机械 |
楔式自增力式(盘式) | 线性驱动单元+多楔形面(垂直布置) | 通过热机耦合作用下楔形块增力非线性特性及关键尺寸设计,实现极小功率下的精准夹紧力控制 | ![]() 代表厂商:西门子股份公司 |
丝杠式(鼓式) | 一体式电机+蜗轮蜗杆+滑动/滚珠丝杠(垂直布置) | 通过集成紧凑的丝杠传动机构及压力传感器布置集成设计,可实现制动力的精准测量及控制,以抑制制动蹄与鼓旋转的自增力作用和制动蹄磨损下制动性能降低的问题 | ![]() 代表厂商:HL万都株式会社 |
齿条式(鼓式) | 一体式电机+齿轮系+双齿条(垂直布置) | 通过高精度高效率的齿条式结构集成设计,可以提供对称夹紧力,具有较高的机械可靠性,制动力调节方便且维护成本较低,但噪声和磨损较大 | ![]() 代表厂商:罗伯特·博世有限公司 |
Table 2 Configuration schemes for electro-mechanical braking systems
构型方案 | 方案特点 | 关键技术及优势 | 代表性案例 |
---|---|---|---|
丝杠式(盘式) | 中空式电机+行星轮系+滚珠丝杠(同轴布置) | 通过满足强度、耐久,以及噪声、振动与声振粗糙度(Noise, Vibration, Harshness, NVH)要求的滚珠丝杠集成设计,实现轮边空间进一步节约 | ![]() 代表厂商:大陆集团 |
滚珠坡道式(盘式) | 一体式电机+斜齿轮+蜗轮蜗杆+行星轮系+滚珠坡道(平行布置) | 通过坡道结构非线性关键参数优化及执行器多功能模块化设计,实现大夹紧力、快回退、零拖滞等要求 | ![]() 代表厂商:HL万都株式会社 |
凸轮式(盘式) | 一体式电机+多级组合齿轮系+凸轮(垂直布置) | 通过凸轮基础构型设计理论及自适应鲁棒夹紧力控制技术,以满足长时间耐久鲁棒控制要求 | ![]() 代表厂商:奥地利维也纳机械 |
楔式自增力式(盘式) | 线性驱动单元+多楔形面(垂直布置) | 通过热机耦合作用下楔形块增力非线性特性及关键尺寸设计,实现极小功率下的精准夹紧力控制 | ![]() 代表厂商:西门子股份公司 |
丝杠式(鼓式) | 一体式电机+蜗轮蜗杆+滑动/滚珠丝杠(垂直布置) | 通过集成紧凑的丝杠传动机构及压力传感器布置集成设计,可实现制动力的精准测量及控制,以抑制制动蹄与鼓旋转的自增力作用和制动蹄磨损下制动性能降低的问题 | ![]() 代表厂商:HL万都株式会社 |
齿条式(鼓式) | 一体式电机+齿轮系+双齿条(垂直布置) | 通过高精度高效率的齿条式结构集成设计,可以提供对称夹紧力,具有较高的机械可靠性,制动力调节方便且维护成本较低,但噪声和磨损较大 | ![]() 代表厂商:罗伯特·博世有限公司 |
构型方案 | 方案特点 | 关键技术及优势 | 代表性案例 |
---|---|---|---|
主-从式部分冗余架构 | 双路电源,双路控制器局域网总线(Controller Area Network, CAN),2个电子控制单元(Electronic Control Unit, ECU),单个六相电机 | 利用单六相冗余电机,使得单点失效后能提供50%的转向力 | ![]() 代表厂商:天津德科智控股份有限公司 |
主-主式部分冗余架构 | 双路电源,双路CAN,2个ECU,2个三相电机 | 利用双三相冗余电机,使得单点失效后能提供50%的转向力 | ![]() 代表厂商:特斯拉汽车公司 |
多冗余架构 | 双路电源,双路CAN,2个ECU,单个十二相电机 | 利用单十二相冗余电机,使得单点失效后,根据失效位置不同,可提供100%、75%、50%、25%的转向力 | ![]() 代表厂商:罗伯特·博世有限公司 |
完全冗余架构 | 四路电源,四路CAN,4个ECU,2个六相电机 | 利用双六相冗余电机,使得单点失效后,根据失效位置不同,可提供100%、75%、50%、25%的转向力 | ![]() 代表厂商:耐世特汽车系统集团有限公司 |
Table 3 Schemes for steer-by-wire system
构型方案 | 方案特点 | 关键技术及优势 | 代表性案例 |
---|---|---|---|
主-从式部分冗余架构 | 双路电源,双路控制器局域网总线(Controller Area Network, CAN),2个电子控制单元(Electronic Control Unit, ECU),单个六相电机 | 利用单六相冗余电机,使得单点失效后能提供50%的转向力 | ![]() 代表厂商:天津德科智控股份有限公司 |
主-主式部分冗余架构 | 双路电源,双路CAN,2个ECU,2个三相电机 | 利用双三相冗余电机,使得单点失效后能提供50%的转向力 | ![]() 代表厂商:特斯拉汽车公司 |
多冗余架构 | 双路电源,双路CAN,2个ECU,单个十二相电机 | 利用单十二相冗余电机,使得单点失效后,根据失效位置不同,可提供100%、75%、50%、25%的转向力 | ![]() 代表厂商:罗伯特·博世有限公司 |
完全冗余架构 | 四路电源,四路CAN,4个ECU,2个六相电机 | 利用双六相冗余电机,使得单点失效后,根据失效位置不同,可提供100%、75%、50%、25%的转向力 | ![]() 代表厂商:耐世特汽车系统集团有限公司 |
构型方案 | 方案特点 | 关键技术及优势 | 代表性案例 |
---|---|---|---|
液压式 | 液压泵+蓄能器 | 采用高压液压泵提供更大的阻尼力,执行器功率达2.5 kW,车辆运动调节频率达5 Hz,有效减少大垂向激励和转弯时车身位移 | ![]() 代表厂商:德国采埃孚股份公司 |
液压泵+电磁阀 | 利用灵敏度高、小型化的智能阀替代传统蓄能器,可独立调节2个端口阀压力,响应频率达10 Hz,适应性好、集成度高 | ![]() 代表厂商: ClearMotion, Inc. | |
机电式 | 旋转电机+摇臂 | 通过电机-摇臂构型主动控制悬架垂直运动,运行功率仅10~200 W | ![]() 代表厂商:奥迪股份公司 |
直线电机 | 以直线电机替代传统液压减震器,作动频率可达50 Hz,可实现悬架馈能,兼具响应快和能效高特点 | ![]() 代表厂商:Bose 公司 | |
复合式 | 直线电机+磁流变液减震器 | 利用直线电机并联弹簧和液压减震系统,控制响应速度至10 ms,响应快且可靠性高 | ![]() 代表厂商:比亚迪云辇-Z |
Table 4 Semi and fully active suspension schemes
构型方案 | 方案特点 | 关键技术及优势 | 代表性案例 |
---|---|---|---|
液压式 | 液压泵+蓄能器 | 采用高压液压泵提供更大的阻尼力,执行器功率达2.5 kW,车辆运动调节频率达5 Hz,有效减少大垂向激励和转弯时车身位移 | ![]() 代表厂商:德国采埃孚股份公司 |
液压泵+电磁阀 | 利用灵敏度高、小型化的智能阀替代传统蓄能器,可独立调节2个端口阀压力,响应频率达10 Hz,适应性好、集成度高 | ![]() 代表厂商: ClearMotion, Inc. | |
机电式 | 旋转电机+摇臂 | 通过电机-摇臂构型主动控制悬架垂直运动,运行功率仅10~200 W | ![]() 代表厂商:奥迪股份公司 |
直线电机 | 以直线电机替代传统液压减震器,作动频率可达50 Hz,可实现悬架馈能,兼具响应快和能效高特点 | ![]() 代表厂商:Bose 公司 | |
复合式 | 直线电机+磁流变液减震器 | 利用直线电机并联弹簧和液压减震系统,控制响应速度至10 ms,响应快且可靠性高 | ![]() 代表厂商:比亚迪云辇-Z |
域控架构 | 方案特点 | 优缺点 |
---|---|---|
功能域控 | 分布式以太网关+域控制器(智能座舱、整车控制、智能驾驶) | 与传统架构相比,系统/软件层面集成度提升,但算力需求大,电子系统成本较高 |
分区域控 | 中央域(驾驶辅助系统等)+左车身域(转向等)+右车身域(动力系统等) | 与功能域控相比,汽车电子系统成本降低,但软件开发难度高 |
中央超算+ 区域控制 | 中央超算(车控、智驾、座舱)+区域控制器(就近原则,分区接管功能) | 与分区域控相比,本方案的功能集成度更高,通信速度更快,但开发难度进一步提升 |
Table 5 Integrated electronic and electrical architecture schemes
域控架构 | 方案特点 | 优缺点 |
---|---|---|
功能域控 | 分布式以太网关+域控制器(智能座舱、整车控制、智能驾驶) | 与传统架构相比,系统/软件层面集成度提升,但算力需求大,电子系统成本较高 |
分区域控 | 中央域(驾驶辅助系统等)+左车身域(转向等)+右车身域(动力系统等) | 与功能域控相比,汽车电子系统成本降低,但软件开发难度高 |
中央超算+ 区域控制 | 中央超算(车控、智驾、座舱)+区域控制器(就近原则,分区接管功能) | 与分区域控相比,本方案的功能集成度更高,通信速度更快,但开发难度进一步提升 |
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