無人駕駛載貨汽車線控底盤關鍵技術研究

摘要：針對無人駕駛載貨汽車領域商用發展緩慢的問題，從線控底盤方面進行關鍵技術的分析和研究，重點展開線控節氣門、線控轉向、線控制動三個關鍵模塊在人工駕駛和無人駕駛兩種模式下的運行機制分析，對無人駕駛線控底盤技術的發展具有一定的借鑒和指導意義。

關鍵詞：線控節氣門；線控轉向；線控制動

近年來，AI人工智能的快速發展引發了全球范圍內的無人駕駛熱潮。無人駕駛這項技術已經逐漸成熟，一方面各種類型的企業不斷涌現，另一方面各級政府也推出了支持無人駕駛的相關政策[1]。

目前國內外無人駕駛乘用車的研發和商用有了一定的規模和基礎，但是在無人駕駛載貨汽車方面發展較為緩慢，且主要是在商用車底盤上進行線控改造，改造技術尚不成熟且改造費用較高。針對倉儲、物流、碼頭、大型基礎建設項目及礦業環境，在封閉式或半封閉交通環境下的無人駕駛以及排隊通行需求呈現快速增長的局面，對載貨汽車底盤節氣門、轉向及制動線控關鍵技術進行研究和集成，并提出解決方案。

無人駕駛載貨汽車線控底盤整體方案設計

目前，L3車規級無人駕駛載貨汽車在全球范圍內被廣泛探討。為實現無人駕駛，需配備先進的車載傳感器、控制系統和執行裝置等，同時還需融合互聯網技術和人工智能技術等[1]，使載貨汽車能夠在封閉式或半封閉交通環境下無人駕駛來進行物料轉運。載貨汽車無人駕駛系統包含四大模塊：定位與感知層、決策和規劃層、控制層及執行層。執行層是指底層的驅動系統，如節氣門、制動、轉向、變速和車橋做相應的操作動作，也是無人駕駛車輛線控底盤的層面。

車輛的線控系統是無人駕駛技術最終執行端，圖1所示為載貨汽車線控底盤關鍵模塊結構方案，主要包括線控節氣門（驅動）、線控轉向及線控制動三大模塊。根據整車運行需求，智能駕駛VCU向驅動、轉向及制動發送指令，實現無人駕駛。線控系統也是影響車輛安全的重大要素。

無人駕駛載貨汽車線控底盤關鍵技術

1.線控節氣門系統（ABW）

節氣門控制系統是無人駕駛車輛最基本的控制系統之一，在車載雷達和各種傳感器的數據采集支持下，車輛能夠在電子控制單元（ECU）的控制下做出速度調整的決策。

圖2所示為燃油發動機線控節氣門系統工作原理圖，線控節氣門系統由整車智能駕駛VCU、CAN、電子節氣門踏板、發動機ECU、傳遞線路及噴油泵等組成。傳感器主要包括轉速傳感器和車速傳感器等。

（1）人工駕駛模式 電子節氣門通過駕駛人控制節氣門踏板的位置發送模擬電壓信號給發動機ECU，ECU接收電子節氣門信號后，向噴油泵發送噴油量命令，發動機轉速傳感器將轉速反饋給ECU，ECU通過CAN通信將轉速信息發送至儀表，駕駛人根據儀表轉速顯示確認節氣門需求狀態。

（2）無人駕駛模式 智能駕駛VCU根據整車運行需求，通過CAN通信向發動機ECU發送轉矩需求，ECU接收轉矩需求后向噴油泵發送噴油量指令，發動機ECU通過CAN通信將發動機轉矩信息發送給VCU控制器，VCU根據發動機ECU反饋轉矩信息確認是否滿足轉矩需求。

當駕駛人踩踏節氣門踏板時，發動機ECU接收到電子節氣門踏板位置信號[2]，節氣門系統自動從無人駕駛切換到人工駕駛模式。

圖3所示為電動機線控節氣門系統工作原理圖。智能駕駛VCU通過接收節氣門踏板發送的模擬電壓信號，綜合其他傳感器的數據，分析駕駛人的操作意圖，進一步通過內置程序向電動機TCU發送轉矩需求信號，電動機控制器控制電動機電流，達到所需轉矩。線控驅動時電動機TCU在接收到相關請求后，向電動機控制器發送指令，通過調整電動機電流，實現控制車速的目的。

2.線控轉向系統（SBW）

線控底盤轉向系統在全液壓轉向結構的基礎上，將PVED液壓電控模塊、轉向控制器與轉向器集成為電液轉向器，同時增加轉向盤轉角傳感器和前橋轉角傳感器，通過閉環控制策略，實現線控轉向，如圖4所示。

將轉向控制器與PVED液壓電控模塊集成到電液轉向器中，因此整個轉向系統與原有車輛轉向系統安裝差異不大，只需要增加相應的控制線路，其原理如圖5所示。

（1）人工駕駛模式 在駕駛人操縱轉向盤的情況下，轉向盤通過轉向管柱與擺線液壓轉向器機械連接，直接通過轉向器控制轉向助力缸，完成轉向動作。

（2）無人駕駛模式 智能控制VCU根據感知系統判定，向轉向控制器發送命令，轉向控制器將轉向命令發送給PVED液壓電控模塊，電控模塊控制液壓油輸入到前橋轉向助力缸進行轉向，同時前橋轉角傳感器將轉角反饋給轉向控制器，控制器根據反饋確認是否完成轉向指令。此時前橋的轉角傳感器將實際轉角數據通過CAN通信反饋給智能駕駛控制VCU，進行修正調整，實現自動駕駛轉向功能。

無人駕駛過程中，若人工接管方向盤，方向盤轉角傳感器將轉向管柱轉角發送給轉向控制器，轉向系統自動切換為人工駕駛模式。

3.線控制動系統（BBW）

制動系統由氣泵、制動總泵、單雙通道EBS、ABS、EPB模塊、輪速傳感器及EBS-EPB-ESC控制器等裝置組成。為實現線控制動系統的功能，將傳統氣制動繼動閥升級為電控單雙通道模塊，駐車繼動閥升級為EPB模塊，并增加了ABS和制動系統控制器，可以實現與整車通信。

結合對汽車總體穩定性控制的考量，同時考慮到緊急制動系統（EBS）和車身穩定控制系統（ESC）的融合性，把ESC納入到線控制動系統技術范疇之內。圖6所示為線控制動系統的工作原理圖。

（1）人工駕駛模式 當駕駛人腳踩制動踏板時，制動踏板開度輸入至EBS-EPB-ESC控制器，該控制器接收到制動踏板開度信號后自動退出無人駕駛模式，踏板控制制動總泵向單雙通道輸入控制氣。單雙通道接收控制氣源后，向制動氣室輸出制動氣源，配合ABS系統，整車完成行車制動。駐車制動，需要人工打開駐車制動EPB開關。

（2）無人駕駛模式 車輛感知與決策集成系統產生制動指令，智能駕駛控制單元VCU計算出車輛所需的目標速度，并將此信息經由CAN總線傳遞至EBS-EPB-ESC控制器[3]，隨后該控制器按照智能駕駛VCU發出的制動指令，向單、雙通道發送行車制動命令，在ABS系統配合下，整車完成無人駕駛行車制動。當車輛感知與決策集成系統提出停車制動需求時，智能控制VCU直接向EPB模塊閥發送駐車命令，實現整車駐車制動。

結語

縱觀國際趨勢，載貨汽車逐漸邁向更大型、智能化和無人化的進程。因商用車駕駛員少、薪資成本上升、勞動力匱乏以及駕駛安全等緊迫問題，迫切需要開發并普及自動駕駛技術。這將釋放駕駛人的勞動力，降低事故和職業病帶來的風險，減少駕駛員因駕駛問題帶來的工作時間的延誤，提高車輛利用率和運輸效率。

線控底盤是無人駕駛載貨汽車關鍵的部分，從線控底盤模塊結構方案及線控節氣門（驅動）、線控轉向及線控制動三大模塊方面展開系統工作流程和關鍵技術研究。無人駕駛載貨汽車線控底盤關鍵技術的研究，是解決我國無人駕駛載貨汽車推進緩慢的重要舉措，同時也可提升企業的創新能力，提升市場的競爭力。

參考文獻

[1] 袁政，米承繼，劉洲，等.自動駕駛礦卡底盤線控改裝設計研究[J].汽車實用技術，2021，46（12）：14-18.

[2] 徐金榜，趙泓昊，熊文羽，等.基于IMC原理的電子節氣門控制策略[J].控制與決策，2018，33（12）：2277-2282.

[3] 趙苗苗，陳志元，袁葭杰.基于純電動客車自動駕駛線控底盤技術[J].客車技術與研究，2020，42（6）：15-18.