無人駕駛汽車電動底盤技術（簡體書）

當前無人駕駛電動車輛技術在乘用車、商用車、拖拉機和農業機械中無處不在,本書基于無人駕駛汽車電動底盤開發的基本原理進行介紹,內容包括電動汽車的電池、電池管理系統、電機驅動系統、傳動系統、分布式驅動技術、轉向系統和制動系統,以及無人駕駛電動汽車環境感知系統、無人駕駛汽車的通信網絡和無人駕駛電動汽車的安全設計要求等。本書可為從事無人駕駛汽車電動底盤的研究、設計和開發的工程師、科研人員、高校師生和企業技術經理等提供參考,也可作為新能源汽車專業的研究生教材。

田晉躍，江蘇大學汽車與交通工程學院車輛工程系，教授，1982年2月至1999年4月,在機械工業部天津工程機械研究所路面機械研究室，高 級工程師；液力機械傳動研究室副主任，高 級工程師。1999年5月調入江蘇大學工程機械研究所,任所長，教授。兼任中國工程機械學會理事、中國工程機械液壓傳動技術分會副理事長、中國公路學會筑路機械分會理事、江蘇公路學會筑路機械委員會副主任，《中國工程機械學報》和《工程機械與維修》雜志編委。多年來,完成30 項科研項目,其中9項為國家及機械部項目，修定、制定4項行業標準,主管完成科研項目15項,共有6項獲國家、部省及局級科技獎,并在各類行業期刊上發表了60多篇論文。現從事工程機械模塊教學與科研工作。重點研究機電液一體化控制車輛，實現行走工程車輛裝備的復合作業，研究行走工程車輛裝備及其控制操縱系統，使行走工程車輛裝備達到節能、高效、操作簡便、舒適的技術水平。

《無人駕駛汽車電動底盤技術》是一本難得的實用技術專著。專注于無人駕駛汽車電動化底盤的核心和關鍵技術進行了較系統和深入的介紹，分析了采用電動底盤的無人駕駛汽車的架構特點和設計方法，詳細介紹了無人駕駛汽車電動化底盤動力總成及能源系統設計、電控底盤控制方法、電池參數及匹配計算方法、線控制動系統、線控轉向系統，以及車輛通訊控制系統等。《無人駕駛汽車電動底盤技術》緊密結合工程應用的基本要求，內容完整系統、重點突出，所用資料能夠更新、更準確地解讀問題點。在注重無人駕駛汽車電動底盤技術知識的同時，強調知識的應用性，具有較強的針對性。適合汽車研發設計、教學科研等相關人員使用。

汽車產業正在進行電動化、智能化、數字化的轉型與升級，聚焦到汽車，不可或缺的是“汽車電動底盤”，電動底盤成為汽車電動化、智能化轉型的融合載體，是汽車無人駕駛落地的基礎。無人駕駛汽車電動底盤定義為使用計算機、控制、通信和各種自動化技術集成的車輛系統，無人駕駛汽車的推廣應用可提高公路交通的安全性和運行效率，減少能源消耗和環境影響。
“無人駕駛”一詞定義明確，是指在車輛操作中融入高水平的機器智能，電子元件、傳感器、微處理器、計算機軟件和機電集成系統的進步使車輛的自動化及自主功能達到了十分高的水平。
無人駕駛汽車電動底盤涵蓋了從車輛動力學到信息、通信、電子、自動化等多學科的技術。因此，無人駕駛汽車電動底盤的研究、開發和設計需要各個學科的專業知識。幸運的是，目前不同的科學期刊、專業會議和工程專業協會都有涵蓋了無人駕駛汽車電動底盤的資源，它們都非常專注于該領域的技術進步和發展，研究人員開發了許多系統，作為現代汽車的選擇，已在汽車上裝備，并且尚有許多創新原理樣機在實驗室環境中進行演示。隨著無人駕駛汽車的迅速發展，未來定會影響人們的出行方式，從而影響人們的日常生活。
無人駕駛汽車電動底盤所涉及的技術具有多學科性。本書主要介紹了無人駕駛汽車電動底盤的關鍵技術以及研究成果。全書共11 章，每章都深入介紹了不同主題領域研究的成果，涵蓋了無人駕駛汽車電動底盤這一主題的前沿技術。考慮到無人駕駛汽車電動底盤的懸架系統與傳統高端汽車的懸架系統的技術要求并無本質差別，目前也沒有特別突出的研究成果，因此，本書僅在緒論部分簡單介紹了懸架系統，沒有進行更深入的探討。
雖然無人駕駛汽車的技術已經很先進，但是在實際應用中，需要考慮法律、道路規則等方面的問題。這些問題需要時間來解決，無人駕駛汽車的普及也需要時間。因此，本書對車輛的操控描述依然有“駕駛員” 的文字，無人駕駛汽車依然存在“方向盤”和“加速踏板”等傳統汽車的車輛操控機構，但實際上，對于無人駕駛汽車來講，這些操控機構已完全可以通過激光雷達、攝像頭、傳感器等設備來感知周圍環境，通過計算機程序來控制執行元件，實現汽車的行駛方向和速度的變化。
本書可為從事無人駕駛汽車電動底盤的研究、設計和開發的工程師、科研人員、高校師生和企業技術經理等提供參考。
希望在可預見的未來，本書將作為一種突出的資源，幫助工程、研發和學術界同行獨立研究解決在無人駕駛汽車電動底盤中的突出的關鍵問題。

著者

第1章　緒論 001
1.1　電動汽車底盤基本結構 002
1.1.1　汽車底盤組成 002
1.1.2　純電動汽車底盤 004
1.1.3　混合動力汽車底盤 005
1.1.4　燃料電池汽車底盤 007
1.2　無人駕駛汽車電動底盤 008
1.2.1　無人駕駛汽車電動底盤核心技術 008
1.2.2　無人駕駛汽車底盤系統 010
1.2.3　自動駕駛分級與系統 011
1.3　無人駕駛技術應用 013
1.3.1　無人駕駛與車聯網 013
1.3.2　無人駕駛與智能交通系統 015
1.3.3　無人駕駛汽車在特定區域的應用 016

第2章　電動機驅動系統 018
2.1　直流電動機及其驅動系統 019
2.1.1　直流電動機的工作原理 019
2.1.2　直流電動機的動態方程與特性分析 021
2.1.3　直流電動機的調速方法 024
2.1.4　直流電動機的脈寬調制控制 026
2.1.5　直流電動機的轉矩與轉速控制 027
2.1.6　直流電動機的特點 028
2.2　交流感應電動機及其驅動系統 029
2.2.1　交流感應電動機的工作原理 029
2.2.2　交流感應電動機的特性分析 030
2.2.3　交流感應電動機的矢量控制 031
2.2.4　交流感應電動機的特點及應用 032
2.3　永磁同步電動機及其驅動系統 032
2.3.1　永磁無刷直流電動機及其驅動系統 033
2.3.2　永磁同步電動機及其驅動系統 037
2.4　開關磁阻電動機及其驅動系統 039
2.4.1　開關磁阻電動機的結構和工作原理 040
2.4.2　開關磁阻電動機的控制 042
2.4.3　開關磁阻電動機的特點及應用 042

第3章　電池管理系統 045
3.1　電池管理系統的基本功能 046
3.1.1　電池狀態分析 047
3.1.2　電池安全保護 048
3.1.3　能量控制管理 049
3.1.4　信息控制管理 049
3.2　電池管理系統的結構 050
3.2.1　BMS 硬件 050
3.2.2　BMS 軟件 052
3.3　電池SOC 的估算 053
3.3.1　SOC 的影響因素 053
3.3.2　SOC 的估算方法 053
3.4　電池SOH 的估算 057
3.4.1　電池SOH 估算的影響因素 058
3.4.2　電池SOH 的估算方法 058
3.5　電池的熱管理 060
3.5.1　電池熱管理的定義 060
3.5.2　電池熱管理的必要性 060
3.5.3　電池熱管理方案 061
3.6　電池的均衡管理 063
3.6.1　被動均衡 064
3.6.2　主動均衡 065
3.6.3　電池單體差異對均衡的影響 067
3.7　EV 車型BMS 與整車控制系統的匹配 068
3.8　PHEV 車型BMS 與整車控制系統的匹配 070
3.8.1　PHEV 關鍵件的功能 071
3.8.2　PHEV 車型功能匹配調試檢查 072

第4章　功率變換器 074
4.1　電動汽車的電源系統架構 075
4.2　功率變換器的類別 076
4.3　功率變換器在電動汽車上的應用 078
4.4　功率變換器硬件電路設計 081

第5章　線控轉向系統 089
5.1　線控轉向系統結構與要求 090
5.2　自動轉向系統的結構及原理 092
5.3　車輛轉向動力學及運動學 094
5.3.1　坐標系建立 094
5.3.2　車體動力學模型 095
5.3.3　車輪動力學模型 096
5.4　轉向系統位置控制動態特性 098
5.5　轉向執行機構建模 101
5.5.1　虛擬樣機模型的建立 101
5.5.2　確定ADAMS 的輸入與輸出 102
5.5.3　在ADAMS 中設置變量與函數 102
5.5.4　聯合仿真模型的建立 103
5.5.5　轉向系統動態特性仿真 103
5.6　轉向系統的PID 調節 104
5.6.1　PID 算法基本概念 104
5.6.2　基于PID 控制的系統仿真 106
5.7　無人駕駛汽車實現線控轉向的關鍵技術 108

第6章　線控制動系統 110
6.1　車輛制動要求 111
6.2　無人駕駛車輛制動原理 112
6.2.1　無人駕駛車輛制動系統的控制架構 113
6.2.2　無人駕駛車輛制動系統的下層執行模塊 114
6.2.3　無人駕駛車輛制動系統的上層控制模塊 115
6.3　線控制動技術 116
6.3.1　電子液壓制動系統 116
6.3.2　電子制動系統 117
6.4　電動汽車液壓制動元件和系統動態分析 120
6.4.1　液壓壓力控制閥的平衡 120
6.4.2　制動閥的動態分析 121
6.4.3　制動管路的動態分析 121
6.4.4　制動缸的動態分析 122
6.4.5　系統的動態分析 122
6.5　制動能量回收影響因素分析 123

第7章　分布式驅動系統 125
7.1　分布式驅動系統結構 126
7.1.1　集中對置的輪邊電機結構 128
7.1.2　輪轂電機結構 130
7.2　行星輪系傳動特性 134
7.3　集中驅動橋的結構 135
7.4　分布式驅動的整車控制結構 137

第8章　動力傳動系統 140
8.1　一體化控制流程 141
8.2　加速踏板的響應和控制 142
8.3　變速器的換擋規律 143
8.3.1　最佳動力性換擋規律 143
8.3.2　最佳經濟性換擋規律 145
8.3.3　組合型換擋控制策略 147
8. 4 優化的柔性換擋控制策略 147

第9章　線控底盤域 154
9.1　線控底盤基本功能 155
9.2　CAN FD、FLEXRAY 網絡結構及通信方式 156
9.2.1　CAN FD 簡介 156
9.2.2　FLEXRAY 簡介 158
9.3　動力底盤域的故障診斷和處理 164
9.3.1　基于信號處理的故障診斷 164
9.3.2　基于知識的故障診斷 167
9.3.3　基于模型的故障診斷 168

第10章　環境感知系統 169
10.1　攝像機 170
10.2　激光雷達 172
10.2.1　二維光雷達 172
10.2.2　三維激光雷達 174
10.3　毫米波雷達 176
10.4　車體坐標系 177
10.4.1　單目視覺標定 179
10.4.2　雙目視覺標定 182
10.5　從傳感器坐標系到車體坐標系 185

第11章　總線與通信網絡 187
11.1　CAN 技術規范 188
11.1.1　物理層 189
11.1.2　數據鏈路層 190
11.1.3　網絡層 192
11.1.4　應用層 192
11.2　CAN 的基本組成和數據傳輸原理 193
11.2.1　基本組成 193
11.2.2　數據傳輸原理 194
11.3　汽車CAN 網絡架構及其特點 195
11.3.1　總線架構 195
11.3.2　汽車CAN 網絡的組成 196
11.3.3　CAN 節點規范 197
11.3.4　幾種常見的汽車網絡架構 198
11.3.5　典型汽車的CAN 網絡拓撲結構 202
11.3.6　汽車網絡系統的結構特點 203

參考文獻 206