极限运动产品平台

目前, 个性极致的驾驶体验成为我国越来越多汽车消费者的需求｡随着经济的发展和生活水平的提高, 消费者对于汽车的期待不再仅仅局限于代步工具,而是追求更加独特､更加个性化的驾驶体验｡极限运动车型以其独特的设计理念､优秀的操控性能以及极致的驾驶感受, 逐渐受到我国汽车企业的重视｡

越来越多的汽车企业开始研发极限运动车型, 以满足消费者对极致驾驶体验的渴望｡极限运动车型不仅在设计上进行了特殊考量, 注重细节和个性化的展现, 更在性能上追求卓越, 为驾驶者带来前所未有的驾驶乐趣｡

在乘用车领域, 极限运动车型在我国市场的兴起, 既是消费者需求变化的体现, 也是汽车企业不断创新和突破的结果｡未来, 随着技术的不断进步和消费者需求的不断升级, 极限运动产品市场将会迎来更加广阔的发展空间和更加激烈的竞争态势｡

为满足市场对极限运动性能的需求, 本章定义了乘用车极限运动产品平台,探索该场景下智能底盘技术发展的趋势和方向｡

1 产品平台定义

1.1 场景定义

运动风格车型需要打造极致的驾乘体验, 提升极限工况的操控安全边界,拓展驾驶乐趣, 增强专业赛道体验｡在汽车电动化和智能化时代, 这些技术需求对智能底盘提出了更高的性能要求｡

在电动化的趋势下, 智能底盘需要更加精准地控制车辆的动态行为, 以适应电机快速而直接的动力输出｡同时, 智能化技术的应用也使得底盘系统能够实时感知和分析车辆状态､路面条件以及驾驶者的意图, 从而做出快速而准确的响应, 提升整车运动控制的精准性和稳定性｡

为了拓展驾驶乐趣和增强专业赛道体验, 智能底盘还需具备更高的适应性和可调性｡基于先进的控制系统和算法, 底盘可以根据不同驾驶模式和场景需求, 自动调整悬架刚度､阻尼特性以及车身姿态等参数, 为驾驶者提供更加精准和个性化的驾驶反馈｡

1.2 车型级别

极限运动车型主要覆盖了轿车､SUV和跑车三类｡传统的运动型车型以燃油动力为主,随着电动汽车技术的不断发展和消费者对运动性能需求的提升,越来越多的运动型电动汽车出现在市场上｡以下介绍一些常见的运动型电动汽车车型及其特点｡

特斯拉Model S Plaid采用三电机全轮驱动系统, 0—60mile/ h (1mile =1.609km)加速时间仅需2.1s,采用了先进的底盘系统和矢量转矩控制,实现了主动式限滑差速器的效果｡配合优化升级后的五连杆后悬架和主动式空气悬架,能够根据路况调节车身高度,无论是日常驾驶还是极限驾驶,都能为驾驶者带来稳定､安全和舒适的驾驶体验｡

保时捷Taycan最大功率可达580kW, 0—60mile/ h加速时间仅需2.8s｡该车型采用先进的4D底盘控制系统和主动式悬载调整系统,使得车辆在高速行驶时能够保持稳定,同时配备了前后双电机四轮驱动系统,能够根据路况变化自动调整前后轴的动力分配｡此外, Taycan的转向系统也非常精准,能够提供清晰的路感和操控反馈｡无论是在城市道路还是赛道上, Taycan都能够提供卓越的操控性能和驾驶体验｡

除此之外, 我国新能源汽车企业也陆续推出了代表各自技术性能集大成者的极限运动车型｡

比亚迪海豹采用电芯到车身集成(CTB)技术, 通过将动力电池与车身结构相结合, 显著提升了整车的刚性｡这种结构的优化不仅有利于提高车辆的安全性, 还能在一定程度上提升操纵稳定性; 采用全铝材质的前后独立悬架设计,这种轻量化的设计有助于减少车辆的整体质量, 从而提高车辆动态响应速度和极限操控时的稳定性; 采用iTAC 技术, 可以在不同的路面条件下, 如冰雪路面, 提供更强的四轮驱动动力和更高的弯道极限, 从而增强车辆的操控性能｡

极氪001 FR 搭载了功率高达956kW 的四电机分布式电驱动系统, 使得极氪001 FR 在加速､极限速度和操控性能上达到了极致状态｡在操控方面, 该车型采用四轮转矩矢量控制系统(ZVC), 使得车辆在平整路面上能够实现坦克掉头､脱困等操作, 使驾驶者在极限驾驶和特殊驾驶模式下都能得到更好的操控性能｡此外, 极氪001 FR 还具备一系列创新的智能功能, 如弹射模式和超频模式, 可以进一步提升驾驶者的驾驶体验｡

1.3 性能需求

智能底盘极限运动产品平台的定义: 智能底盘极限运动产品平台是指通过智能主动控制拓展车辆极限运动上限的底盘平台｡其中, 车辆极限运动一般指车辆在轮胎摩擦力接近或达到饱和状态下的一种运动形式｡智能底盘极限运动产品平台的核心在于其能够实时监测和调整车辆的行驶状态, 以确保在轮胎摩擦力接近或达到饱和状态下, 车辆仍能保持稳定和可控｡智能底盘极限运动产品平台不仅能够提高车辆在极端条件下的操控性能和稳定性, 还能为驾驶者带来更加安全､舒适的驾驶体验｡极限运动产品平台性能需求如图8 -1 所示｡

图8 - 1 极限运动产品平台性能需求

1 . 提升操控安全边界

车辆的操控安全边界指在极限或接近极限状态下, 车辆仍能保持稳定性与可控性的范围｡具体来说, 车辆的安全边界涉及多个方面｡

1) 车辆的设计参数(如轮胎的抓地力､悬架系统的行程等) 会决定车辆性能的上限, 超过这些物理限制可能会导致车辆失控｡

2) 在高速行驶､紧急避让或极端天气情况下, 车辆的动态行为可能变得非线性且不可预测, 此时, 驾驶者的驾驶技能和反应速度成为维持车辆在安全边界内的关键｡

3) 各种电子辅助系统(如ABS､ESP 等) 在检测到车辆即将超出安全边界时会主动介入, 调整发动机功率输出､制动力分配或悬架设置, 以帮助驾驶者保持车辆的稳定性｡

2. 拓展极限驾驶乐趣

采用先进的汽车底盘设计技术和高级的车辆动力学控制算法, 可以将汽车的性能和操控范围推向超出常规平稳行驶状态的边界, 让驾驶者享受极限操控带来的快感｡

1) 稳态线性区域: 在正常的日常驾驶条件下的运行状态, 车辆的动态行为相对可预测, 车辆的响应与驾驶者输入成比例, 例如转向角度与车轮反应之间存在线性关系｡在这种区域内, 车辆的操控较为稳定和安全, 但可能缺乏激烈驾驶所带来的乐趣｡

2) 非稳态可控区: 相对于稳态线性区域, 非稳态可控区是指车辆在更加激烈的驾驶状态下的表现, 如快速避让､紧急变线､极限加速或制动等｡在这些情况下, 车辆的动态行为变得非线性, 可能会出现轮胎打滑､车身侧倾等现象,对驾驶者的驾驶技能和反应速度提出了更高的要求｡

3) 智能底盘控制系统: 借助动态稳定控制､轨迹控制､性能可调悬架系统等, 驾驶者可以在安全的前提下探索车辆的性能极限｡智能底盘控制系统可以监测车辆的行为和外界环境, 如车速､侧向加速度､轮胎压力等, 并根据这些信息进行毫秒级的调整, 以优化车辆的操控性和抓地力｡

3 . 增强专业赛道体验

某些高性能汽车或运动型车辆经过了专门的设计和优化, 以提供接近或符合专业赛车水平的驾驶体验, 这类车辆通常具有以下特点｡

1) 为了实现激进的加速响应, 这些车辆通常配备高功率的混合动力或纯电动系统, 以提供瞬时的大转矩输出和强劲的功率｡

2) 使用轻质材料(如碳纤维､铝合金等) 制造车身和底盘, 减轻车重,提高车辆的功率质量比, 确保敏捷的操控和快速的响应｡

3) 通过精心设计的前后保险杠､侧裙､尾翼和其他空气动力学元件, 降低空气阻力, 提高下压力, 确保车辆在高速行驶时的稳定性｡

4) 为了适应不同的赛道条件和个人偏好, 这些车辆可能配备可调悬架(如可调节阻尼力､车身高度､悬架刚度等), 允许驾驶者调整悬架设置以获得最佳的操控性能｡

5) 包括碳陶瓷制动盘和大型制动钳, 提供出色的制动能力和耐热性,确保车辆在连续高速制动的情况下依然保持较好的制动效果, 这对于激烈的赛道驾驶至关重要｡

6) 虽然许多专业赛车不使用电子辅助系统, 但一些为赛道设计的高性能车辆可能会包含可调节的动态稳定性控制系统, 允许驾驶者根据需要调整干预程度, 以便在保持一定安全性的同时,让驾驶者享受控制车辆极限的乐趣｡

2 架构特征

极限运动产品平台架构包括系统架构及功能架构, 如图8 -2 所示, 相对应的架构特征将于下文进行介绍｡

图8 - 2 极限运动产品平台架构

智能底盘极限运动产品平台的系统架构特征主要包括驱动系统､悬架系统､转向系统和轮胎的设计特征; 极限运动产品的智能底盘功能架构特征主要包括漂移功能､赛道功能､弹射功能｡

智能底盘极限运动产品平台的系统架构独具特色, 驱动系统采用高功率的动力输出技术, 确保在极限运动场景下能够提供强劲而稳定的动力; 悬架系统经过特殊优化, 以适应激烈驾驶带来的冲击, 为驾驶者提供优秀的操纵稳定性;转向系统采用敏捷而精准的响应机制; 轮胎采用耐磨､抗滑的材质, 确保在各种路况下都能提供充分的抓地力｡

在功能架构方面, 极限运动产品的漂移功能让驾驶者能够轻松实现车辆的高速侧滑; 赛道功能则针对赛道驾驶进行了优化, 让驾驶者能够充分发挥车辆的性能; 弹射功能则让车辆能在短时间内迅速加速, 带来强烈的推背感｡

2.1 系统架构特征

1 . 驱动方面

智能底盘极限运动产品平台在驱动系统方面展现出了鲜明的特征, 主要以后轮驱动和四轮驱动两种驱动形式为主, 这种设计不仅确保了车辆在各种极限运动场景下的稳定性和操控性, 同时也提供了充足的动力储备和驱动灵活性｡

2. 转向方面

智能底盘极限运动产品平台的转向系统主要采用了以低转向传动比和大抗扭刚度为主的设计理念｡低转向传动比使得转向更加灵活敏捷, 驾驶者只需轻轻转动方向盘, 就能实现车辆的快速转向, 大幅提升了车辆的敏捷性和响应速度｡而大抗扭刚度则确保了转向系统在承受大力矩时保持较低的转向系统的响应延迟, 提升动态工况下的转向精准性｡

3 . 悬架方面

智能底盘极限运动产品平台的悬架系统主要特性体现在前后独立悬架､操控型悬架设计与调校以及强劲的车身运动支撑能力上｡前后独立悬架的设计使得车辆在行驶过程中, 前后轮可以独立运动, 互不干扰, 极大地提升了车辆的操纵稳定性和舒适性｡同时, 该悬架系统还具备主动可调的垂向特性, 无论是在高速过弯还是在紧急制动等极限驾驶场景下, 都能为车身提供坚实且稳定的支撑, 确保驾驶的安全性和稳定性｡

4 . 轮胎方面

智能底盘极限运动产品平台的轮胎通常具备大侧偏刚度和充分的抓地力｡大侧偏刚度意味着轮胎在受到侧向力作用时, 能够保持稳定的形状和性能, 有效抵抗侧滑和侧倾, 为驾驶者提供出色的操纵稳定性｡而优秀的抓地性则确保了轮胎在各种路况和驾驶场景下都能紧密贴合地面, 提供强大的牵引力和制动力, 让驾驶者能够充分感受到轮胎与地面之间的紧密联系, 从而在车辆驾驶操控上更具信心｡

2.2 功能架构特征

1 . 漂移功能:降低漂移难度,增强漂移稳定性与极限可控性

1) 通过优化车辆的动力系统, 可以使车辆实现更加平滑和强大的动力输出｡精确的加速踏板响应和线性的动力输出, 使得驾驶者能够更加容易掌握车辆的速度和侧向力, 从而降低漂移的难度｡

2) 通过精确的悬架调校和优化的底盘布局, 使车辆可以在侧滑过程中提供更好的支撑和稳定性｡这不仅可以减少车身侧倾和轮胎打滑的情况, 还可以提高车辆在极限状态下的操控性能｡驾驶者可以更有信心进行漂移操作, 而不用担心车辆失控或侧翻｡

3) 牵引力控制系统和车身稳定控制系统等底盘主动安全控制系统可以通过对车辆的动态行为进行实时监测和调整, 来提供额外的稳定性和安全性｡当驾驶者进行漂移操作时, 这些系统可以自动调整车辆的动力分配和悬架刚度, 以保持车辆的稳定性和可控性｡

2. 赛道功能:充分利用地面附着力,提升直线和弯道的极限速度性能

1) 要充分利用地面附着力, 车辆的轮胎是关键｡高性能的轮胎能够提供更大的摩擦力, 使车辆能够更好地抓住地面, 减少打滑和滑移现象｡在赛道上,轮胎的选择和调校至关重要, 因为不同的赛道和气候条件对轮胎的要求不同｡

2) 车辆的悬架系统和底盘调校也是提升赛道性能的关键因素｡经过精心设计的悬架系统能够提供出色的支撑和稳定性, 减少车身的侧倾和振动, 使车辆在高速行驶和激烈操控时保持平稳｡而底盘调校则能够优化车辆的质量分布和空气动力学性能, 进一步提升车辆的极限速度性能｡

3 . 弹射功能:利用电机转矩响应快的特性,减少车辆起步响应时间

1) 电机几乎可以在瞬间产生最大转矩, 这是因为电机的转矩输出直接与其电流和磁场强度相关, 不需要经过机械转换过程｡因此,电机具有非常快的转矩响应速度,能够在极短的时间内提供强大的动力｡基于电机的这一特性, 弹射功能得以实现｡当驾驶者踩下加速踏板时, 车辆的控制系统会立即检测到这一动作, 并迅速向电机发送指令, 使其产生最大的转矩输出｡同时, 车辆的起步控制系统会优化离合器或变速器的接合过程, 以减少起步时的动力损失和延迟｡这样, 车辆可以在极短的时间内达到较高的速度, 从而实现快速起步的效果｡

2) 弹射功能不仅提高了车辆的加速性能, 还为驾驶者带来了更加激动人心的驾驶体验｡当驾驶者按下弹射按钮或切换到相应的驾驶模式时, 车辆会如同被弹射出去一般迅速加速, 带来强烈的推背感｡这种瞬间的加速快感能让驾驶者感受到车辆强大的动力性能, 同时也增加了驾驶的乐趣｡然而,需要注意的是, 弹射功能并不适合在日常驾驶中频繁使用｡因为高强度的起步加速会对车辆的轮胎､制动系统和传动系统造成较大的负荷, 长期频繁使用可能会对车辆的性能和寿命产生不利影响｡因此, 弹射功能通常只在特定的驾驶模式或赛道模式下提供, 驾驶者在合适的场合使用｡

3 功能特征

3.1 漂移功能

1 . 功能定义

通过主动调节驱动系统前后转矩分配和制动力矩, 后轮进入稳定的饱和侧滑状态,前轮反向转向抑制质心侧偏角的增大, 维持后轴稳定侧滑的平衡态,如图8 -3 所示｡

图8 - 3 漂移功能

2. 技术路径

研究稳态漂移的动力学机理及非稳定平衡态控制器的设计｡

研究基于驱动制动协同的漂移稳定性控制方法｡

研究基于强化学习的漂移控制技术｡

研究临界稳定性控制及自适应动态规划方法｡

研究基于轮速动力学的漂移控制方法｡

3 . 评价指标

以当前汽车市场上的典型B 级纯电动轿车为例:

干沥青路面定桩漂移工况后轮内外侧轮速差≤50km/ h｡

干沥青路面定桩漂移工况后轮平均滑转率≤80%｡

3.2 赛道功能

1 . 功能定义

基于整车运动状态, 实时调节前后轴动力分配､四轮制动力矩､悬架高度和阻尼, 使得车辆在直线和弯道均可充分利用四轮地面附着力, 以保证极限情况下的整车加速性能和稳定过弯性能, 如图8 -4 所示｡

图8 - 4 赛道功能

2. 技术路径

研究横､纵､垂三向的整车动力学机理｡

研究极限运动工况下的转矩管理方法｡

研究极限运动工况下的悬架姿态控制方法｡

研究驱动制动协同的赛道稳定性控制方法｡

研究极限与非极限混合工况下的运动控制算法｡

3 . 评价指标

以当前汽车市场上的典型B 级纯电动轿车为例:

弯道最大G 值提升10%｡

弯道最高通过车速提升5%｡

3.3 弹射功能

1 . 功能定义

通过协调控制电机驱动转矩､机械制动与主动悬架, 保证车辆最佳起步姿态, 使驱动电机在起步瞬间爆发最大转矩, 实现车辆快速与稳定起步, 如图8 -5 所示｡

图8 - 5 弹射功能

2. 技术路径

研究电机低转速与大转矩堵转控制技术｡

研究电机驱动､机械制动与主动悬架协调控制技术｡

研究基于滤波加速度的道路坡度识别与转矩控制方法｡

研究基于最佳滑转率的起步转矩控制方法｡

3 . 评价指标

以当前汽车市场上的典型B 级纯电动轿车为例: 0—100km/ h 加速时间提升5%｡