详解智能汽车的“小脑” —— 车辆运动控制系统（VMC）

如果把中央计算平台看作汽车的大脑，那么车辆运动控制系统（VMC）就像汽车的小脑，让车辆在不同驾驶模式和各种路况始终保持车身稳定。

随着自动驾驶技术的发展，自动驾驶汽车需要精确的运动控制系统来确保车辆在复杂的交通环境中能够安全、稳定地运行。VMC系统通过实时感知道路状况和交通信息，做出精准的运动控制决策，从而实现自动驾驶的核心功能,自动驾驶技术的发展直接推动了对高性能VMC系统的需求。同时安全与法规要求不断得到改善，全球范围内，交通安全法规日益严格，要求车辆配备先进的主动安全系统（如自动紧急制动、车道保持辅助等）。VMC系统通过实时监控和控制车辆的动态行为，能够有效降低交通事故的发生率，提高驾驶安全性。电动汽车和混合动力汽车的增长，电动汽车和混合动力汽车的市场增长推动了对高效能源管理和运动控制系统的需求。VMC系统在优化电动机输出、再生制动、能量回收等方面发挥重要作用，从而提升车辆的续航里程和能源效率。

车辆运动控制（Vehicle Motion Control, VMC）系统是一种集成多种传感器、控制器和执行机构，通过对车辆的加速、制动、转向和悬挂等功能进行综合控制，以提升车辆的操控性、安全性和舒适性。随着自动驾驶技术的发展、车辆智能化的推进以及电动汽车市场的快速扩展，VMC系统的重要性愈发凸显。

01  VMC和车辆底盘的关系

车辆底盘（Chassis）是汽车的重要组成部分，承担着支撑、承载、动力传递和控制车辆行驶的任务。底盘系统包括多种执行器，这些执行器在车辆运动控制（Vehicle Motion Control, VMC）中起着关键作用。

以下是车辆底盘中常见的执行器及其功能，按整车横向、纵向和垂向进行分类：

1、横向控制执行器

（1）转向系统执行器

电动助力转向（EPS）执行器

功能：电动助力转向系统通过电动机提供转向助力，减少驾驶员的转向力。

应用：提高车辆操控性和驾驶舒适性，同时可以集成主动转向控制功能。

四轮转向（4WS）执行器

功能：四轮转向系统通过独立控制前后轮的转向角度，提高车辆在低速时的机动性和高速时的稳定性。

应用：提升车辆操控性能，尤其是在狭窄空间和高速行驶时。

（2）主动侧倾控制（Active Roll Control）执行器

功能：主动侧倾控制系统通过调整防倾杆的刚度，减少车辆在转弯时的侧倾。

应用：提高车辆在弯道中的稳定性和乘坐舒适性。

2、纵向控制执行器

（1）制动系统执行器

电子稳定控制（ESC）执行器

功能：电子稳定控制系统通过独立控制每个车轮的制动力来防止车辆失控和侧滑。

应用：提高车辆在紧急情况下的稳定性和安全性。

防抱死制动系统（ABS）执行器

功能：防抱死制动系统在紧急制动时防止车轮抱死，保持方向控制能力。

应用：提高制动安全性，缩短制动距离。

自动紧急制动（AEB）执行器

功能：自动紧急制动系统在检测到碰撞风险时自动施加制动力，以避免或减轻碰撞。

应用：提升车辆安全性，减少交通事故。

（2） 动力传动系统执行器

电子差速锁（eLSD）执行器

功能：电子差速锁通过控制左右车轮的扭矩分配，优化车辆的牵引力和稳定性。

应用：提高车辆在各种路况下的通过性和操控性。

扭矩矢量控制（Torque Vectoring）执行器

功能：扭矩矢量控制系统通过调整各车轮的扭矩输出，改善车辆的转向性能和稳定性。

应用：增强车辆的弯道性能和动态响应。

（3）能量回收系统（Regenerative Braking）执行器

功能：能量回收系统在制动时将动能转化为电能储存于电池中，用于辅助驱动。

应用：提高车辆的能源效率，延长电动车的续航里程。

3、垂向控制执行器

（1）悬挂系统执行器

主动悬挂系统（Active Suspension）执行器

功能：主动悬挂系统通过电动机或液压装置调整悬挂的刚度和阻尼，实时响应路面条件和驾驶需求。

应用：提高车辆的乘坐舒适性和操控稳定性。

自适应悬挂系统（Adaptive Suspension）执行器

功能：自适应悬挂系统通过调整悬挂阻尼系数适应不同的路况和驾驶模式。

应用：提供更好的乘坐体验和车辆动态响应。

（2）气动悬挂系统（Air Suspension）执行器

功能：气动悬挂系统通过空气弹簧调节车辆高度和悬挂刚度。

应用：提高乘坐舒适性，适应不同的载荷和路况需求。

4、其他执行器

（1）电控机械制动（Brake-by-Wire）执行器

功能：电控机械制动系统通过电子控制实现制动操作，取消了传统的液压传动。

应用：提高制动系统的响应速度和控制精度。

车辆底盘中的执行器种类繁多，各自承担着不同的功能，共同协作以实现车辆的高效、安全和舒适的运动控制。这些执行器通过电子控制单元（ECU）和传感器网络进行协调控制，确保车辆在各种驾驶条件下的最佳性能。随着技术的不断进步，底盘执行器的智能化和集成化程度也将不断提高，为未来的自动驾驶和智能交通提供坚实的基础。

02 VMC和VDCM之间的关系

车辆运动控制（Vehicle Motion Control, VMC）和车辆动力学(Vehicle Dynamic Control)建模之间有着紧密的关系。车辆动力学建模是VMC系统的基础，通过建立车辆的数学模型，模拟车辆在各种工况下的动态行为，从而实现对车辆运动的精确控制。以下是两者关系的详细分析：

1、车辆动力学建模概述

车辆动力学建模是指通过数学和物理方法描述车辆的运动特性和动态行为。这些模型通常包括车辆的纵向、横向和垂向动力学，以及转向、悬挂和轮胎的动力学特性。常见的车辆动力学模型有以下几种：

（1） 纵向动力学模型

纵向动力学模型主要描述车辆在前进和制动过程中的行为，包括车辆的加速度、减速度、驱动力和制动力。基本方程如下：