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一、线控驱动系统的功能与组成
线控驱动系统根据驾驶人动作和汽车各种行驶信息，分析驾驶人意图，精确控制动力装置（发动机或电机）输出功率和车轮驱动力以提高汽车动力性、经济性和操纵稳定性。
对于传统内燃机汽车，加速踏板与节气门之间通过电信号进行控制来取代原来的机械传动，这种形式又被称为线控油门，线控油门控制系统主要由加速踏板、踏板位移传感器、ECU（电控单元）、数据总线、伺服电动机和节气门执行机构组成。对于电动汽车，线控驱动系统一般由整车控制器、电机控制器、驱动电机、机械传动装置等组成。
二、线控驱动系统的工作原理
小型电动汽车驱动系统原理如下图所示，当车辆行驶时，控制器首先根据加速踏板传感器和制动踏板传感器的输入信号确定车辆的运行工况，然后输出相应信号控制混合电源和双向 DC/DC 功率变换器的工作模式，进而控制母线电压和电机电流，电机的输出转速和输出转矩会随母线电压及电流的变化而变化，最后电机的输出动力经主减速器和传动装置传递给车轮。同时，控制器还可以通过传感器实时监测混合电源和电机的电压、电流及转速等参数的变化情况，并将其显示在 LCD 显示屏上。
三、驱动电机
1）直流电机：直流电机是将直流电转换为机械能的电动机。在电动汽车发展的早期，大部分电动汽车都采用直流电机作为驱动电机，结构如下图所示。
2）交流电机：交流电动机按工作原理不同可分为同步电动机和异步电动机两大类，同步电动机的旋转速度与交流电源的频率有严格的对应关系，在运行中转速严格保持恒定不变；异步电动机的转速随着负载的变化稍有变化。按所需交流电源相数的不同，交流电动机又可分为单相和三相两大类，纯电动车常用的是三相交流电机。
3）三相交流异步电机：三相交流异步电机主要由定子和转子两部分组成，此外，还有端盖、轴承、机座、风扇、风罩、接线盒等部件，如下图所示。
①定子部分：定子部分包括机座、定子铁心、定子绕组等，主要作用应该是支撑电机本体、产生旋转磁场。
②转子部分：转子部分主要由转子铁心和转子绕组组成。三相异步电动机根据其转子结构的不同又可分鼠笼式和绕线式两大类,其中鼠笼式应用最为广泛。
③工作原理：三相异步交流电动机的三相定子绕组AX、BY、CZ在空间上按照相差120°的规律中心对称排列，并接成星型与三相电源相连，三相定子绕组便有三相对称电流iA、iB、iC流过。
4）永磁同步电机：所谓永磁，是指在制造电机转子时加入永磁体，使电机的性能得到进一步的提升。同步则指的是转子的转速与定子绕组的电流频率始终保持一致。因此，通过控制电机的定子绕组输入电流频率，电动汽车的车速将最终被控制。在各类驱动电机中，永磁同步电机具有高效、高控制精度、高转矩密度、良好的转矩平稳性及低振动噪声等特点，在纯电动汽车中，永磁同步电机应用广泛。
永磁同步电机的结构主要由机座、转子、定子、温度传感器、前后端盖等组成，如下图所示。
5）开关磁阻电机：开关磁阻电机驱动系统是高性能机电一体化系统，主要由开关磁阻电机、功率转换器、传感器和控制器四部分组成，如下图所示“作为一种新型电机，相比其他类型的驱动电机而言，它的结构最为简单。定、转子均为普通硅钢片叠压而成的双凸极结构，转子上没有绕组，定子装有简单的集中绕组，具有结构简单坚固、可靠性高、质量轻、成本低、效率高、温升低、易于维修等诸多优点。缺点是控制系统的设计相对复杂，在实际运转中，尤其是负载运行的工况，电机本身发出的噪音及振动较大。
四、电机控制器和减速器
电机控制器是电机驱动及控制系统的核心，是连接动力蓄电池与电机的电能转换单元，如下图所示。根据GB/T18488.1-2006《电动汽车用电机及其控制器技术条件》对电机控制器的定义，电机控制器就是控制主牵引电源与电机之间能量传输的装置，由外界控制信号接口电路、电机控制电路、驱动电路组成。
由于驱动电机的输出转速较大，因此需配备减速机构进行减速，增大输出转矩，减速器结构如下图所示。一般将减速器与驱动电机作为一体或直接相连，取消传统变速器。
减速器按照传动级数不同可分为单级和多级减速器。按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速 器和圆锥－圆柱齿轮减速器。按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同进轴式减速器。
六、线控驱动系统控制模块
(1)加速踏板模块
加速踏板也叫加速踏板，是一种将驾驶员指令转变为发动机转矩或者电机转速的物理设备。现在车辆上采用的多为电子加速踏板总成，其核心部件加速踏板位置传感器是一种模拟传统机械踏板工作并给发动机ECU提供信号的一种传感器，将驾驶者的加速意图直接转变为电信号。这种电信号发送至传统车发动机管理系统或者电动车整车控制器后即可迅速、准确地实现驾驶者的意图。
纯电动汽车采用高压动力电池、驱动电机组成车辆动力系统，加速踏板信号经过整车控制器（VCU）处理后，通过CAN通信方式控制电机转矩或者转速输出。根据结构原理的不同，加速踏板位置传感器主要分为接触式和非接触式两种。
①滑动触点传感器是典型的接触式加速踏板位置传感器，两个滑动触点传感器安装在同一根轴上，滑动触点传感器的电阻和传送至整车控制器的电压随着加速踏板位置的变化而变化。滑动触点传感器上的起始电压均为5V，出于信号的可靠性和安全性考虑，每个传感器都有独立的电源（红线所示）、搭铁（棕线所示）和信号线（绿线所示）。输出信号为电压信号，在相应数据块中显示为百分数，5V为100%。为了信号的可靠性和功能自测试的需要，在图3-14上G185上另安装有串联电阻（R所示），因此两个加速踏板位置传感器的电阻特性不同，在工作时，G185电阻是G79电阻的2倍；电阻特性的不同，带来的是两个传感器输出特性的不同，G79输出信号为G185的2倍，G79范围12%～97%，G185范围4%～49%。
②常见的非接触式加速踏板位置传感器有霍尔效应（芯片）式旋转位置传感器，如下图所示。霍尔IC芯片安装在加速踏板的芯轴上固定不动，两个磁铁安装在加速踏板的旋转部件上，可随加速踏板一起动作。为保证信号的可靠，在加速踏板芯轴上安装了两个霍尔IC芯片，相当于两个加速踏板位置传感器，在工作时，可同时向整车控制器输送两个加速踏板位置信号。时，显示的波形将出现不稳定现象。所谓波形不稳定，是指波形左右移动不能停止在屏幕上，或者出现多个波形交织在一起无法清楚地显示和锁定波形。
(2)整车控制器（VCU）
整车控制器（Vehicle Control Unit,简称VCU）是用于智能汽车的汽车级控制器，架设于智能汽车各执行系统与智能驾驶系统(Intelligent Driving System,简称IDS)之间，与车辆驱动、制动、转向、换档等执行系统通信，实现车辆线控驾驶(Drive-by-Wire)控制功能，通过CAN总线向IDS开放车辆控制接口。通过在IDS、VCU以及车辆各执行系统之间应用成熟的功能安全解决方案， VCU可以最大限度地保证车辆的安全性。对于线控驱动系统来说，要求能够实现电机驱动的线控控制，并提供相应的线控CAN接口。
驾驶员踩下加速踏板发出指令，加速踏板位置传感器将对应的转矩需求转变为电压采样信号，整车控制器（VCU）接收到加速踏板位置传感器开度信号，根据信号计算此时的转矩或转速需求，并以报文形式发送给电机控制器MCU。
（3）电机控制器（MCU）
驱动电机的作用是将电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。电机控制器（MCU）是为实现电动汽车的变速和方向变换设置的，其作用是控制电机的电压或电流，完成电机的驱动转矩和旋转方向的控制。当采用交流电机驱动时，电机转向的改变只需变换磁场三相电流的相序即可。如下图所示为某款电机控制器的引脚定义图。
七、线控驱动系统的通信原理
线控驱动系统的单元之间通信需要一个高速、容错、低延时和时间触发的通信协议。目前多采用TTCAN（time-trigger controller area network）标准，是一种基于ISO11898-1标准的CAN物理层来进行通信。TTCAN提供了一套时间触发消息机制，允许使用基于CAN网络形成控制环路，同时也提高了基于CAN的汽车网络的实时通信性能。
1.线控驱动系统的通信架构
线控底盘驱动系统部分包括加速踏板传感器模块、整车控制器VCU、电池管理系统BMS、电机控制器MCU及仪表单元等，如下图所示。线控驱动系统的通信主要包括VCU向电机控制器MCU发送的档位、转速或转矩指令，以及电机控制器MCU向VCU发送的驱动电机温度、驱动电机控制器温度、故障、过热、驱动电机的实际转速与转矩、电机旋转方向及控制器的实际输入电压与电流等信息。
2.CAN总线的工作原理
CAN总线系统由收发器、控制器、数据传输终端和数据传输线组成。其中，CAN收发器内置于控制器中，是控制器的门户。数据传输终端是布置于总线末端的一个电阻，该结构的作用是抑制数据的回流，保证信息传输的有效。数据传输线为了有效抵抗共模干扰，同时也为了抑制本身对周围信号的影响，采用双绞线结构，分为高低两线，一根传送高位信号，另外一根传送地位信号，两个信号互为镜像，受到外界干扰时，差分电压不变，如下图所示。
3.轮毂电机驱动系统
按照为车辆提供动力的方法不同，可以将其大体上分为两类，如图3-20所示，即集中式驱动电动车和轮毂电机驱动电动汽车。现有的纯电动汽车大部分都是集中式驱动，还没有很好地发挥电动汽车应有的性能和结构优势。与集中电机驱动相比，四轮轮毂驱动电机展现出巨大的优势。
轮毂电机直接安装于驱动轮内，无需设计变速器、万向传动装置、差速器等传统传动部件，将给电动车底盘设计与控制带来巨大变革和优化，包括：
1）系统效率提高,轮毂电机驱动系统比集中式电机驱动效率高出10%以上；
2）转矩响应精度高、响应速度快，可实现分布式驱动轮独立控制；
3）底盘布置自由度高，整车轻量化程度大幅提高；是混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车的优选动力源；
4）有利于实现更加优化的分布式驱动、制动控制，更便于自动驾驶上层控制策略的实现。
虽然轮毂电机具备一系列优势，但同时也存在一系列技术难点需要攻克。在轮毂电机系统设计方面，由于轮毂电机安装于车轮内，与发动机舱相比，环境恶劣，需解决以下难点：
1）轴承与密封设计方面，保证轮毂电机可在高低温冲击环境、大负荷冲击下正常工作；
2）减震降噪设计方面，当前大多数轮毂电机与车身和轮毂刚性连接，无法过滤转矩波动；
3）轮毂电机高效、高转矩设计方面，保证轮毂电机全转速范围的高效、高转矩输出。
