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i-EFV系统立足于车辆、交通与电力等多系统的协同优化，融合基于ITS的智能汽车技术与以电驱动系统为平台的清洁能源汽车技术，既要综合实现安全、节能、环保与舒适性能，也要保证大规模车辆、交通与电力系统的综合性能最优。从集成车辆集群、交通及电力等多系统综合管理、协同优化的角度，智能环境友好型车辆的系统总体结构如图1.3所示。该系统中，i-EFV车辆、ITS中心以及电网调度中心是三个单独运行的子系统，其通过无线、光纤等通信方式进行信息的交互与共享，进而实现各系统的协同与优化控制。各子系统的任务各有侧重：电网调度中心通过与ITS中心的信息交互，对电能的制备和调度进行优化管理；ITS中心基于车-路通信信息以及电网侧反馈信息，对交通系统中的车辆进行实时监控及引导；i-EFV车辆，作为大规模交通运载的执行节点，基于车-车通信（Vehicle to Vehicle, V2V）、车-路通信（Vehicle to Infrastructure, V2I）、远程无线通信等交互信息以及车载传感系统感知行驶环境信息，优化控制各执行部件，综合实现车辆最优的安全、舒适、节能与环保的性能。
图1.3 i-EFV系统结构
新能源汽车是解决日益严重的环境、能源问题的有效手段之一，已得到国内外深入研究；而ITS作为用智能汽车技术解决交通安全和交通拥堵等问题的重要途径，也得到各研究机构和汽车厂商的重点关注。但是，目前两者的研究相互独立，无法实现相互之间的结构共用、信息共享和控制协同，以取得更加理想的多目标系统功能。近年来，国外相关研究机构已开展新能源汽车与ITS系统相结合的技术可能性探讨，但仅处于起步阶段，缺少对于融合新能源汽车与ITS的新概念汽车系统的研究。本书提出的i-EFV概念，具有在保障行驶安全前提下实现节能、环保与舒适的综合性能，同时又融合了新能源汽车与智能汽车技术各自的优势，形成了全新的车辆架构和技术体系。图1.4所示为i-EFV车辆与国外现有的智能化、网联化新能源车辆的结构对比。
i-EFV系统立足于车辆、交通与电力等多系统的协同优化，融合基于ITS的智能汽车技术与以电驱动系统为平台的清洁能源汽车技术，既要综合实现安全、节能、环保与舒适性能，也要保证大规模车辆、交通与电力系统的综合性能最优。为实现上述目标，i-EFV系统包含智能信息交互、清洁能源动力和电控化底盘三大关键系统。
图1.4 i-EFV车辆与国外现有结构对比
智能信息交互系统用于车辆状态与交通环境信息的识别、i-EFV车辆与环境系统的信息交互以及多源信息的综合处理及显示，其结构示意图如图1.5所示。该系统包含车-车通信模块、车-路通信模块、远程无线通信模块、车载传感系统以及多源信号处理模块，各模块以及车载传感系统中各传感器在车内以总线方式进行交互。
1）车-车通信通过车载V2V通信模块实现，主要传递与车辆自身运动及部件工作相关的信息，包含车辆速度、加速度、加速踏板、制动踏板、车辆地理位置以及车辆运行状态及故障信息等。
图1.5 智能信息交互系统结构示意图
2）车-路通信通过车载V2I通信模块与道路基站的无线通信实现，其中车辆侧主要发送与自车运动及部件工作相关的信息，包含自车速度、行驶路径、自车部件状态及故障信息、自车行驶安全状态信息（与前车相对距离、相对速度、车辆行驶稳定状态等）以及车辆地理位置；道路侧主要发送与交通流以及道路相关的信息，包含交通流信息、交通信号灯信息、前方路口信息、道路特殊状态信息（前方交通事故、施工、限速等提示信息）以及道路信息（估测路面附着系数、道路曲率、道路坡度）等。
3）远程无线通信模块主要用于车辆与手机、互联网等进行通信，交互的信息主要包含手机远程监控与远程控制相关信息，基于互联网的车辆系统更新信息、服务查询信息等。
4）车载传感系统装载GPS、雷达、机器视觉、车辆运动传感器以及车辆部件传感器，用于采集车辆自身以及车辆行驶环境信息。其中GPS主要采集车辆地理位置以及车辆速度信息；雷达主要用于检测前方物体相对速度与相对距离信息；机器视觉主要用于行驶环境的识别（如车道线、道路曲率、邻车、道路标示牌等车辆与交通环境信息）和行人的识别，并根据系统功能提取相应的信息；车辆运动传感器主要采集纵向加速度、横向加速度以及横摆角速度等车辆运动信息；车辆部件传感器采集动力系统、传动系统、制动系统、悬架系统、转向系统以及相关部件的状态和故障信息。
5）多源信号处理模块主要基于车-车通信、车-路通信、远程无线通信以及车载传感系统等多源信息，进行相应的多源信号监控、管理以及综合处理，为车辆综合控制以及驾驶员操作提供准确的信息基础，其信号综合处理的理论基础是信息融合。
从以上智能信息交互系统结构组成与传输信息特点可以看出，其具有多网络异构与数据处理量庞大的特征。
一方面，网络系统集成了车内总线网、短程无线通信网与远程通信网。基于不同的应用场景，车内总线网络可能集成控制器局域网（Controller Area Network, CAN）、本地互联网络（Local Interconnect Network, LIN）、FlexRay和MOST（Media Oriented System Transport）等总线形式；车-车/车-路短程无线通信网络主要包含基于IEEE802.11p的专用短程通信（Dedicated Short Range Communications, DSRC）和基于IEEE802.11a/b/g/n/p的无线局域网络（Wireless Local Area Networks, WLAN）；而远程通信网络则基于4G/5G进行车辆与信息服务平台间的远程通信。另一方面，i-EFV基于短程无线通信、远程无线通信以及车载传感系统识别等获取了全面的车辆状态、行驶环境以及交通系统的信息，这些信息具有数据量大、覆盖面广和冗余性高等特点。为准确地辨识车辆运动特征，重构完整的车辆运行环境，要求对这些信息进行快速、有效的综合处理，而多源信号处理模块的计算速度与内存容量将直接影响信息处理的准确性和实时性，也将进一步影响驾驶员操作以及车辆的实时控制性能。
针对以上异构网络集成与快速信号处理器设计的问题，智能信息交互系统的设计重点研究内容包含：①多天线电路集成（车-车通信、车-路通信、GPS、4G/5G等）技术；②车载多网络协同的智能网关技术；③面向多样化需求的多网络信息交互标准和通信协议设计；④高运算速度、低成本的新型硬件及软件系统架构；⑤模块化、扩展性强的硬件计算平台。
清洁能源动力系统，将热能和电能转化为机械能，驱动i-EFV行驶，其系统结构包含清洁动力驱动系统以及高效储能系统。基于目前各类清洁能源动力系统发展的情况以及各自的优势，从系统综合性能优化的角度出发，本节给出了动力系统结构，如图1.6所示。其中，高效储能系统包含可外接充电的高压电池组以及超级电容，清洁动力驱动系统主要分为串联与并联式两种系统结构。图1.6a为并联式动力结构，清洁动力驱动系统包含发动机与电机，通过机械连接进行动力耦合并输出。图1.6b为串联式动力结构，清洁动力驱动系统包含车载发电组与电机，其中清洁动力驱动系统与电池直接进行电能耦合，整车动力由电机输出。
从图1.6可以看出，超级电容通过逆变器（DC/DC变换器）与高压电池组连接。从兼顾车辆能量密度与功率密度的角度看，高压电池组与超级电容的集成是一种优化的组合方式。高压电池组比容量大，能够为整车提供足够的驱动能量，而其存在瞬时充放电功率较小、低温工作性能差的缺点。超级电容具有瞬时充放电功率大、低温工作性能好的优点，可以弥补高压电池组的缺点。通过协调控制电池与超级电容，可以降低电池组瞬时充放电电流，提高电池组的循环寿命。此外，由于超级电容能够实现瞬时大功率充电，可进一步提高制动能量回收利用率，优化整车经济性。
图1.6 清洁能源动力系统结构示意图
并联式动力结构中，清洁动力驱动系统包含电机及其控制器和发动机，其中发动机为基于节能、环保要求设计的清洁动力系统，如高效的柴油发动机、改进的汽油机、替代燃料发动机、氢燃料发动机等；串联式动力结构中，车载发电组通过内燃机/发电机组或者燃料电池发动机等动力系统产生电能，并与储能系统进行电能耦合。各类改进的发动机以及车载发电组主要解决目前电池成本高与续驶里程不足的问题。目前，从成本以及技术成熟性的角度，采用优化匹配后的传统内燃机作为驱动发动机或者发电机组是比较可行的方案。
目前，在以电驱动技术为基础的清洁能源动力系统设计方面，国内外已开展了大量的研究，仍存在储能系统成本高、能量密度与功率密度低、系统匹配有待进一步优化等问题。为实现其大规模应用，重点研究内容包含：①基于新结构、新反应原理的高能量密度、低成本的电池；②具有高综合性能的电池管理系统；③高性能、低成本超级电容；④具有高可靠性、低成本的超级电容与高压电池组的集成技术；⑤可应用于实车控制的稳定、效果优异的超级电容与高压电池组协同控制算法；⑥高压电池组与超级电容组合优化设计方法，实现系统成本与动力系统功率与能量密度的综合优化；⑦针对新型特性电池组与超级电容等多能源系统，设计新型的驱动形式与系统构型；⑧发动机与电机工作区间以及效率特性的匹配优化。
电控化底盘系统，通过控制车辆纵向、横向以及垂向的运动，在满足车辆行驶目标的基础上，实现车辆安全与舒适的性能。电控化底盘主要包含电液复合制动系统、线控转向系统以及电控悬架系统。其中，电液复合制动系统结合电机以及液压制动，通过各系统协调控制实现制动压力的主动调节与快速响应，是综合满足汽车行驶安全、节能和环保的共用制动力调节结构；线控转向系统为主动转向系统，根据驾驶员需求与车辆及环境状态，主动调节转向角，是综合满足汽车行驶安全和舒适的共用转向力矩调节结构；电控悬架为主动悬架系统，用以调整车辆侧倾、俯仰姿态等，从而改变车辆运动姿态以及运动特性，提高车辆行驶稳定性及驾驶员舒适性。底盘系统是车辆实现行驶任务，满足驾驶员舒适性和安全性的重要执行系统。目前在传统线控转向、制动以及电控悬架等系统设计方面已经比较成熟，然而，引入电驱动系统所带来的整车新的电力平台及其电气系统特性，对底盘各系统的设计带来了新的变化和机遇：①车辆能够更容易实现24V或者42V的整车供电；②系统具有更大功率的动力源；③传统的液压制动、转向与电驱动系统存在某种程度功能冗余（如电机制动能量回收、电机直接横摆力矩转向等）。如何基于新的整车电气特性与新型动力系统分布形式，对底盘系统进行优化设计，将成为新一代车辆底盘系统结构设计的重点。