一文讀懂面向自動(dòng)駕駛的線控底盤(pán)系統(tǒng)
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感知識(shí)別、決策規(guī)劃、控制執(zhí)行三個(gè)核心系統(tǒng)中，和傳統(tǒng)汽車(chē)零部件行業(yè)貼合最近的就是控制執(zhí)行端，說(shuō)的再明確一些就是驅(qū)動(dòng)控制、轉(zhuǎn)向控制、制動(dòng)控制等。自動(dòng)駕駛的路徑規(guī)劃等駕駛決策是由傳感器根據(jù)實(shí)際的道路交通情況進(jìn)行識(shí)別進(jìn)而得出，都會(huì)是電信號(hào)，這就需要傳統(tǒng)汽車(chē)的進(jìn)行線控的改造而適用于自動(dòng)駕駛。
線控底盤(pán)主要有五大系統(tǒng)，分別為線控轉(zhuǎn)向、線控制動(dòng)、線控?fù)Q擋、線控、線控懸掛。而轉(zhuǎn)向和制動(dòng)則是面向自動(dòng)駕駛執(zhí)行端方向最核心的產(chǎn)品，其中又以制動(dòng)技術(shù)難度更高。
圖1 面向自動(dòng)駕駛線控底盤(pán)組成
圖2 線控底盤(pán)組成
線控油門(mén)
當(dāng)前線控油門(mén)或電子油門(mén)技術(shù)已經(jīng)成熟。針對(duì)傳統(tǒng)燃油車(chē)，線控油門(mén)現(xiàn)在基本是標(biāo)準(zhǔn)配置，混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車(chē)中都是線控油門(mén)，基本不需要換擋，若有也會(huì)是線控。
電子油門(mén)控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)這么多年的發(fā)展，已經(jīng)不是最初的控制概念了，而逐漸發(fā)展成為根據(jù)油門(mén)的位置，ECU來(lái)決定節(jié)氣門(mén)的開(kāi)合大小以及噴油量、噴油時(shí)間間隔，早已經(jīng)完成的電子線控化。
圖3 傳統(tǒng)油門(mén)踏板與電子油門(mén)控制系統(tǒng)對(duì)比
電子油門(mén)主要由油門(mén)踏板、踏板位移傳感器、ECU（電控單元）、CAN總線、伺服電動(dòng)機(jī)和節(jié)氣門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。油門(mén)踏板有一些國(guó)內(nèi)的供應(yīng)商，但電噴執(zhí)行機(jī)構(gòu)、ECU(EngineControl Unit)等技術(shù)全部掌握在國(guó)際零部件巨頭中，產(chǎn)業(yè)格局穩(wěn)定，國(guó)內(nèi)企業(yè)的參與度不高。
主要供應(yīng)商
Bosch
Continental
DENSO
Magneti Marelli
Hitachi
Delphi Technologies
SKF
線控?fù)Q擋
線控?fù)Q擋當(dāng)前技術(shù)由傳統(tǒng)的機(jī)械手動(dòng)檔位變化為手柄、撥桿、轉(zhuǎn)盤(pán)、按鈕等電子信號(hào)輸出的方式。線控?fù)Q擋對(duì)燃油車(chē)自動(dòng)變速器的控制方式不會(huì)改變，技術(shù)難度小，行業(yè)格局比較穩(wěn)定，新進(jìn)企業(yè)有一定機(jī)會(huì)，但需要與客戶(hù)深度綁定，該技術(shù)對(duì)自動(dòng)駕駛影響不大。
圖4 燃油車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器控制系統(tǒng)
圖5 線控?fù)Q擋的執(zhí)行機(jī)構(gòu)形式
線控?fù)Q擋Gear Shifter機(jī)構(gòu)主要供應(yīng)商
ZF (Germany)
GHSP(US)
Kongsberg Automotive (Norway)
Stoneridge (US)
Fuji Kiko (Japan)
Dura (US)
南京奧聯(lián)
重慶青山
寧波高發(fā)
圖6 線控?fù)Q擋機(jī)構(gòu)的主要組成
線控?fù)Q擋技術(shù)發(fā)展已經(jīng)發(fā)展的非常成熟，未來(lái)新能源汽車(chē)?yán)^續(xù)普及，將會(huì)是整車(chē)標(biāo)配，有很多的資源可以借助，不會(huì)成為技術(shù)發(fā)展瓶頸。
線控空氣懸架
當(dāng)前技術(shù)已經(jīng)比較成熟，受限于成本目前絕大多數(shù)應(yīng)用于高端車(chē)輛，與自動(dòng)駕駛關(guān)系不大，行業(yè)格局穩(wěn)定。組成部件主要有：空氣彈簧、儲(chǔ)氣罐、高度傳感器、減震器、氣泵、電控單元。下面兩圖能夠看到傳統(tǒng)車(chē)輛的懸掛與空氣懸掛的對(duì)比，可以看到相對(duì)傳統(tǒng)懸架，空氣懸架增多了汽車(chē)電子的控制系統(tǒng)。
圖7 傳統(tǒng)汽車(chē)懸掛
圖8 空氣懸掛系統(tǒng)
圖9 非集成式空氣懸掛控制系統(tǒng)
圖10 集成式空氣懸掛控制系統(tǒng)
對(duì)于空氣懸掛控制系統(tǒng)，目前大陸已經(jīng)研發(fā)進(jìn)展到第二代，其集成度相對(duì)于第一代產(chǎn)品有了極大的提高，空間更小，該系統(tǒng)的技術(shù)壁壘比較大。
空氣懸架主要供應(yīng)商
ZF (Germany)
Continental
Mando Corporation
Thyssenkrupp
Tenneco
Magneti Marelli
Mobis
Hitachi
AMK(中鼎股份)
BWI
取消方向盤(pán)與轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械連接，通過(guò)多個(gè)電機(jī)和控制器來(lái)增加系統(tǒng)的冗余度
在方向盤(pán)與轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間增加一個(gè)電磁離合器作為失效備份，來(lái)增加系統(tǒng)的冗余度。
線控空氣懸架技術(shù)成熟，行業(yè)格局穩(wěn)定，且主要是大的零部件供應(yīng)商巨頭在此領(lǐng)域，對(duì)自動(dòng)駕駛的意義不明顯，屬于非關(guān)鍵部件。
線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
SBW（steering by wire）的發(fā)展與EPS一脈相承，其所用到的關(guān)鍵部件在EPS中一樣有應(yīng)用，其系統(tǒng)相對(duì)于EPS需要有冗余功能。
目前SBW系統(tǒng)有兩種方式
圖11 傳統(tǒng)EPS系統(tǒng)組成
圖12 SBW系統(tǒng)的兩種方式
圖13 Bosch面向自動(dòng)駕駛的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)架構(gòu)
上圖額外解釋一句是博世在EPS電機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了修改，使電機(jī)有兩個(gè)繞組，同時(shí)配備兩套電子功率器件控制系統(tǒng)，這樣在一個(gè)繞組出問(wèn)題時(shí)另外一個(gè)繞組可以頂上，這樣電機(jī)還是可以工作，進(jìn)而達(dá)到的冗余系統(tǒng)的要求。
線控轉(zhuǎn)向技術(shù)需要在EPS技術(shù)上發(fā)展，因此此項(xiàng)技術(shù)的參與者絕大多數(shù)都是傳統(tǒng)的Tier 1 EPS系統(tǒng)供應(yīng)商。EPS的核心部件：電機(jī)、電控、扭矩傳感器、角度傳感器基本都為各大主機(jī)廠內(nèi)部供應(yīng)，有很深厚的積累，新廠商切入此領(lǐng)域比較困難。
表1 有SBW產(chǎn)品的供應(yīng)商
線控轉(zhuǎn)向SBW，技術(shù)基本掌握在海外的零部件巨頭手中，且沒(méi)有完全成熟，技術(shù)多基于之前EPS，進(jìn)入壁壘非常高。
線控制動(dòng)系統(tǒng)
BBW（Brake by Wire）線控制動(dòng)系統(tǒng)也分為兩種類(lèi)型
EHB: Electro Hydraulic Brake, EHB 系統(tǒng)的控制單元及執(zhí)行機(jī)構(gòu)布置的比較集中，并且使用制動(dòng)液作為動(dòng)力傳遞媒介，有液壓備份系統(tǒng)，也可以稱(chēng)之為：集中式、濕式制動(dòng)系統(tǒng)，發(fā)展相對(duì)成熟；
EMB: Electro Mechanical Brake 采用電子機(jī)械裝置代替液壓管路，執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常安在輪邊，也可稱(chēng)為：分布式、干式制動(dòng)系統(tǒng)。
BBW系統(tǒng)與傳統(tǒng)液壓式剎車(chē)系統(tǒng), ABS, ESC等產(chǎn)品的技術(shù)積累正相關(guān)，屬于核心的安全部件，進(jìn)入壁壘高于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
線控制動(dòng)系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)上發(fā)展而來(lái)的，下兩圖可以看到線控制動(dòng)系統(tǒng)和傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)的對(duì)比。線控制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行信息由電信號(hào)傳遞，相對(duì)來(lái)講制動(dòng)壓力相應(yīng)的更快，進(jìn)而剎車(chē)距離更短更安全，車(chē)輛操控性更好。
圖17 傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)與線控制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)比
圖18 傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖
圖19 傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)與電液制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)比與響應(yīng)時(shí)間對(duì)比
線控制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)
導(dǎo)線取代冗長(zhǎng)的液壓管路，制動(dòng)響應(yīng)速度快（500~600ms ->100~150ms）
質(zhì)量輕，體積小
無(wú)制動(dòng)液，便于維護(hù)
便于擴(kuò)展其它電控功能，使用 Flexray 通訊協(xié)議
EHB根據(jù)技術(shù)方向還分為三類(lèi)
電動(dòng)伺服：電機(jī)驅(qū)動(dòng)主缸提供制動(dòng)液壓力源，代表產(chǎn)品 Bosch Ibooster, NSK
電液伺服：采用電機(jī)+泵提供制動(dòng)壓力源，代表產(chǎn)品 Continental MK C1, 日立
電機(jī)+高壓蓄能器電液伺服：ADVICS ECB
以上關(guān)鍵部件包括：電機(jī)、電磁閥、油泵、電液控制單元、蓄能器，這些部件集成在一起，形成了機(jī)電液集成程度非常高的EHB產(chǎn)品。
表2 EHB主要供應(yīng)商
EMB技術(shù)難點(diǎn)
由于去除了備用的液壓制動(dòng)系統(tǒng)，EMB 需要高可靠性，還需要可靠性更高的總線協(xié)議
制動(dòng)能量需求比較大 1-2kw 電機(jī)，12V 系統(tǒng)比較難負(fù)載，42 或 48V 高壓系統(tǒng)
制動(dòng)器需要能夠耐高溫，質(zhì)量輕，成本低
需要更好的抗干擾能力，抵制車(chē)輛運(yùn)行中遇到的各種干擾信號(hào)
響應(yīng)時(shí)間更短：Brembo 號(hào)稱(chēng) 90ms< Ibooster 120ms
體積更?。菏∪ヒ簤汗苈返捏w積
沒(méi)有液壓系統(tǒng)，不會(huì)有液體泄漏
EMB技術(shù)優(yōu)勢(shì)
表3 EMB主要供應(yīng)商
圖23 Brembo EMB樣機(jī)
圖24 Siemens VDO EMB樣機(jī)
圖25 瑞典瀚德EMB樣機(jī)
線控制動(dòng)，EHB國(guó)外廠商技術(shù)發(fā)展已經(jīng)比較成熟，但嚴(yán)格意義講還不適應(yīng)于L4自動(dòng)駕駛，國(guó)內(nèi)此項(xiàng)技術(shù)在努力追趕；EMB還處在研究階段，目前看較難有突破。
自動(dòng)駕駛現(xiàn)在轟轟烈烈的在發(fā)展，似乎全球車(chē)企都對(duì)此產(chǎn)生了焦慮癥，擔(dān)心自動(dòng)駕駛的產(chǎn)業(yè)重構(gòu)會(huì)讓企業(yè)落后于時(shí)代。從執(zhí)行端來(lái)看，線控油門(mén)、線控?fù)Q擋、線控空氣懸掛雖然技術(shù)都很成熟了，但最為關(guān)鍵的轉(zhuǎn)向和制動(dòng)系統(tǒng)目前還沒(méi)有一套可以適用于L4駕駛的穩(wěn)定的量產(chǎn)產(chǎn)品。
這點(diǎn)上SBW系統(tǒng)好于BBW系統(tǒng)，SBW系統(tǒng)已經(jīng)看到了博世的樣車(chē)，雖然有召回Infiniti Q50上至少已經(jīng)批量裝車(chē)SBW系統(tǒng)，Nexteer也據(jù)說(shuō)將在2019開(kāi)始量產(chǎn)其quietwheel產(chǎn)品等。對(duì)于適用于L4的BBW系統(tǒng)，雖然博世宣稱(chēng)Ibooster+ESC是可以滿(mǎn)足L4的標(biāo)準(zhǔn)，但其還是共用一套液壓管路，嚴(yán)格意義上將還不滿(mǎn)足冗余度的要求，而EMB的技術(shù)更是不知什么時(shí)候能夠?qū)嶋H裝車(chē)量產(chǎn)，對(duì)于執(zhí)行端實(shí)際技術(shù)還有很長(zhǎng)的路要走。
評(píng)論