一文讀懂面向自動(dòng)駕駛的線(xiàn)控底盤(pán)系統

感知識別、決策規劃、控制執行三個(gè)核心系統中，和傳統汽車(chē)零部件行業(yè)貼合最近的就是控制執行端，說(shuō)的再明確一些就是驅動(dòng)控制、轉向控制、制動(dòng)控制等。自動(dòng)駕駛的路徑規劃等駕駛決策是由傳感器根據實(shí)際的道路交通情況進(jìn)行識別進(jìn)而得出，都會(huì )是電信號，這就需要傳統汽車(chē)的進(jìn)行線(xiàn)控的改造而適用于自動(dòng)駕駛。

線(xiàn)控底盤(pán)主要有五大系統，分別為線(xiàn)控轉向、線(xiàn)控制動(dòng)、線(xiàn)控換擋、線(xiàn)控、線(xiàn)控懸掛。而轉向和制動(dòng)則是面向自動(dòng)駕駛執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(xiàn)控底盤(pán)組成

圖2 線(xiàn)控底盤(pán)組成

線(xiàn)控油門(mén)

當前線(xiàn)控油門(mén)或電子油門(mén)技術(shù)已經(jīng)成熟。針對傳統燃油車(chē)，線(xiàn)控油門(mén)現在基本是標準配置，混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車(chē)中都是線(xiàn)控油門(mén)，基本不需要換擋，若有也會(huì )是線(xiàn)控。

電子油門(mén)控制系統經(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)展成為根據油門(mén)的位置，ECU來(lái)決定節氣門(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(xiàn)控化。

圖3 傳統油門(mén)踏板與電子油門(mén)控制系統對比

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(xiàn)、伺服電動(dòng)機和節氣門(mén)執行機構組成。油門(mén)踏板有一些國內的供應商，但電噴執行機構、ECU(EngineControl Unit)等技術(shù)全部掌握在國際零部件巨頭中，產(chǎn)業(yè)格局穩定，國內企業(yè)的參與度不高。

主要供應商

• Bosch

• Continental

• DENSO

• Magneti Marelli

• Hitachi

• Delphi Technologies

• SKF

  
  

線(xiàn)控換擋

線(xiàn)控換擋當前技術(shù)由傳統的機械手動(dòng)檔位變化為手柄、撥桿、轉盤(pán)、按鈕等電子信號輸出的方式。線(xiàn)控換擋對燃油車(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)格局比較穩定，新進(jìn)企業(yè)有一定機會(huì )，但需要與客戶(hù)深度綁定，該技術(shù)對自動(dòng)駕駛影響不大。

圖4 燃油車(chē)發(fā)動(dòng)機與變速器控制系統

圖5 線(xiàn)控換擋的執行機構形式

線(xiàn)控換擋Gear Shifter機構主要供應商

• 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(xiàn)控換擋機構的主要組成

線(xiàn)控換擋技術(shù)發(fā)展已經(jīng)發(fā)展的非常成熟，未來(lái)新能源汽車(chē)繼續普及，將會(huì )是整車(chē)標配，有很多的資源可以借助，不會(huì )成為技術(shù)發(fā)展瓶頸。

線(xiàn)控空氣懸架

當前技術(shù)已經(jīng)比較成熟，受限于成本目前絕大多數應用于高端車(chē)輛，與自動(dòng)駕駛關(guān)系不大，行業(yè)格局穩定。組成部件主要有：空氣彈簧、儲氣罐、高度傳感器、減震器、氣泵、電控單元。下面兩圖能夠看到傳統車(chē)輛的懸掛與空氣懸掛的對比，可以看到相對傳統懸架，空氣懸架增多了汽車(chē)電子的控制系統。

圖7 傳統汽車(chē)懸掛

圖8 空氣懸掛系統

圖9 非集成式空氣懸掛控制系統

圖10 集成式空氣懸掛控制系統

對于空氣懸掛控制系統，目前大陸已經(jīng)研發(fā)進(jìn)展到第二代，其集成度相對于第一代產(chǎn)品有了極大的提高，空間更小，該系統的技術(shù)壁壘比較大。

空氣懸架主要供應商

• ZF (Germany)

• Continental

• Mando Corporation

• Thyssenkrupp

• Tenneco

• Magneti Marelli

• Mobis

• Hitachi

• AMK(中鼎股份)

• BWI

  
  

線(xiàn)控空氣懸架技術(shù)成熟，行業(yè)格局穩定，且主要是大的零部件供應商巨頭在此領(lǐng)域，對自動(dòng)駕駛的意義不明顯，屬于非關(guān)鍵部件。

線(xiàn)控轉向系統

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中一樣有應用，其系統相對于EPS需要有冗余功能。

目前SBW系統有兩種方式

• 取消方向盤(pán)與轉向執行機構的機械連接，通過(guò)多個(gè)電機和控制器來(lái)增加系統的冗余度

• 在方向盤(pán)與轉向執行機構之間增加一個(gè)電磁離合器作為失效備份，來(lái)增加系統的冗余度。

  
  



圖11 傳統EPS系統組成



圖12 SBW系統的兩種方式



圖13 Bosch面向自動(dòng)駕駛的線(xiàn)控轉向系統架構

上圖額外解釋一句是博世在EPS電機的基礎上進(jìn)行了修改，使電機有兩個(gè)繞組，同時(shí)配備兩套電子功率器件控制系統，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，這樣電機還是可以工作，進(jìn)而達到的冗余系統的要求。

線(xiàn)控轉向技術(shù)需要在EPS技術(shù)上發(fā)展，因此此項技術(shù)的參與者絕大多數都是傳統的Tier 1 EPS系統供應商。EPS的核心部件：電機、電控、扭矩傳感器、角度傳感器基本都為各大主機廠(chǎng)內部供應，有很深厚的積累，新廠(chǎng)商切入此領(lǐng)域比較困難。

表1 有SBW產(chǎn)品的供應商

線(xiàn)控轉向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(xiàn)控制動(dòng)系統

BBW（Brake by Wire）線(xiàn)控制動(dòng)系統也分為兩種類(lèi)型

• EHB: Electro Hydraulic Brake, EHB 系統的控制單元及執行機構布置的比較集中，并且使用制動(dòng)液作為動(dòng)力傳遞媒介，有液壓備份系統，也可以稱(chēng)之為：集中式、濕式制動(dòng)系統，發(fā)展相對成熟；

• EMB: Electro Mechanical Brake 采用電子機械裝置代替液壓管路，執行機構通常安在輪邊，也可稱(chēng)為：分布式、干式制動(dòng)系統。

BBW系統與傳統液壓式剎車(chē)系統, 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)入壁壘高于轉向系統。

線(xiàn)控制動(dòng)系統是在傳統的制動(dòng)系統上發(fā)展而來(lái)的，下兩圖可以看到線(xiàn)控制動(dòng)系統和傳統制動(dòng)系統的對比。線(xiàn)控制動(dòng)系統執行信息由電信號傳遞，相對來(lái)講制動(dòng)壓力相應的更快，進(jìn)而剎車(chē)距離更短更安全，車(chē)輛操控性更好。

圖17 傳統制動(dòng)系統與線(xiàn)控制動(dòng)系統對比

圖18 傳統制動(dòng)系統結構圖圖

圖19 傳統制動(dòng)系統與電液制動(dòng)系統對比與響應時(shí)間對比

線(xiàn)控制動(dòng)系統的優(yōu)勢

• 導線(xiàn)取代冗長(cháng)的液壓管路，制動(dòng)響應速度快（500~600ms ->100~150ms）

• 質(zhì)量輕，體積小

• 無(wú)制動(dòng)液，便于維護

• 便于擴展其它電控功能，使用 Flexray 通訊協(xié)議

EHB根據技術(shù)方向還分為三類(lèi)

• 電動(dòng)伺服：電機驅動(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+泵提供制動(dòng)壓力源，代表產(chǎn)品 Continental MK C1, 日立

• 電機+高壓蓄能器電液伺服：ADVICS ECB

以上關(guān)鍵部件包括：電機、電磁閥、油泵、電液控制單元、蓄能器，這些部件集成在一起，形成了機電液集成程度非常高的EHB產(chǎn)品。

表2 EHB主要供應商

EMB技術(shù)難點(diǎn)

• 由于去除了備用的液壓制動(dòng)系統，EMB 需要高可靠性，還需要可靠性更高的總線(xiàn)協(xié)議

• 制動(dòng)能量需求比較大 1-2kw 電機，12V 系統比較難負載，42 或 48V 高壓系統

• 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)輛運行中遇到的各種干擾信號

  
  

EMB技術(shù)優(yōu)勢

• 響應時(shí)間更短：Brembo 號稱(chēng) 90ms< Ibooster 120ms

• 體積更?。菏∪ヒ簤汗苈返捏w積

• 沒(méi)有液壓系統，不會(huì )有液體泄漏

  
  



表3 EMB主要供應商



圖23 Brembo EMB樣機



圖24 Siemens VDO EMB樣機



圖25 瑞典瀚德EMB樣機

線(xiàn)控制動(dòng)，EHB國外廠(chǎng)商技術(shù)發(fā)展已經(jīng)比較成熟，但嚴格意義講還不適應于L4自動(dòng)駕駛，國內此項技術(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)駕駛現在轟轟烈烈的在發(fā)展，似乎全球車(chē)企都對此產(chǎn)生了焦慮癥，擔心自動(dòng)駕駛的產(chǎn)業(yè)重構會(huì )讓企業(yè)落后于時(shí)代。從執行端來(lái)看，線(xiàn)控油門(mén)、線(xiàn)控換擋、線(xiàn)控空氣懸掛雖然技術(shù)都很成熟了，但最為關(guān)鍵的轉向和制動(dòng)系統目前還沒(méi)有一套可以適用于L4駕駛的穩定的量產(chǎn)產(chǎn)品。

這點(diǎn)上SBW系統好于BBW系統，SBW系統已經(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，Nexteer也據說(shuō)將在2019開(kāi)始量產(chǎn)其quietwheel產(chǎn)品等。對于適用于L4的BBW系統，雖然博世宣稱(chēng)Ibooster+ESC是可以滿(mǎn)足L4的標準，但其還是共用一套液壓管路，嚴格意義上將還不滿(mǎn)足冗余度的要求，而EMB的技術(shù)更是不知什么時(shí)候能夠實(shí)際裝車(chē)量產(chǎn)，對于執行端實(shí)際技術(shù)還有很長(cháng)的路要走。