一文讀懂面向自動駕駛的線控底盤系統

感知識別、決策規劃、控制執行三個核心系統中，和傳統汽車零部件行業貼合最近的就是控制執行端，說的再明確一些就是驅動控制、轉向控制、制動控制等。自動駕駛的路徑規劃等駕駛決策是由傳感器根據實際的道路交通情況進行識別進而得出，都會是電信號，這就需要傳統汽車的進行線控的改造而適用于自動駕駛。

線控底盤主要有五大系統，分別為線控轉向、線控制動、線控換擋、線控、線控懸掛。而轉向和制動則是面向自動駕駛執行端方向最核心的產品，其中又以制動技術難度更高。

圖1 面向自動駕駛線控底盤組成

圖2 線控底盤組成

線控油門

當前線控油門或電子油門技術已經成熟。針對傳統燃油車，線控油門現在基本是標準配置，混合動力和電動汽車中都是線控油門，基本不需要換擋，若有也會是線控。

電子油門控制系統經過這么多年的發展，已經不是最初的控制概念了，而逐漸發展成為根據油門的位置，ECU來決定節氣門的開合大小以及噴油量、噴油時間間隔，早已經完成的電子線控化。

圖3 傳統油門踏板與電子油門控制系統對比

電子油門主要由油門踏板、踏板位移傳感器、ECU（電控單元）、CAN總線、伺服電動機和節氣門執行機構組成。油門踏板有一些國內的供應商，但電噴執行機構、ECU(EngineControl Unit)等技術全部掌握在國際零部件巨頭中，產業格局穩定，國內企業的參與度不高。

主要供應商

• Bosch

• Continental

• DENSO

• Magneti Marelli

• Hitachi

• Delphi Technologies

• SKF

  
  

線控換擋

線控換擋當前技術由傳統的機械手動檔位變化為手柄、撥桿、轉盤、按鈕等電子信號輸出的方式。線控換擋對燃油車自動變速器的控制方式不會改變，技術難度小，行業格局比較穩定，新進企業有一定機會，但需要與客戶深度綁定，該技術對自動駕駛影響不大。

圖4 燃油車發動機與變速器控制系統

圖5 線控換擋的執行機構形式

線控換擋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

• 重慶青山

• 寧波高發

  
  

圖6 線控換擋機構的主要組成

線控換擋技術發展已經發展的非常成熟，未來新能源汽車繼續普及，將會是整車標配，有很多的資源可以借助，不會成為技術發展瓶頸。

線控空氣懸架

當前技術已經比較成熟，受限于成本目前絕大多數應用于高端車輛，與自動駕駛關系不大，行業格局穩定。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電子的控制系統。

圖7 傳統汽車懸掛

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，目前大陸已經研發進展到第二代，其集成度相對于第一代產品有了極大的提高，空間更小，該系統的技術壁壘比較大。

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

  
  

線控空氣懸架技術成熟，行業格局穩定，且主要是大的零部件供應商巨頭在此領域，對自動駕駛的意義不明顯，屬于非關鍵部件。

線控轉向系統

SBW（steering by wire）的發展與EPS一脈相承，其所用到的關鍵部件在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

• 取消方向盤與轉向執行機構的機械連接，通過多個電機和控制器來增加系統的冗余度

• 在方向盤與轉向執行機構之間增加一個電磁離合器作為失效備份，來增加系統的冗余度。

  
  



圖11 傳統EPS系統組成



圖12 SBW系統的兩種方式



圖13 Bosch面向自動駕駛的線控轉向系統架構

上圖額外解釋一句是博世在EPS電機的基礎上進行了修改，使電機有兩個繞組，同時配備兩套電子功率器件控制系統，這樣在一個繞組出問題時另外一個繞組可以頂上，這樣電機還是可以工作，進而達到的冗余系統的要求。

線控轉向技術需要在EPS技術上發展，因此此項技術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內部供應，有很深厚的積累，新廠商切入此領域比較困難。

表1 有SBW產品的供應商

線控轉向SBW，技術基本掌握在海外的零部件巨頭手中，且沒有完全成熟，技術多基于之前EPS，進入壁壘非常高。

線控制動系統

BBW（Brake by Wire）線控制動系統也分為兩種類型

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

• 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，也可稱為：分布式、干式制動系統。

BBW系統與傳統液壓式剎車系統, ABS, ESC等產品的技術積累正相關，屬于核心的安全部件，進入壁壘高于轉向系統。

線控制動系統是在傳統的制動系統上發展而來的，下兩圖可以看到線控制動系統和傳統制動系統的對比。線控制動系統執行信息由電信號傳遞，相對來講制動壓力相應的更快，進而剎車距離更短更安全，車輛操控性更好。

圖17 傳統制動系統與線控制動系統對比

圖18 傳統制動系統結構圖圖

圖19 傳統制動系統與電液制動系統對比與響應時間對比

線控制動系統的優勢

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

• 質量輕，體積小

• 無制動液，便于維護

• 便于擴展其它電控功能，使用 Flexray 通訊協議

EHB根據技術方向還分為三類

• 電動伺服：電機驅動主缸提供制動液壓力源，代表產品 Bosch Ibooster, NSK

• 電液伺服：采用電機+泵提供制動壓力源，代表產品 Continental MK C1, 日立

• 電機+高壓蓄能器電液伺服：ADVICS ECB

以上關鍵部件包括：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產品。

表2 EHB主要供應商

EMB技術難點

• 由于去除了備用的液壓制動系統，EMB 需要高可靠性，還需要可靠性更高的總線協議

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

• 制動器需要能夠耐高溫，質量輕，成本低

• 需要更好的抗干擾能力，抵制車輛運行中遇到的各種干擾信號

  
  

EMB技術優勢

• 響應時間更短：Brembo 號稱 90ms< Ibooster 120ms

• 體積更小：省去液壓管路的體積

• 沒有液壓系統，不會有液體泄漏

  
  



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

線控制動，EHB國外廠商技術發展已經比較成熟，但嚴格意義講還不適應于L4自動駕駛，國內此項技術在努力追趕；EMB還處在研究階段，目前看較難有突破。

自動駕駛現在轟轟烈烈的在發展，似乎全球車企都對此產生了焦慮癥，擔心自動駕駛的產業重構會讓企業落后于時代。從執行端來看，線控油門、線控換擋、線控空氣懸掛雖然技術都很成熟了，但最為關鍵的轉向和制動系統目前還沒有一套可以適用于L4駕駛的穩定的量產產品。

這點上SBW系統好于BBW系統，SBW系統已經看到了博世的樣車，雖然有召回Infiniti Q50上至少已經批量裝車SBW系統，Nexteer也據說將在2019開始量產其quietwheel產品等。對于適用于L4的BBW系統，雖然博世宣稱Ibooster+ESC是可以滿足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足冗余度的要求，而EMB的技術更是不知什么時候能夠實際裝車量產，對于執行端實際技術還有很長的路要走。