智能汽车最好时代已经来临本土企业线控转向全力突围

  编者按:2022年5月27日,由盖世汽车主办的2022汽车智能底盘-云论坛如期举行。蜂巢智能转向总经理王朝久受邀出席并发表《汽车底盘线控化与智能化浅谈》的主题演讲。盖世汽车根据演讲整理成文,以分享读者。

  当前汽车时代变革正在发生,促使底盘系统也一起发生变革。我国作为有责任意识的大国,向国际承诺,2030年前要实现碳达峰,2060年前实现碳中和,因此未来低碳动力汽车将迎来飞速的发展。中汽协预测2025年新能源汽车产销量将超过800万辆,复合增长率达到32%,由此带来的电动汽车、氢能汽车的发展。

  在信息化和互联网方面,4G通信造成互联网经济,5G网络实现万物互联,汽车新四化也将让汽车发生革命性变革,中汽协预测2025年智能网联新车销量占比将达到30%,因此通讯速率倍增、大数据、车联网等会带来底盘智能化和网联化。

智能汽车最好时代已经来临本土企业线控转向全力突围

  满足未来汽车的一切想象 底盘是根本

  自动驾驶方面客户追求安全、舒适、智能驾驶体验,高阶自动驾驶普及率将快速提升,汽车产业中长期发展规划,到2025年L3+级新车搭载率超过30%,高级自动驾驶和功能安全等级提高的同时,也要求底盘高度冗余。尤其是线控底盘的制动、转向、悬架所受影响会更为剧烈。

  从移动工具的操控角度可以发现,海水是轮船行驶的介质,减少海水的阻力,通过伺服作动器推动舵片或者是螺旋桨改变海水阻力方向或者说改变螺旋桨推力方向,调整行进方向。它的控制难点在于轮船的惯性非常大。飞机是空气,空气是飞机飞行的介质,要巧用空气的阻力,通过伺服作动器推动侧翼和尾翼的摆动,改变空气阻力方向和大小,调整飞行姿态,控制难度在于空气阻力的大小和飞行速度密切相关。真空是火箭飞行的介质,推力矢量控制是通过伺服作动器来推动发动机的摆动,控制推力方向与火箭惯性方向,调整飞行姿态。控制难度是在于火箭的重心稳定性的把控。

  而在汽车层面,汽车主要依靠路面,路面是汽车生存的介质,如何巧用路面的阻力,通过转向和制动来推动车轮摆动,或者阻止车轮的滚动,调整行进方向和速度,控制难点在于控制精度和重心的稳定。小型冲锋艇和早期的小型飞机和汽车一样,都是依靠人力操控的,后来轮船和飞机越来越大,需要的操控力也非常大,这是人力所不能及的。因此,大型的移动工具它只能线控。

  汽车的操控力还没有达到人力所不能及的这种程度,所以汽车转向是以人的操控为基础的,由机械转向发展到现在的助力转向,再以电动助力转向为基础,增加各种辅助自动驾驶功能。关于底盘的三大要素,首先要有制动,然后是转向,悬架。制动这块是通过控制轮胎空轮动速度与车辆行进速度的差异,利用精准摩擦力降低行进速度。转向是通过控制轮胎滚动方向与车辆行驶方向的夹角,利用地面的摩擦力改变行进方向。减震是通过弹簧和液压阻尼被动的吸收路面的振动,主动悬架是通过改变阻尼,刚度和高度来实现。

  底盘的安全、舒适、智能,制动减速控制精度要高,制动的响应时间要短,这里面要求实现紧急制动。转向主要是控制转向的指向性,转向的经便性和紧急转向。主要考虑舒适性以及不同路面的效果,以及转向和制动的协同控制。传统汽车操控主要是以人为操控为基础设计,更加注重驾驶员的操控体验,对驾驶技能要求比较高。未来汽车的操控也采用智能化操控,用智能化手段降低对驾驶员技能的要求,提高安全舒适度。

  底盘技术占有整个技术的绝大部分,始终围绕着安全、舒适、智能的课题开展工作。线控方法与智能化升级,制动的线控化主要是踏板与制动器实现完全解耦形成线控,智能化这块不依赖人为操控,由电脑来控制制动。转向的线控化是取消方向盘与转向之间的中间轴实现线控,智能化不依赖人为的操控,同样使用电脑以控制转向。

  细化技术 多系统协同造就智能底盘

  底盘线控主要以线控转向,线控制动,线控悬架为主。

  线控转向包括后轮线控,前轮线控,手感模拟单元,以及相应的冗余控制,当前主要有Two box、One box、EMB,以及相应的冗余控制和解耦技术。主动悬架方面,CDC减震,空气弹簧,以及纯电动主动悬架和纯液压主动悬架。以执行机构线控化为基础实现XYZ三向协同控制,达到高安全,高舒适和高智能。

  底盘线控化或者智能化,执行机构是其中的一大部分。转向、制动、悬架决定了汽车的运动状态,它们不是单独完成某个特定的动作,而是通过三个执行机构协同工作,给驾驶员带来高安全,高舒适和高智能的驾驶体验。

  转向制动和悬架的核心零部件是BDO,也就是电机控制器,它像人的中枢神经一样,既要服从上一级的命令,又要有自己的判断和执行。这里核心中的核心是软件算法在执行利用的同时还要判断自身的执行状况,形成闭环。

  传统转向、线控转向、线控制动,主动悬架等它的核心技术归结到PPU上,PPU本身是一个精致的智能单元,它既有肌肉又有大脑,目前这些PPU基本都是独立动作,即便是ESC也还没有转向悬架协同。

  PPU分析是由电机PCDA和软件算法构成,目前常用的是3项电机和6项电机。PCDA有非冗余,双冗余和多冗余。最大的技术难点是硬件的可靠性和软件的算法,国内企业过去为此奋斗了20多年,但仍有巨大的进步空间。

  当前,转向按照形式分类有三种,根据冗余分类,有非冗余、部分冗余、双冗余。作为转向执行机构,目前来看可达到L3-L4级的自动驾驶水平。线控转向是与传统转向联动来实现后轮转向的功能,改变车辆转弯半径大小,低速的时候前后轮逆向偏转,转向半径小,高速行驶的时候是前后轮同向偏转,转向半径大。根据底盘空间的布置,分为单执行的和双执行的两种机构,由于后 轮悬架非常复杂,空间布置非常困难,所以成本较高。

智能汽车最好时代已经来临本土企业线控转向全力突围

  线控转向必须具备两种操控模式,人力操控和电脑操控,在电脑操控这种模式情况下,执行机构比较简单,但是在人力操控模式下因为需要模拟手感,所以手感模拟显得难度非常大,加上提高可靠性冗余,所以线控技术难度和成本都非常大,目前来看线控转向还是以概念研究为主,没有真正大量地投放到市场。

  在转向、制动和悬架三项协同控制。比如说防止侧翻,高速行驶如果打方向盘,车辆行驶重心惯性方向差异非常大,容易发生车侧翻,在这种情况下除了自动减速之外,通过降低惯性速度,或者说在进一步的制动增强外悬架的刚度和高度,一直向外倾斜,可以有效避免侧翻,这就是协同控制的效果。制动前倾比较简单,主要把前两个减振器的刚度变硬不会发生该情况。

  以往转向只负责转弯,制动只负责减速,悬架只负责减震,三者之间没有形成协同动作,因此没有发挥各自的减震价值,如果把转向制动和悬架构成一个底盘域,基于车辆运动学模型三者联动控制,就能实现最大控制,发挥各自的减震价值,车辆状态传感器,雷达,摄像头等,计算出车辆的最佳控制状态,实现协同控制。

  全力研发 蜂巢智能转向全力以赴

  当前蜂巢智能转向正在投入大量的人力和物力开展智能底盘核心系统工作。

  首先是乘用车转向,蜂巢智能转向开发了三个平台,满足L2-L3+级的自动驾驶,已累计交付几十万辆。大部分性能已经超过国际水平。商用车的转向已完成开发,正在进入验证阶段,首款车将会完成搭载某款车上。后轮转向这块已进入到开发阶段,预计明年的第一季度就会实现量产装车,搭载在长城的汽车上。

  前轮线控方面涉及到下面的执行机构和手感模拟单元,蜂巢智能转向也已经完成样机开发,在整车上,蜂巢智能转向正在进行试验和标定,这方面难度较大,因此计划在2024年实现长城某一款车的量产。制动和悬架协同上,蜂巢智能转向现在开展的工作就是PPU和软件控制,在PPU或者软件方面有所突破,联合整车实现横向,纵向和垂直向的协同控制,即定义成域控制。

  蜂巢智能转向现在开展的工作是在硬件基础之上,同时也依靠自身优势开发软件,力求完全实现自主化,蜂巢智能转向在上海和苏州建立了研发团队,已经完成硬件的矩阵,包括转向、制动、悬架,电机控制器的平台。该平台包括从冗余度角度来讲,包括部分冗余,可以满足自动驾驶L2-L5的覆盖。该公司的研发重点是集中转向系统的应用层软件和功能安全。制动系统控制逻辑,主动悬架是钢度、高度控制逻辑,在此基础上沿着转向、制动和悬架的三者协同控制,实现车辆最优状态,以及之间的互相备份。

  自动驾驶底盘层面,蜂巢智能转向力图打造一个生态链,从客户冗余度的需求,以及到PPU矩阵策划,以及到执行机构应用上,最终实现底盘域协同控制。蜂巢智能转向当前的量产实际 目前还在转向方面,从2019年开始生产,今年进入到第四个年头,有两个明显的特点:一是这个产品是持续使用的,经过考验目前来看表现是非常好,其认为域检测对产品的可靠性要求会更高一些,所以说在这点上有所践行。还有智能化,目前来看蜂巢智能转向也会在2022年中左右实现量产,因此智能化这方面,或者冗余度这方面与国际接轨。

智能汽车最好时代已经来临本土企业线控转向全力突围

  公司从成立伊始就是长城培育出来的企业,因此在策划、产品设计、试验验证等方面都与主机厂深度合作。在越野实战中,累计配套30多万台,基本上都是越野车,20多个车型涵盖越野、皮卡、SUV等。超前预研提前布局了线控转向、线控制动和主动悬架、商用车转向,PPU软硬件先行开发,底盘XYZ三向协同控制模块也有相应布局。蜂巢智能转向的冗余技术、功能安全、网络安全、软件算法,都在同步开展,有序推进。

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