车企们一直“吹嘘”的线控底盘到底是什么？

时间: 2024-07-24 20:52:52 |   作者: 气缸

　　这几年，随只能汽车持续不断的发展，“线控底盘”这个词慢慢的被厂家提起，当做重点宣传对象。

　　那么，究竟什么是线控底盘？为什么智能汽车一定要用线控底盘？它能给智能汽车带来什么好处？

　　智能驾驶汽车（不同车企的宣传不一样，有些是高级辅助驾驶，有些是无人驾驶，有些是无人驾驶，实际上三者是层层递进的关系，即L2、L3/L4、L5，这里我们统称为智能驾驶）的功能实现大概能分为3个层面：感知层、决策层和执行层。

　　感知层也就是大家常听到的传感器，比如摄像头，激光雷达、毫米波雷达等。根据公司有没有搭载激光雷达，目前业内在智能驾驶上又分为两派，以特斯拉为首的视觉派（以摄像头为主要感知原件，毫米波雷达为辅），以及别的企业的激光雷达派。

　　决策层就是处理感知层搜集到的信息，来决策车辆应该做出什么样的反应。比如当摄像头检测到前方有人横穿马路时，决策层就告诉车辆采取刹车或者闪避的决策。它包括计算平台、中间件、芯片等，而芯片又包含了算法、算力等。

　　执行层就是执行决策层给出的指令，比如车辆的转向，刹车，加速等等，都是执行层干的事情，也就是车辆的控制功能。

　　由于执行层里所有的控制功能都集中在车辆底盘上。所以，要保证智能驾驶有非常丝滑的体验，一套好的底盘系统是必不可少的。这就引出了本文讨论的重点：线控底盘。

　　底盘的控制功能主要包含5个部分，分别是：转向、制动、换挡、油门和悬架。其中，最关键的就是制动、油门和转向的控制。我们就以这三者为例，粗略看一下传统汽车底盘是如何工作的。

　　油门：在传统燃油汽车上，油门踏板连着拉杆（有些是拉线），通过它控制发动机节气门的开闭程度，以控制气缸入气量，进而控制燃油喷射量来驱动车辆行驶。

　　转向：方向盘下面连着转向杆，转向杆带动转向臂，改变车轮转动的方向。转向大概经历了机械转向、液压助力转向（HPS）、电控液压助力转向系统（EHPS）、电动助力转向系统（EPS）几个阶段。

　　机械转向就是纯靠机械之间的作用力改变方向。HPS在机械转向的基础上加了一套油压泵系统，经过控制油压来帮助方向盘转向。EHPS是在HPS的基础上增加了电控单元，通过它来控制油压大小，以此给车辆转向提供助力。ESP则是在之前的基础上让转向的执行机构电动化，让转向更加轻盈。

　　制动：大概经历了机械制动、压力制动、液压线控制动几个阶段。技术路线和转向系统差不多，都是从最开始的纯机械制动慢慢向助力制动转变，然后再电驱动化。

　　以上所有的底盘控制功能有一个共同弊端：存在大量的机械件，辅助件。这也使得底盘结构较为复杂，质量重，体积大，成本高，维修难。

　　此外，对于智能汽车来说，机械件的灵敏度不够，不足以满足智能驾驶的低延迟反应需求。

　　这时候，线控底盘的优势就凸显出来了。因为“线”带来的是“电”，顾名思义，线控底盘也能够理解为“电控底盘”，也就是原本机械实现的功能在线控底盘上全部由“电”来控制。

　　线控油门：由油门踏板、位移传感器、数据总线、控制器、执行器等组成。油门踏板位移传感器感知油门踏板行程，通过数据线将电信号传给控制器，控制器对数据来进行分析，对执行器下达指令，执行器执行指令。

　　它的最大优势就是取消了之前的油门拉杆等一系列机械件，由数据线来完成“信号”传输。

　　线控油门已经成了一些智能辅助驾驶功能的必要条件，比如具备ACC（自适应巡航）、TCS（牵引力控制）等功能的车辆，都必须搭载线控油门才能实现。

　　制动踏板传感器将车辆的“报文”信号（踏板行程），通过“线”传递给制动控制单元BCU，BCU对信号处理之后通过“线”对执行器发出指令，执行器执行（电机，电控）命令。

　　随着技术慢慢的提升，长城汽车自研的基于EMB结构的线控制动系统也具备了集成功能。它使用电机直接夹紧摩擦片的EMB制动器，将ESP（车身稳定系统）、ibooster（电控刹车助力系统）、液压管路和EPB（电子驻车制动系统）四合一。

　　线控转向：主要组件包括转向盘模块、转向机模块、整车传感器模块。其中转向盘模块包括方向盘、转向盘传感器、路感电机；转向机模块包括转向机、转向机执行器；整车传感器模块包括车速传感器、加速度传感器、横摆角传感器以及控制器。工作原理如下：

　　转矩、转速传感器将驾驶员的转向指令转换为电信号输入控制器，控制器输出控制信号给执行器，执行器控制转向轮动作，完成转向操作。

　　你一定发现了其中的共性，线个层面：传感器、数据线、控制器，执行器。其工作原理是，传感器通过“数据线”将电信号传递给控制器，控制器处理信号，执行器执行命令。

　　它的核心逻辑就是，尽可能取消复杂繁琐的机械件，用“数据线”来传递电信号，（也就是车辆的信息，加速、制动、转向等）然后控制器ECU处理信号，电驱动执行命令。

　　线控底盘去掉了车辆大量的机械连接装置、气压、液压等辅助装置。减轻了车身重量，并且结构相对比较简单，有利于后期的故障维修。

　　2、车辆的机械结构被取消，电控单元直接进行车辆控制，让很多功能布置灵活性更好，不受物理条件的限制。

　　3、更加有助于车辆的二次开发，不断迭代或者增加新的功能。也就是厂家经常宣传的OTA升级。

　　4、控制功能的响应速度更快，有利于智能驾驶。比如长城汽车官方介绍，其线控底盘制动响应时间由原来的430ms减少至80ms（制动踏板接受到制动命令到执行制动动作的时间）。

　　线控底盘是一个非常庞大的产业，有不少玩家去参加了。目前业内对线控底盘的研究主要有两种：一种将线控油门，线控制动、线控转向，各个系统分开来开发；另一种是从整体的底盘域设计入手，系统性规划线控底盘的各个功能。

　　前者以大陆、博世、电装等供应商为主，为越来越好的商业化上车；后者以主机厂为主，为越来越好的智能驾驶体验，如长城汽车，特斯拉等。

　　由于未来市场发展的潜力的光明性。近几年，新崛起了不少研究线控底盘的企业。如国外的RIVIAN、REE、ARRIVAL和Canoo，国内的PIX Moving、悠跑科技等。（实际上它们对外宣传的是更宏大的滑板底盘概念，核心技术也包含了线控底盘。）

　　对应以上两点，公司实现线控底盘的方式也是两种：一种还是传统的供应商“拼接”方案，比如线控油门用博世的方案，线控转向用大陆的方案，线控制动用电装的方案，但各个功能之间彼此割裂，并不利于后期的OTA升级。

　　第二种就是厂家从底层架构开始设计，系统性布置各个功能。这又牵扯到另一个知识点，即汽车的电子电气架构，它将汽车的电子电气系统分为底盘域、控制域、动力域、座舱域、车身域几个大的域结构。此时的线控底盘能够理解为底盘域的电子电气架构设计，车企完全自研的基于底盘域设计的线控底盘，更加有助于智能驾驶功能的完善。

　　线控油门，线控制动，线控转向，难度系数依次递增。由于目前法规不允许完全取缔机械件。所以，除了线控油门，线控制动和线控转向都处于早期阶段。这也导致目前车企的线控底盘以第一种方案为主，完全基于底盘域自研并且上车的线控底盘凤毛麟角。

　　由于线控底盘本质上是由电子元器件作为主要控制器的底盘结构。不管再精密的电子元器件都存在着一定随机失效概率（即无法确定发生时间，遵循概率分布而发生的硬件失效，例如电阻开路、短路、阻值的漂移等）。所以线控底盘一定要进行安全冗余设计。

　　传统汽车的电控单元在发生故障时，一般会用关闭系统、功能降级的方式。而L1-L2级驾驶辅助系统的底盘系统须具备fail-safe（失效保护：某一功能失效时也能保证安全）特性，L3级及以上的无人驾驶底盘系统则须具备“fail-operational” （故障-工作）故障下可运行功能。

　　目前，线控底盘在安全上的冗余办法主要有硬件冗余方法和解析冗余两种，就是软硬件两方面。

　　硬件冗余很好理解，就是把所有零部件或关键零部件做两套（有些甚至做三套，比如长城汽车的线控底盘），保证在一套失效的情况下，另一套能够发挥作用。但缺点是成本过高，因为线控系统的硬件包括电源、传感器、控制器、执行器等多个核心零部件，每一个零部件都做备份的话，沉没成本过高；再有，现在机械结构集成化的大趋势下，零部件的空间被不断压缩，多一套硬件备份，就会占用更多的空间。

　　所以业内一般用解析冗余的办法做安全备份，说白了就是多在软件层面下功夫。如软件的异构设计，在核心部件上采用两种不同原理不同策略的设计方式，有两组硬件或者两组软件算法。

　　某种程度上来说，长城汽车的线控底盘“跨系统安全保障功能”也有点软件冗余的意思：即转向功能失效情况，紧急状况下制动系统实现转向功能。它的工作原理是，通过线控制动系统对两侧车轮施加不等大制动力，使两侧车辆形成转速差，以此来实现转向动作；制动功能失效情况，能够最终靠驱动电机转化为发电机产生阻力，通过增大动力总成及能量回收系统的反拖力矩降低车速。