自動駕駛之底盤線控

線控制動響應更快,是實現自動駕駛安全的重要保障

1.底盤線控

自動駕駛汽車的感知、決策、控制三大單元中,和傳統汽車行業貼合最近的就是控制執行端,包括驅動控制、轉向控制、制動控制等。

自動駕駛的決策是由傳感器根據實際的道路狀況而輸出,都是電信號,這就需要傳統汽車的底盤進行線控的改造而適用於自動駕駛。

自動駕駛之底盤線控

面向自動駕駛線控底盤組成

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、線控油門、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,線控制動技術難度最高。

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於L4駕駛的穩定的量產產品。

2.線控制動


近一百年來,汽車制動系統經歷了從機械到液壓再到電子(ABS/ESC)的進化過程,未來的發展趨勢將是線控制動。線控制動響應更快,是實現自動駕駛安全的重要保障。

自動駕駛之底盤線控

BBW(Brake by Wire)線控制動系統也分為兩種類型:

EHB: Electro Hydraulic Brake(液壓式線控制動)

以傳統的液壓制動系統為基礎,用電子器件取代了一部分機械部件的功能,使用制動液作為動力傳遞媒介,控制單元及執行機構佈置的比較集中,有液壓備份系統,也可以稱之為集中式、溼式制動系統。

EHB的工作原理:正常工作時,制動踏板與制動器之間的液壓連接斷開,備用閥處於關閉狀態。

電子踏板配有踏板感覺模擬器和電子傳感器,ECU可以通過傳感器信號判斷駕駛員的制動意圖,並通過點擊驅動液壓泵進行制動。電子系統發生故障時,備用閥打開,EHB系統變成傳統的液壓系統。

EHB根據技術方向還分為三類:

1.電動伺服:電機驅動主缸提供製動液壓力源,代表產品Bosch Ibooster, NSK

2.電液伺服:採用電機+泵提供製動壓力源,代表產品Continental MK C1, 日立

3.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。

按照結構集成程度,EHB可以分為分立式(two-box)和整體式(one-box),其主要區別是主動增壓模塊(一般由電機驅動)和分泵壓力調節模塊(ABS/ESC總成)是否集成在一起。

EMB: Electro Mechanical Brake(機械式線控制動)

採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:分佈式、乾式制動系統。

EMB的工作原理:EMB系統的ECU根據制動踏板傳感器信號及車速等車輛狀態信號,驅動和控制執行機構電機來產生所需要的制動力。

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。

L2時代的線控制動可以分為燃油車、混動、純電三大類,燃油車大都採用ESP(ESC),混動車基本都採用高壓蓄能器為核心的間接型EHB(電液壓制動),純電車基本都採用直接型EHB,以電機直接推動主缸活塞。

3.線控制動優缺點


自動駕駛之底盤線控

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,便於維護
  • 便於擴展其它電控功能,使用Flexray通訊協議

EMB技術難點:

1.沒有備份系統,對可靠性要求極高。

2.剎車力不足

3.工作環境惡劣,制動器需要能夠耐高溫,質量輕,成本低

4.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

5.需要針對底盤開發對應的系統,難以模塊化設計,導致開發成本極高。

EMB技術優勢:

1.響應時間更短,大幅度縮短剎車距離,安全優勢極為突出

2.體積更小:省去液壓管路的體積

3.沒有液壓系統,不會有液體洩漏,對電動車來說尤其重要,同時成本和維護費用低

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於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。

4.線控制自動駕駛中的應用

制動控制是自動駕駛執行系統的重要部分,目前 ADAS 與制動系統高度關聯的功能模塊包括 ESP(車身穩定系統)/AP(自動泊車)/ACC(自適應巡航)/AEB(自動緊急制動)等。

自動駕駛之底盤線控

防抱制動系統(ABS)

已經廣泛使用,ABS主要由ECU控制單元、車輪轉速傳感器、制動壓力調節裝置和制動控制電路等部分組成。在制動過程中,ABS控制單元不斷從車輪速度傳感器獲取車輪的速度信號,並進行處理,進而判斷車輪是否即將被抱死。

當車輪趨近於抱死臨界點時,制動分泵壓力不隨制動主泵壓力增加而增高,壓力在抱死臨界點附近變化,從而避免車輪抱死,減少了危險事故的發生。

車身穩定控制系統(ESP)

ESP主要由控制總成ECU、轉向傳感器、車輪傳感器、側滑傳感器、橫向加速度傳感器等組成。

當汽車快速行駛或者轉向時,產生的橫向作用力會使汽車不穩定,易發生事故,而ESP系統可以將這種情況防患於未然。

5.產業


EHB國外廠商技術發展已經比較成熟,國內在努力追趕;EMB還處在研究階段,目前看短期較難有突破。

目前線控制動系統的主要供應商包括博世、採埃孚、大陸等國際零部件巨頭企業,大都從20世紀90年底開始研發,在底盤控制領域具有豐富的技術積累和供貨經驗,具有一定的先發優勢。

從2000年開始,國內一些自主整車企業和零部件供應商就開始進行EHB的研發,目前已取得一定成果。

雖然與博世等國際巨頭仍存在一定差距,但產業尚處於發展早期階段,還有較大的追趕機會。

從競爭要素來看,線控制動產品技術含量較高,且需要較長投入期,因此對於人才、技術和資本要求較高。目前國內發展相對較好的有伯特利、拓普集團、萬安科技等,兼備人才、技術和資本等優勢,有望在未來的市場競爭中獲得一席之地。


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