線控底盤是未來發(fā)展趨勢(shì)

文 / 本刊記者 鄭雪芹

在汽車產(chǎn)業(yè)智能化浪潮下，整車線控底盤的滲透率將呈現(xiàn)較快增長趨勢(shì)，線控底盤的技術(shù)發(fā)展方向、傳統(tǒng)零部件企業(yè)如何進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)，成為行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。

汽車線控底盤主要由線控轉(zhuǎn)向、線控制動(dòng)、線控?fù)Q擋、線控油門以及線控懸掛五大系統(tǒng)組成。線控底盤是自動(dòng)駕駛與新能源汽車中間的一個(gè)結(jié)合點(diǎn)，它是實(shí)現(xiàn)無人駕駛的關(guān)鍵載體，也是智能化時(shí)代行業(yè)關(guān)注和企業(yè)研發(fā)的熱點(diǎn)。

2021年10月15日-16日，由中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)、重慶兩江新區(qū)管理委員會(huì)聯(lián)合主辦的“2021中國汽車供應(yīng)鏈大會(huì)”在重慶舉辦，其中在10月16日上午舉辦的“線控底盤與傳統(tǒng)零部件新發(fā)展”主題論壇上，邀請(qǐng)了來自業(yè)內(nèi)的多位嘉賓研討了線控底盤的發(fā)展趨勢(shì)以及技術(shù)方向。

中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)副秘書長楊中平認(rèn)為，線控底盤技術(shù)既是發(fā)展電動(dòng)化、智能化的必經(jīng)之路，同時(shí)也是未來智能汽車發(fā)展自動(dòng)駕駛的必然要求，線控底盤系統(tǒng)取消了大量的機(jī)械連接裝置及液壓、氣壓等輔助零部件，同時(shí)還可以提升汽車能量利用效率，從而提升新能源汽車?yán)m(xù)航里程。據(jù)2020年國務(wù)院辦公廳發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2020-2035年）》，高級(jí)別自動(dòng)駕駛汽車將有望實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用，而行業(yè)現(xiàn)在有一個(gè)共識(shí)“無線控，不自動(dòng)駕駛”，充分體現(xiàn)了線控底盤技術(shù)在新能源自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的核心地位，有望迎來規(guī)模爆發(fā)期。

線控底盤是未來發(fā)展的必然趨勢(shì)

據(jù)中汽創(chuàng)智科技有限公司智能底盤高級(jí)總監(jiān)張杰介紹，隨著電動(dòng)化和智能化的發(fā)展，汽車對(duì)底盤系統(tǒng)提出了新的要求。其中，新能源汽車對(duì)底盤的需求是不依賴于發(fā)動(dòng)機(jī)真空源的助力、提高能量回收效率、提升制動(dòng)性能和舒適性；智能網(wǎng)聯(lián)對(duì)底盤執(zhí)行的需求是不完全依賴人力的主動(dòng)制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、加速，并要求安全冗余、fail-operation。因此，新一代線控化智能底盤系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的必備條件，也是增加新能源汽車?yán)m(xù)駛里程的關(guān)鍵系統(tǒng)。

張杰認(rèn)為，智能時(shí)代的底盤系統(tǒng)需要有更高的冗余安全，以便提升安全可靠性，滿足智能冗余、功能安全。傳統(tǒng)汽車的電控單元在出現(xiàn)故障時(shí)，通常采用關(guān)閉系統(tǒng)、功能降級(jí)的方式。而L1-L2級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)的底盤系統(tǒng)須具備fail-safe特性，L3級(jí)及以上的自動(dòng)駕駛底盤系統(tǒng)則須具備“fail operational”故障下可運(yùn)行功能，在某電氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障之后仍需保留冗余可操作性。

而以融合域、區(qū)域控制、中央超算平臺(tái)為特征的新型E/E架構(gòu)的出現(xiàn)，對(duì)底盤系統(tǒng)提出了更高的要求。傳統(tǒng)的EEA架構(gòu)每個(gè)功能都由一個(gè)ECU控制，存在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以協(xié)同、無法統(tǒng)一OTA升級(jí)等困擾。而新的E/E架構(gòu)基于“中央計(jì)算-層-區(qū)”概念，呈現(xiàn)出域控、計(jì)算集中化、平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化、軟硬件解耦及軟件定義功能的趨勢(shì)，同樣帶來底盤控制系統(tǒng)的架構(gòu)變化、信息安全和網(wǎng)絡(luò)安全新要求。

新型底盤在滿足駕駛舒適性的同時(shí)，還要兼顧節(jié)能等多目的需求，如純電動(dòng)底盤一體化設(shè)計(jì)與模塊化集成控制，有利于降低重量、節(jié)省成本、增加續(xù)駛里程、提升靈活機(jī)動(dòng)性。未來，電動(dòng)化、智能化、輕量化將大幅提升底盤系統(tǒng)單車價(jià)值量，從而開發(fā)工作量和復(fù)雜度也將成倍增加。

汽車的高安全性、高可靠性，對(duì)智能化提出了極大的挑戰(zhàn)，何以進(jìn)階？唯有持續(xù)成長。聯(lián)創(chuàng)汽車電子有限公司智能制動(dòng)事業(yè)部總經(jīng)理隋巧梅認(rèn)為，隨著汽車電子技術(shù)的快速發(fā)展，汽車的發(fā)展趨勢(shì)是集成化、模塊化、機(jī)電一體化以及智能化，其中，汽車底盤系統(tǒng)線控化將從部分子系統(tǒng)線控化逐漸演進(jìn)到全局線控化，底盤系統(tǒng)集成化程度逐漸提高，線控底盤是未來發(fā)展的必然趨勢(shì)。

如何破解線控系統(tǒng)“卡脖子”難題

感知、決策和執(zhí)行是智能駕駛的三大系統(tǒng)，其中，線控執(zhí)行也是被“卡脖子”的核心系統(tǒng)。格陸博科技有限公司董事長劉兆勇認(rèn)為，線控底盤域控制系統(tǒng)是智能汽車最核心的控制系統(tǒng)，相當(dāng)于“小腦”+“四肢”。

近年來，隨著芯片處理能力的快速發(fā)展，以及車載雷達(dá)、攝像頭等識(shí)別感應(yīng)裝置的性能提高與成本降低，AEB、AVP、LKA、ACC 等以提高車輛全性能為目的的駕駛輔助系統(tǒng)在類別和數(shù)量上都急劇增加。隨著智能駕駛技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，智能駕駛系統(tǒng)控制完全替代駕駛員的“無人駕駛系統(tǒng)”的應(yīng)用可行性將會(huì)大幅度提升。而底盤線控系統(tǒng)是這一切的基礎(chǔ)。

當(dāng)前，跨國供應(yīng)商普遍將核心開發(fā)工作放在公司總部完成，無法滿足OEM對(duì)底盤線控系統(tǒng)聯(lián)合開發(fā)和快速響應(yīng)的要求。國內(nèi)供應(yīng)商切入市場(chǎng)的機(jī)會(huì)恰恰在于這當(dāng)中產(chǎn)生的響應(yīng)速度和開放接口要求。芯片、電機(jī)、仿真、開發(fā)工具等技術(shù)發(fā)展，給國內(nèi)底盤控制系統(tǒng)的開發(fā)插上了翅膀。劉兆勇認(rèn)為，良好的整零關(guān)系、產(chǎn)業(yè)鏈融合是國內(nèi)底盤控制系統(tǒng)占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位的基礎(chǔ)。

隨著智能化的升級(jí)，從L1到L4對(duì)系統(tǒng)要求越來越高。上海拿森汽車電子有限公司總經(jīng)理陶喆認(rèn)為，L3、L4對(duì)線控的要求需要幾個(gè)自動(dòng)備份的特征，第一個(gè)是制動(dòng)助力，第二個(gè)是車身穩(wěn)定控制，第三個(gè)駐車控制，第四個(gè)車速輪速信號(hào)，第五個(gè)NBooster與ESC的供電相互獨(dú)立的備份，第六個(gè)是系統(tǒng)間通訊及交互冗余備份。自動(dòng)系統(tǒng)考慮的是安全，任何時(shí)間發(fā)生單點(diǎn)失效時(shí)，都要保證整個(gè)系統(tǒng)做到備份，以確保駕駛安全。

不斷創(chuàng)新是技術(shù)進(jìn)步的前提。上海同馭汽車科技有限公司聯(lián)合創(chuàng)始人、技術(shù)總監(jiān)徐國棟認(rèn)為，只有尊重歷史規(guī)律、以人為本的創(chuàng)新型技術(shù)才能煥發(fā)持久的生命力。而尊重歷史規(guī)律、以人為本的創(chuàng)新最好方式，就是與傳統(tǒng)零部件進(jìn)行協(xié)同創(chuàng)新。線控底盤的發(fā)展，也應(yīng)當(dāng)遵從這些規(guī)律。

徐國棟舉例到，過去的十余年里，手機(jī)完成了從功能和成本兩方面的螺旋式提升，擁有新功能的手機(jī)賺取了極高利潤，具有成本優(yōu)勢(shì)的方案拿下了巨大市場(chǎng)?？傮w還是能夠看出，手機(jī)行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化，比拼的說到底還是產(chǎn)品功能和成本。而互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的汽車，也顯著地朝著這一方向飛速發(fā)展著。

與之不同的是，汽車產(chǎn)業(yè)這一歷史悠久的資源消耗型產(chǎn)品，其利潤率已經(jīng)很薄，很多零部件的價(jià)格已經(jīng)和原材料價(jià)格接近。因此不能簡單地模仿手機(jī)零部件以量降本的方案。如此以來，協(xié)同傳統(tǒng)零部件的創(chuàng)新顯得更加重要，這些創(chuàng)新，很有可能是成本降本的巨大增長點(diǎn)。

所以，在汽車領(lǐng)域中，線控底盤新型產(chǎn)品與傳統(tǒng)零部件并不完全是相互替代的關(guān)系，還有著豐富的協(xié)同創(chuàng)新內(nèi)涵，把握住這些內(nèi)涵，完善產(chǎn)品功能，打造高性價(jià)比產(chǎn)品，國貨產(chǎn)品才能大有可為。

自動(dòng)駕駛對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提出更高要求

蜂巢智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（江蘇）有限公司總經(jīng)理王朝久介紹了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢(shì)。

目前的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要包括前輪轉(zhuǎn)向（2WS）、四輪轉(zhuǎn)向（4WS）、線控轉(zhuǎn)向（SBW）和四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向（4WIS）。其中，目前使用最普遍的是前輪轉(zhuǎn)向，技術(shù)成熟，價(jià)格便宜，但缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)彎半徑比較大（乘用車一般轉(zhuǎn)彎半徑5-6m），尤其是軸距較大的車輛，在狹窄十字路口轉(zhuǎn)彎或在狹小空間泊車比較困難。另外，跑車速度較快，高速急轉(zhuǎn)彎時(shí)，車身容易漂移，非常危險(xiǎn)。

為了解決低速轉(zhuǎn)彎困難和高速變道不完全問題，在后輪上也安裝轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，讓車輛前后輪都能轉(zhuǎn)向（4WS），低速時(shí)前后輪逆相位轉(zhuǎn)向，高速時(shí)前后輪同相位轉(zhuǎn)向。4WS解決了低速靈活性和高速穩(wěn)定性的矛盾。除后輪要增加一套轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)外，后輪懸架也比較復(fù)雜，增加相應(yīng)成本，這也是目前不能普及的原因之一，但部分高端車型早已采用了4WS技術(shù)（例如AUDI A8）。

近幾年，隨著電動(dòng)轉(zhuǎn)向的大量普及以及可靠性的提高，純電動(dòng)4WS又有死灰復(fù)燃的跡象，前后輪無機(jī)械連接，后輪成為線控轉(zhuǎn)向。四輪轉(zhuǎn)向不僅僅具備隨速可變轉(zhuǎn)彎半徑，還增加了車身穩(wěn)定控制功能。例如奧迪A6、A7、A8、Q7，寶馬X5、大眾途銳等。4WS雖然性能優(yōu)良，但與2WS相比成本高，技術(shù)難度大，目前只有高檔豪華乘用車采用。但隨著道路擁擠和城市停車場(chǎng)狹小，駐車靈活的渴望增大，另外，豪華新能源汽車對(duì)4WS需求也明顯增多，未來市場(chǎng)需求可能逐漸旺盛。

線控轉(zhuǎn)向（SBW：Steering by Wire）的具體方案就是取消中間軸，亦即方向盤與車輪之間沒有機(jī)械連接，完全通過信號(hào)電纜連接。這樣既規(guī)避了碰撞風(fēng)險(xiǎn)，又提高了空間布置自由度，又降低了路面干擾。但線控轉(zhuǎn)向也有明顯缺點(diǎn)，由于取消機(jī)械連接，當(dāng)助力失效后人類無法掌控車輪，同時(shí)由于增加手感模擬單元，成本明顯增加。針對(duì)這兩個(gè)缺點(diǎn)，英菲尼迪Q50-SBW保留了中間軸，使用離合器切換，當(dāng)助力發(fā)生故障時(shí)，瞬間離合器閉合切換到機(jī)械連接模式。這種轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)顯然是多此一舉，一直沒有被大量采用。

四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向是在每個(gè)車輪上安裝轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，四個(gè)車輪獨(dú)立回轉(zhuǎn)，除可以完成傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向方式外，還可以讓車輛原地回轉(zhuǎn)、橫向駐車等。但四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本太高，短時(shí)間內(nèi)很難在普通車輛上普及，但在特殊用途的車輛上，應(yīng)該具有市場(chǎng)前景。例如物流小車、礦山車輛等，由于空間狹小，需要足夠的移動(dòng)靈活性。如京東開發(fā)的物流小車，采用四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向，機(jī)動(dòng)性更強(qiáng)，在狹小的街區(qū)甚至賓館走廊內(nèi)都可以靈活穿梭配送。

隨著自動(dòng)駕駛的發(fā)展，對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提出了更高的要求，簡單說只有兩點(diǎn)：一是要具備各種自動(dòng)駕駛所需的高級(jí)功能，二是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)要可靠。L0-L3級(jí)可以認(rèn)為是ADAS，L4-L5可以認(rèn)為是ADS。

L2級(jí)自動(dòng)駕駛，不要求轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余，但可靠性要高。L3級(jí)自動(dòng)駕駛可以允許短時(shí)脫手，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，駕駛員能夠及時(shí)接管，因此要求轉(zhuǎn)向系統(tǒng)要有部分冗余。而L4-L5級(jí)自動(dòng)駕駛，允許長時(shí)間脫手，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，駕駛員即使不接管，也能保障駕駛安全，因此要求系統(tǒng)冗余度更高。

湖北恒隆汽車系統(tǒng)集團(tuán)有限公司智能轉(zhuǎn)向市場(chǎng)總監(jiān)才振召認(rèn)為，線控轉(zhuǎn)向怎樣讓駕駛員繼續(xù)感受到駕駛的樂趣，是比較大的技術(shù)難點(diǎn)，DP-EPS與轉(zhuǎn)向路感模擬器結(jié)合的線控轉(zhuǎn)向技術(shù)，將是未來的研發(fā)方向之一。

線控底盤電磁閥關(guān)鍵零部件如何產(chǎn)業(yè)化

據(jù)江蘇奕隆機(jī)電科技有限公司總經(jīng)理潘勁介紹，電磁閥這個(gè)產(chǎn)品雖然名聲不顯，便宜的幾塊錢，貴的幾萬塊錢，但是它在液壓系統(tǒng)中的重要性不低。尤其是線控制動(dòng)系統(tǒng)里的電磁閥，比鉛筆頭大不了多少，投影面積跟一塊芯片差不多，但它在液壓系統(tǒng)里面的重要性也跟芯片在ECU控制器里面的重要性差不多。

在線控底盤中，不管是制動(dòng)系統(tǒng)的ABS、ESC、1-BOX，包括懸架系統(tǒng)的空氣彈簧等等，電磁閥都是其中的關(guān)鍵零件之一。目前這個(gè)產(chǎn)品基本是國外廠家壟斷市場(chǎng)，國內(nèi)的品牌剛撕開一個(gè)角，國內(nèi)自主產(chǎn)品所占比例很低，因此這個(gè)產(chǎn)品也被稱為是“卡脖子”的產(chǎn)品。

在潘勁看來，電磁閥產(chǎn)業(yè)化主要有三個(gè)方面的難度。第一個(gè)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)難。雖然是一個(gè)小電磁閥，比鉛筆頭大不了多少，但是涉及的技術(shù)領(lǐng)域比較多，需要多參數(shù)的耦合，而且各參數(shù)相互影響，涉及到電、磁、液壓、材料成型、傳熱等多個(gè)學(xué)科，做一個(gè)電磁閥的設(shè)計(jì)，我們要考慮它的電、磁、流量匹配、升壓控壓甚至熱管理，所以要設(shè)計(jì)一個(gè)合適的產(chǎn)品難度比較大。

第二個(gè)是加工難。要加工的零件小、精度高、公差小、一致性要求高，需要幾十萬甚至上千萬的設(shè)備來加工這些零件，需要不同的金屬、橡膠、塑料材料，需要機(jī)加、沖壓、拉伸、注塑等不同工藝的工廠來生產(chǎn)和配合。

第三個(gè)是量產(chǎn)難。產(chǎn)品的性能要合格，一致性要好，合格率更是決定能否量產(chǎn)的關(guān)鍵因素。樣件出來后需要一系列的試驗(yàn)測(cè)試，測(cè)試項(xiàng)目多、時(shí)間長，從發(fā)現(xiàn)問題到修改設(shè)計(jì)，再到重新試制樣件，再試驗(yàn)，再修改。尤其是采用線性控制策略以后，對(duì)生產(chǎn)的一致性有了更高要求，需要生產(chǎn)企業(yè)在原材料、設(shè)備、工藝過程、人員等多個(gè)方面管控，所以難度就更大。

除了上述三個(gè)達(dá)到量產(chǎn)生產(chǎn)的難點(diǎn)以外，產(chǎn)業(yè)化的難點(diǎn)還在于要做到質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的高性價(jià)比。讓做系統(tǒng)集成的Tire1有合作動(dòng)力，這可能是目前產(chǎn)業(yè)化中更大的一個(gè)門檻。

國內(nèi)的線控底盤控制系統(tǒng)產(chǎn)品起步晚，芯片等電子器件又受制于外資企業(yè)，競(jìng)爭壓力很大。直白的說，在ECU上的劣勢(shì)，需要在機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)上建立優(yōu)勢(shì)找回來。如果上下游企業(yè)緊密合作，潘勁認(rèn)為，對(duì)電磁閥企業(yè)來說，每年3000萬只電磁閥，是個(gè)平衡點(diǎn)，能基本具備與國外品牌競(jìng)爭的能力。