一文读懂面向自动驾驶的线控底盘系统

主要供应商

• Bosch

• Continental

• DENSO

• Magneti Marelli

• Hitachi

• Delphi Technologies

• SKF

线控换挡

线控换挡当前技术由传统的机械手动档位变化为手柄、拨杆、转盘、按钮等电子信号输出的方式。线控换挡对燃油车自动变速器的控制方式不会改变，技术难度小，行业格局比较稳定，新进企业有一定机会，但需要与客户深度绑定，该技术对自动驾驶影响不大。

图4 燃油车发动机与变速器控制系统

图5 线控换挡的执行机构形式

线控换挡Gear Shifter机构主要供应商

• ZF (Germany)

• GHSP(US)

• Kongsberg Automotive (Norway)

• Stoneridge (US)

• Fuji Kiko (Japan)

• Dura (US)

• 南京奥联

• 重庆青山

• 宁波高发

图6 线控换挡机构的主要组成

线控换挡技术发展已经发展的非常成熟，未来新能源汽车继续普及，将会是整车标配，有很多的资源可以借助，不会成为技术发展瓶颈。

线控空气悬架

当前技术已经比较成熟，受限于成本目前绝大多数应用于高端车辆，与自动驾驶关系不大，行业格局稳定。组成部件主要有：空气弹簧、储气罐、高度传感器、减震器、气泵、电控单元。下面两图能够看到传统车辆的悬挂与空气悬挂的对比，可以看到相对传统悬架，空气悬架增多了汽车电子的控制系统。

图7 传统汽车悬挂

图8 空气悬挂系统

图9 非集成式空气悬挂控制系统

图10 集成式空气悬挂控制系统

对于空气悬挂控制系统，目前大陆已经研发进展到第二代，其集成度相对于第一代产品有了极大的提高，空间更小，该系统的技术壁垒比较大。

空气悬架主要供应商

• ZF (Germany)

• Continental

• Mando Corporation

• Thyssenkrupp

• Tenneco

线控空气悬架技术成熟，行业格局稳定，且主要是大的零部件供应商巨头在此领域，对自动驾驶的意义不明显，属于非关键部件。

线控转向系统

SBW（steering by wire）的发展与EPS一脉相承，其所用到的关键部件在EPS中一样有应用，其系统相对于EPS需要有冗余功能。

目前SBW系统有两种方式

• 取消方向盘与转向执行机构的机械连接，通过多个电机和控制器来增加系统的冗余度

• 在方向盘与转向执行机构之间增加一个电磁离合器作为失效备份，来增加系统的冗余度。

图11 传统EPS系统组成

图12 SBW系统的两种方式

图13 Bosch面向自动驾驶的线控转向系统架构

上图额外解释一句是博世在EPS电机的基础上进行了修改，使电机有两个绕组，同时配备两套电子功率器件控制系统，这样在一个绕组出问题时另外一个绕组可以顶上，这样电机还是可以工作，进而达到的冗余系统的要求。

线控转向技术需要在EPS技术上发展，因此此项技术的参与者绝大多数都是传统的Tier 1 EPS系统供应商。EPS的核心部件：电机、电控、扭矩传感器、角度传感器基本都为各大主机厂内部供应，有很深厚的积累，新厂商切入此领域比较困难。

表1 有SBW产品的供应商

线控转向SBW，技术基本掌握在海外的零部件巨头手中，且没有完全成熟，技术多基于之前EPS，进入壁垒非常高。

线控制动系统

BBW（Brake by Wire）线控制动系统也分为两种类型

• EHB: Electro Hydraulic Brake, EHB 系统的控制单元及执行机构布置的比较集中，并且使用制动液作为动力传递媒介，有液压备份系统，也可以称之为：集中式、湿式制动系统，发展相对成熟；

• EMB: Electro Mechanical Brake 采用电子机械装置代替液压管路，执行机构通常安在轮边，也可称为：分布式、干式制动系统。

BBW系统与传统液压式刹车系统, ABS, ESC等产品的技术积累正相关，属于核心的安全部件，进入壁垒高于转向系统。

线控制动系统是在传统的制动系统上发展而来的，下两图可以看到线控制动系统和传统制动系统的对比。线控制动系统执行信息由电信号传递，相对来讲制动压力相应的更快，进而刹车距离更短更安全，车辆操控性更好。

图17 传统制动系统与线控制动系统对比

图18 传统制动系统结构图图

图19 传统制动系统与电液制动系统对比与响应时间对比

线控制动系统的优势

• 导线取代冗长的液压管路，制动响应速度快（500~600ms ->100~150ms）

• 质量轻，体积小

• 无制动液，便于维护

• 便于扩展其它电控功能，使用 Flexray 通讯协议

EHB根据技术方向还分为三类

• 电动伺服：电机驱动主缸提供制动液压力源，代表产品 Bosch Ibooster, NSK

• 电液伺服：采用电机+泵提供制动压力源，代表产品 Continental MK C1, 日立

• 电机+高压蓄能器电液伺服：ADVICS ECB

以上关键部件包括：电机、电磁阀、油泵、电液控制单元、蓄能器，这些部件集成在一起，形成了机电液集成程度非常高的EHB产品。

表2 EHB主要供应商

EMB供应商及其产品

EMB技术难点

• 由于去除了备用的液压制动系统，EMB 需要高可靠性，还需要可靠性更高的总线协议

• 制动能量需求比较大 1-2kw 电机，12V 系统比较难负载，42 或 48V 高压系统

EMB技术优势

• 响应时间更短：Brembo 号称 90ms< Ibooster 120ms

• 体积更小：省去液压管路的体积

• 没有液压系统，不会有液体泄漏

表3 EMB主要供应商

图23 Brembo EMB样机

图24 Siemens VDO EMB样机

图25 瑞典瀚德EMB样机

线控制动，EHB国外厂商技术发展已经比较成熟，但严格意义讲还不适应于L4自动驾驶，国内此项技术在努力追赶；EMB还处在研究阶段，目前看较难有突破。

自动驾驶现在轰轰烈烈的在发展，似乎全球车企都对此产生了焦虑症，担心自动驾驶的产业重构会让企业落后于时代。从执行端来看，线控油门、线控换挡、线控空气悬挂虽然技术都很成熟了，但最为关键的转向和制动系统目前还没有一套可以适用于L4驾驶的稳定的量产产品。

这点上SBW系统好于BBW系统，SBW系统已经看到了博世的样车，虽然有召回Infiniti Q50上至少已经批量装车SBW系统，Nexteer也据说将在2019开始量产其quietwheel产品等。对于适用于L4的BBW系统，虽然博世宣称Ibooster+ESC是可以满足L4的标准，但其还是共用一套液压管路，严格意义上将还不满足冗余度的要求，而EMB的技术更是不知什么时候能够实际装车量产，对于执行端实际技术还有很长的路要走。