導語：底盤是汽車動力、制動、轉向以及車身等執行部件和機械構件的承載部分，底盤電子化的水平，也是汽車先進水平和智能化的標志，尤其對ADAS及智能駕駛技術的發展息息相關，因此，在此跟大家探討一下底盤電子以及底盤智能化方面的一些想法。
梁濤年博士，2011年博士畢業于西安電子科技大學機電工程學院，2015年博士后畢業于哈爾濱工業大學電氣工程專業。從2004年開始在西安正昌電子從事ABS系統的研發和軟件設計等工作，2014年在陜汽集團作為汽車電子及底盤穩定控制專家從事ADAS系統的研發，2016年在浙江亞太從事智能駕駛方面的研發工作。
目錄
今天主要有三個方面的問題和大家分享，第一個是汽車電子底盤控制技術，第二個是底盤線控技術，第三個是智能化底盤及關鍵技術。
1，底盤電子控制技術
底盤電子控制系統，主要涵蓋一下幾個方面，第一個是驅動控制，第二個是制動控制、第三個轉向控制、第四個是懸架控制以及綜合綜合控制。我們說的驅動控制主要包括傳統的燃油發動機，中央橋電機、輪轂電機和輪邊電機等驅動驅動方式以及相互組合的驅動方式。它們主要實現車輛的驅動控制和巡航控制功能。
制動控制主要有底盤方面的ABS、ASR、EBD、EPB以及電子穩定系統（ESC/ESP），還有集成制動系統像目前的博世的iBooster，亞太的IBS等。
今天主要為大家介紹一下，底盤電子方面的制動控制，其它部分暫時不做介紹。
首先介紹一下底盤電子控制技術里面的驅動控制。為什么要介紹驅動控制呢？因為在未來的電動車和混合動力車里面，我覺得輪轂電機應該是一個未來的技術發展方向。
因為輪轂電機它將動力、傳動和制動系統都整合到輪轂內，省去和簡化的機械傳動部分，如離合器、變速器等這些結構。因為它比傳統的內燃機或者傳統的電動汽車的零部件都要小，它可以做到很好的平臺化設計。輪轂電機對未來的智能駕駛及電動汽車有很大的開發潛力。
同時，它里面的中央控制器CPU只有200多克。遠比我們現在的傳統的中央驅動電機還有傳統的內燃機都要小。同時它可以實現牽引力控制和差速控制，可以未來取代ESP/ESC系統。輪轂電機它對未來的智能駕駛有很大的開發潛力。
接下來介紹一下制動控制里面的現在比較流行的一個電子穩定系統ESC，其實說起來ESC它是集成了像我們一般車里面的ABS，它是在ABS的基礎上增加了一個驅動防滑控制系統（ASR）、電子制動力輔助系統（EBA）、制動力分配系統（EBD）以及航向調整系統（DYC），將這幾個系統在軟件和算法上的整合就形成我們現在的ESC這樣的功能。
ESC主要是對車輛轉彎的時候進行一個方向的調整，使車輛能跟隨駕駛員的意圖進行轉向，同時在不同工況下，各個功能可以相應的工作。如果前輪發生側滑，我們就對它相應的對角線的后輪進行適當制動，使車輛跟隨航跡行駛，使它的航向調整過來。如果是在后輪發生側滑，對應同側的前輪進行制動，進行一個航向的糾正能力。
那么ESC在未來的智能駕駛里面，或者在ADAS里面它起的主要功能主要是通過總線對ESC控制器發出一個減速度指令。ESC接收并相應響應這個減速度指令，驅動液壓泵進行增壓處理。
傳統的ESC在ADAS或者智能駕駛里面它要對ESC的軟件程序進行相應的修改。增加一段從總線接收減速度指令的程序，并將減速度值快速轉化為制動系統的液壓制動力，這樣車輛就可以根據感知的到前方的障礙物和路況進行緊急制動和適當的制動功能，實現AEB功能和ACC狀態下車輛減速的調節。
下一個我們介紹一下底盤控制系統里面的電子駐車系統（EPB），為什么要介紹EPB呢？因為EPB在未來駕駛當中，主要是對車輛在坡到，或者過紅綠燈的時候，進行長時間駐車。我們也知道ECS的駐車時間不能超過一分鐘，超過一分鐘ESC的電子閥會被燒毀的。而EPB它的駐車時間相對比較長，可以取代ESC在紅綠燈或者坡道駐車。
EPB的工作原理主要是司機在駐車的時候，通過EPB按鈕，我們的EPB控制器接到信號之后，驅動電機，電機再通過減速機構推動螺旋桿，螺旋桿再推動鉗體進行夾緊，夾緊剎車盤使車進行駐車。
2，底盤線控技術
緊接著，我們討論一下目前在混合動力和純電動汽車里比較流行的iBooster或者是亞太的IBS這樣的集成制動系統。因為iBooster與IBS在原理上相似。它主要是將原系統的真空助力部件、真空供給部件進行了集成，把這兩個集成之后，就形成了我們的iBooster，這是iBooster的第一代。第二代我們可以在iBooster增加一個ESC或者EPB功能，可以在iBooster里面實現。
iBooster主要是通過踩下腳踏板，腳踏板踩下去的時候，里面有一個腳踏板位移傳感器，通過位移傳感器，把這個位移量測算之后，給iBooster里面的ECU，ECU把位移量轉化成相應的電機驅動力，電機帶動齒輪機構，進行主泵的供壓，之后把壓供給到汽車的液壓系統進行制動，這是它的工作原理。
iBooster具有一個再制動能量回收，還具有主動的制動，它也是未來混合動力汽車、純電動汽車以及無人駕駛里面的一個核心部件。
目前博世的iBooster只能配合博世的ESC工作，且具有主動制動功能。但是IBS目前還沒有集成ESC功能，但是它的優勢是可以跟任何一個廠家的ABS和ESC系統進行互聯。
博世的iBooster主要是不能跟別的廠家的ABS的ESC進行兼容，這樣的話就容易形成一個打包銷售。而IBS可以跟任何廠家的ESC或者ABS系統進行互聯工作，所以這是IBS的一個優勢。未來的發展趨勢是iBooster還是IBS很可能會進一步集成底盤電子的方面的功能，是制動系統進一步集成化和模塊化。
由于時間關系，前面底盤電子化這一塊講的比較粗略，下面如果有問題我們可以進行單獨溝通。現在我們講一下我們的底盤線控技術，目前來說我們市面上所有的底盤線控技術的話，只是初步的底盤線控技術。通過這張PPT我們可以看到，底盤線控系統主要有有線控制動系統、線控轉向系統、線控懸架系統、線控油門和線控離合。
目前來說線控油門是做的比較好的。至于線控制動、線控轉向、線控離合做得不夠好。至于線控懸架的話，目前在乘用車里面有主動式懸架。另外像重卡里面的ECAS這樣的一些系統，也處于一個線控懸架范圍。
線控制動目前分為兩種類型，一種是以電液為基礎的系統叫EHB，另外一種為電子機械制動系統叫EMB。目前來說EHB系統，像iBooster和IBS目前可以算是初步的EHB系統。因為它是將電子與液壓系統相結合所形成的多用途、多形式的一種制動系統。目前主要有亞太的IBS還有寧波拓普做的IBS以及iBooster都可以作為目前的EHB系統。
EMB系統主要是將傳統制動系統中的液壓油或空氣等傳力介質完全由電制動取代，是未來電動車個新能源汽車制動系統的發展方向。從EMB我們可以看出，EMB在每一個制動器旁都有一個電機。電機通過齒輪驅動，推動腔內活塞運動進行制動相關功能方面的調節。另外這樣的系統它還有一個中央控制器，中央控制器主要是接收這些包括方向盤轉角、加速踏板位移、橫向加速度、橫擺角速度與車輪速度。它將這些速度進行計算，計算出ABS功能、ESC功能或者TCS功能，把所有這些功能計算出來以后，再通過總線發送給EMB執行單元。由這個執行單元進行調節，來實現車輛的必要的功能。
另外我們可以看到EMB在未來發展中，為了安全有一個容錯設計能力。它目前從設計方面來看，有兩個中心控制器，分別處于前橋和后橋上，它們之間可以相互通信，一旦一個控制器出問題，另外一個可以迅速介入，以防止車輛失效。
下面向大家講一下線控轉向，第一幅圖大家可以看到是我們常規的轉向系統，它主要有方向盤，轉向桿跟下面的轉向執行機構所構成。但是未來的線控轉向系統，主要把傳統的轉向柱跟轉向器都通過總線來取消了。我們可以從第二張上可以看到，它這個方向盤，通過總線跟下面的一個線控轉向ECU和下面的線控轉向執行機構聯系起來。它這樣的設計，一方面是減輕重量，使整車更容易平臺化，容易復制。方向盤可以往左放，可以往右放，容易布置方向盤。另外由于轉向柱取消了，車輛在出現事故的時候，可以減少對駕駛員和乘車人員的傷害。
從這個圖可以看到，線控轉向系統它有轉向執行機構、輪胎角度傳感器、環境傳感器、線控轉向ECU、轉向盤傳感器等組成。
未來的線控轉向的環境傳感器上，主要是對一些車胎的路面環境進行測量，看地面是濕滑的還是干燥的，以及通過這些環境傳感器感知以后，可以通過反饋給轉向盤，讓駕駛員有一個路感接收的能力。
同時我們可以從線控技術可以看出未來的線控轉向系統的重量是大大的減輕了，而且連接都是通過總線的。未來的線控轉向系統這樣的連接方式，必須要考慮到冗余設計，將來里面的一個電機或者是一套系統出問題的話怎么辦？應該說未來的線控轉向主要是要考慮冗余設計，這方面是未來考慮的重點。還有，線控系統如何模擬傳統轉向系統的路感，這也需要有合適的算法來保證。
3，智能化底盤及關鍵技術
現在我們來介紹一下智能化底盤及關鍵技術。底盤智能化我們目前主要是對它的驅動、制動和轉向根據工況進行控制，未來可能會進一步擴展到根據路口和工況對懸掛系統進行控制。
目前目前開發的ACC和AEB主要是對車輛的縱向進行控制，即對車輛的驅動和制動進行控制。ACC/AEB主要是根據雷達或攝像頭以及感知系統的信息，實時的調節本車與前車之間的距離、速度，并在緊急情況下，實現車輛的自主緊急制動，避免或減緩與前方障礙物或車輛的碰撞能力。
ACC、FCW和AEB在程序設計上主要是通過TTC時間相互相互連接在一起，并根據不同的TTC時間，觸發不同的功能。目前這個系統的工作原理和過程已經講過多次了，大家也比較熟悉了，我這里再不多做介紹，如有問題可以進一步在講座后探討。下面主要談一下它開發和實用過程主要研究的一些關鍵技術：
未來ACC/AEB關鍵技術，我覺得主要有以下幾個方面：
目標識別與有效目標提取。因為我們知道在雨天、大霧以及復雜路況下，目標的識別是比較麻煩的。
機器視覺和雷達信息融合技術，如何實現城市 AEB 這也是國內目前沒有做到的。
ACC/AEB 跟車間距與穩定性問題，這是需要研究的，這是評價這個系統舒適性的一個指標。
ACC/AEB 在未來八種工作模式下的平穩切換技術。八個工作模式我后面會講。
常間距控制算法。多個車輛在高速公路上排隊行駛，或者在等間距列隊行駛時候，它的控制算法怎樣去實現。還是沿用目前的 PID 控制算法，目前
法是否具有穩定性和魯棒性。
速度控制到間距控制的過渡算法的設計。
彎道速度控制算法設計。
彎道超車功能設計。
Stop-Go 算法設計。
彎道情況下，ACC 跟 AEB，與 IBS/iBooster 和 ESC 的協調匹配工作的問題，這是未來的一個難點和重點。以及如何實現在彎道情況下的解耦控制和解耦時的實時性問題等。
如果ACC/AEB進一步發展，必然是和V2X和ITS系統進行相互通信，實現對車輛速度和制動調整，因此，協同自適應巡航控制系統（CACC）就是要面臨研究的問題。她是未來底盤智能化和智能網聯汽車必然要解決的一個問題。
協同自適應巡航控制CACC就是在V2X和ITS系統通信指令的情況下，實時實現對車輛最佳車速和最佳制動力的調節，實現燃油和車輛用電經濟性、舒適性和安全性的進一步提高。同時能實現在高速公路更容易實現列隊行駛，提高車輛經濟性，同時可以避免特斯拉對前面目標沒識別和無法識別所造成的事故，進一步提高了智能網聯汽車的安全性。
協同自適應巡航控制（CACC）里面涉及的關鍵技術主要有以下幾個方面：
協同是適應巡航控制算法與協同控制算法涉及；
隊列協同穩定性控制策略涉及；
控制系統構架設計；
控制系統軟件架構設計；
控制系統的網絡架構設計和網絡安全性、有效性認證設計等。
隨著這項研究的進一步深入，可能會凸顯越來越多需要急需解決的問題。
智能化底盤里面對車輛橫向進行控制的系統是車道保持系統（LKS），它是在車道偏離預警的基礎上發展而來的，采用了車道偏離預警系統的前置攝像頭。
它主要由前置攝像頭來識別車道線，將識別的結果送給LKS控制器，LKS控制器接收到車道線和本車定位信息，計算本車與車道中心線之間的偏差，從而計算出車輛的轉向信息，再將轉向信息通過總線送給電動助力轉向系統（EPS）對車輛進行糾正，是車輛行駛在車道線內。因此，它有感知系統、決策控制單元和執行單元三個模塊，同時具有車道偏離預警輔助功能和車道保持功能，在和ACC/AEB相互配合工作，可以實現高速公路情況下的自動駕駛功能。
那么車道保持系統需要解決的關鍵技術，第一個是對道路線的識別，以及與自身車身的定位技術。第二道路模型的構建，還有道路曲率的計算，第三是本車定位與車道中心線偏差估算算法的研究，第四是道路附著系數的研究。
因為你不同道路的道路有不同的附著系數，它的轉向力矩是不同的。還有最佳轉向力矩，在不同路面，如對開，濕滑路面上，怎樣計算出轉向力矩，這是未來要關注的一個方面。另外未來LKS與高精度地圖、GPS導航的匹配協調問題。還有在冰雪路面上怎樣實現LKS的工作方法，這都是一些未來LKS系統實用化需要解決的關鍵技術。
下面講一下車道變換輔助與決策系統，它是ADAS以及未來智能駕駛里面集成度比較高的一環。在所有的交通事故中，大概有13%的事故是由于橫向變道所造成的。因此我們在當駕駛員打轉向燈進行變道的時候，系統會對駕駛員進行提醒，臨近車道上的危險，或者是前方車輛的危險，輔助駕駛員進行決策。同時在智能駕駛中，我們的車道變換輔助系統是很關鍵的，怎么樣通過周圍環境的感知，自動決策是否要變線，是否要變道，而且轉向角要取多大。轉向之后是跟隨前車行駛，還是加速超車行駛，應該是未來要解決的關鍵。
同時變道輔助系統它不是一個單獨的系統，它是在我們以前的像自適應巡航控制系統（ACC），協調自適應巡航控制系統（CACC）以AEB、LKS、EPS、盲點監測、路徑規劃還有360全景系統基礎上發展起來的集成控制決策系統，而不是一個單獨系統。
因此變道輔助與決策系統的關鍵技術，它目前最關鍵的是多傳感器、多源信息數據融合技術與決策。將不同類型以及很多傳感器數據送過來的數據進行處理后進行融合和決策。另外還有一個本車定位與周圍車輛定位的技術，你怎樣判斷本車周圍車輛的相對位置、相對距離和相對速度的問題。另外場景獲取與分析，你處在道路的什么樣的場景中是需要去分析的；其次自主變道的決策算法，在決策變道過程中是加速還是減速以及轉向，轉向過程當中給予多少轉向角，多少的力矩進行轉向都是要進行計算的，加速、減速過程中的加、減速度如何控制才能不引起交通事故和車輛的平順性和穩定性。
最佳彎道轉向計算，在彎道情況下，怎么樣計算轉彎的力矩和轉向角。另外LCAD，就是我們的變道輔助與決策系統如何與ACC/LKA/EPS/iBooster如何進行協調匹配的問題。上述諸多問題，有待于我們在實用化過程中進一步研究。
像車道變換輔助與決策系統，它不是一個單獨的系統，而是由多個系統的整合。如果將智能化底盤上的各個ADAS功能進行合理的軟件架構、硬件架構和網絡架構等，最終不就形成了車輛的控制大腦。因此，智能化底盤及關鍵技術里面要解決一個智能網聯的決策控制單元，即大腦的構件問題。
我們知道現在百度在做百度大腦，其實最終的發展是要做一個智能底盤的大腦來取代一個整車的VCU來進行工作。上述PPT展示的只是我的智能駕駛大腦的網絡構架方面的初步設想，如通信信號可以是WIFI/V2X/5G等接入智能車的網絡系統，再將信號經過處理后送入各個控制執行機構。
這里面的關鍵技術是特別多的，我只是粗略的列了幾條，可能這里面的專家要比我知道的更多。其中包括硬件體系架構的設計，包括硬件的選型與多控制芯片的架構；硬件電路的熱設計和電磁兼容性設計；多傳感器和多源信息融合算法、推理決策以及深度學習；軟件構架；網絡體系構架；整車電氣網絡構架；整車傳感器布局與構架設計。這些都是大的條條框框的，另外里面還有一些詳細的點。如果有機會再和大家進行詳細探討，共同探討智能底盤的大腦如何設計的問題。
智能網聯汽車的大腦講完以后，把這些ADAS功能都整合到一個平臺上，將構成了智能電驅動平臺，進行平臺化設計，同時根據車型和要求對其進行適當修改，可以滿足不同客戶和消費人群的需要。在未來輪轂電機為主要驅動模式的情況下，將是一個以輪轂電機為驅動系統的智能電驅動平臺。如PPT所示，這個平臺加上我們所有決策單元如ACC、AEB，感知單元，如雷達、攝像頭、高精度地圖等，還有iBooster、ESC、EPS等執行部件就可以搭建這樣一個平臺，可以實現一個平臺化設計。
智能電驅動平臺的關鍵技術也是有很多潛在的沒有解決的技術。包括分布式驅動與控制技術；路面附著系數識別，不同路面上給多少的驅動力與差速制動，這是不同附著系數路面中要給出的；第三個是彎道預測與道路傾斜度下的驅動力分配技術；自適應道路差速驅動技術；全地形越野驅動技術、電驅動底盤與高精度地圖匹配驅動技術。以及電驅動平臺的電氣架構和網絡架構問題等等，這都是未來智能電驅動平臺需要研究的關鍵技術。
因此我們可以看出智能化底盤到智能駕駛，需要研究一系列的ADAS系統，它是由許多ADAS系統、傳感器和控制算法不斷疊加而成的。像在ABS的基礎上增加傳感器和算法，如ASR、EBA、EBD、DYC等，就構成了ESC。同樣在，底盤上，將上述ADAS系統不斷增加機電一體化的執行機構、傳感器和控制算法，可以逐步實現底盤智能化，智能化的底盤平臺，最終實現智能網聯汽車的無人駕駛的最終目標。
來源：AI汽車制造業 作者：梁濤年
