來源 | 智能運載裝備研究所

自動駕駛邁入 SAE L3 及以上級別，線控底盤迎來集中爆發(fā)機會

線控底盤通過傳遞電信號對汽車底盤進行控制，從而適用于自動駕駛車輛的需求，包括線控轉(zhuǎn)向、線控制動、線控驅(qū)動、線控懸架4個核心底盤系統(tǒng)。傳感器感知駕駛員操作意圖，將控制指令傳遞給電子控制器，控制執(zhí)行機構(gòu)完成汽車的轉(zhuǎn)向、制動、驅(qū)動等功能并對其操作情況進行監(jiān)測，整個過程由電信號經(jīng)過導線傳遞。由于線控系統(tǒng)取消了中間環(huán)節(jié)的傳統(tǒng)氣動、液壓及機械連接，取而代之的是傳感器、控制單元及電磁執(zhí)行機構(gòu)，所以具有安全、響應(yīng)快、維護費用低、安裝測試簡單快捷的優(yōu)點。

圖1 線控技術(shù)基本原理圖

隨著消費需求不斷提升，消費者對于更智能的駕駛體驗提出更高的訴求，汽車智能化成為終端銷售的核心賣點。基于對消費者需求的洞察，如今各車企紛紛布局智能汽車業(yè)務(wù)，開展差異化競爭，不斷追求高度智能和技術(shù)創(chuàng)新已經(jīng)是大勢所趨。

—— 線控制動系統(tǒng) ——

線控制動滲透率快速提升，行業(yè)規(guī)模持續(xù)擴容

線控制動系統(tǒng)（Brake-By-Wire）是電子控制的制動系統(tǒng)，汽車底盤域的核心部件，是實現(xiàn)高級自動駕駛的關(guān)鍵部件之一。其主要特征是取消了制動踏板和制動器之間的機械連接，以電子結(jié)構(gòu)上的關(guān)聯(lián)實現(xiàn)電控信號的傳送、制動能量的傳導，通過踏板位置傳感器或者總線指令接收駕駛員或者上位機的制動意圖，產(chǎn)生的制動電控信號傳遞給控制系統(tǒng)進而控制執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)主動制動行為，同時根據(jù)一定的算法模擬踩踏感覺反饋給駕駛員；分為液壓式線控制動系統(tǒng)（Electro-Hydraulic Brake, EHB）和機械式線控制動系統(tǒng)（Electro-Mechanical Brake, EMB）兩種。

其中EHB以傳統(tǒng)的液壓制動系統(tǒng)為基礎(chǔ)，電子器件替代了部分機械部件的 功能，使用制動液作為動力傳遞媒介，同時具備液壓備份制動系統(tǒng)，是目前的主流技術(shù)方案；在EMB中，ECU根據(jù)制動踏板傳感器信號及車速等車輛狀態(tài)信號，驅(qū)動和控制執(zhí)行機構(gòu)來產(chǎn)生所需要的制動力，無液壓備份制動系統(tǒng)，為保證安全，現(xiàn)主要采用前軸EHB+后軸EMB的制動方案。根據(jù)集成度的高低，EHB可以分為Two-Box和One-Box兩種技術(shù)方案，二者的主要區(qū)別在于ABS/ESC系統(tǒng)是否和電子助力器集成在一起。傳統(tǒng)制動系統(tǒng)與線控制動系統(tǒng)的區(qū)別如圖2所示。

圖2 傳統(tǒng)制動系統(tǒng)與線控制動系統(tǒng)的區(qū)別

由于線控制動系統(tǒng)通過控制器實現(xiàn)系統(tǒng)控制，控制器的可靠性、抗干擾性、容錯性以及多控制系統(tǒng)之間通信的實時響應(yīng)等特性，都有可能對制動控制產(chǎn)生影響，對駕駛員的操作判斷產(chǎn)生影響，因此線控制動系統(tǒng)需要較長時間迭代和系統(tǒng)匹配，這也是線控制動技術(shù)廣泛推廣的核心難點。

目前，國產(chǎn)替代已成為行業(yè)共識，其中在線控底盤核心零部件中，線控制動已經(jīng)率先開啟國產(chǎn)化，整車廠的搭載意愿也在持續(xù)增強，預計接下來幾年會逐漸爆發(fā)。

—— 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng) ——

智能化推動線控轉(zhuǎn)向發(fā)展，商業(yè)化進程持續(xù)加速

油門、換擋、制動系統(tǒng)主要負責汽車的縱向控制，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)負責汽車的橫向控制。與制動系統(tǒng)類似，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)歷了“機械-液壓助力-電動助力-線控”的發(fā)展歷程。自1894年乘用車安裝第1款現(xiàn)代意義上具備方向盤的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開始，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從早期的純機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、福特最早提出的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）、豐田首推的電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）、新一代的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）發(fā)展到擺脫機械連接的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SBW）等。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Steer-By-Wire，SBW）在電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）的基礎(chǔ)之上發(fā)展而來，將駕駛員的操縱輸入轉(zhuǎn)化為電信號，無需通過機械連接裝置，轉(zhuǎn)向時方向盤上的阻力矩也由電機模擬產(chǎn)生，可以自由地設(shè)計轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角傳遞特性和力傳遞特性，完全實現(xiàn)由電信號實現(xiàn)指令傳遞從而操縱汽車。

目前最先進的量產(chǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS），線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍處于技術(shù)驗證階段，雖有部分應(yīng)用但尚未實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。

對于L3及以上等級智能汽車，部分或全程會脫離駕駛員的操控，智能駕駛控制系統(tǒng)對于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)要求控制精確、可靠性高，只有線控轉(zhuǎn)向可以滿足要求，因此成為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢。另一方面，消費者對車輛的駕乘體驗要求也越來越高，現(xiàn)階段，線控后輪轉(zhuǎn)向成為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)另一個發(fā)展趨勢，可以看到，當前配備后輪轉(zhuǎn)向的車輛價格一直在下探，在不遠的將來有可能成為10萬元級別家用車的標配。

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是指，在駕駛員輸入接口（方向盤）和執(zhí)行機構(gòu)（轉(zhuǎn)向輪）之間是通過線控（電子信號）連接和控制的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，即在它們之間沒有直接的液力或機械連接。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要分為三個部分：

1）轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器、轉(zhuǎn)矩反饋電動機和機械傳動裝置；

2）電子控制系統(tǒng)，包括車速傳感器，也可以增加橫擺角速度傳感器、加速度傳感器和電子控制單元以提高車輛的操縱穩(wěn)定性；

3）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括角位移傳感器、轉(zhuǎn)向電動機、齒輪齒條轉(zhuǎn)向機構(gòu)和其他機械轉(zhuǎn)向裝置等。

—— 線控驅(qū)動系統(tǒng) ——

線控驅(qū)動系統(tǒng)（Drive By Wire，DBW），是智能網(wǎng)聯(lián)汽車的必要關(guān)鍵技術(shù)，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車實現(xiàn)自主行駛提供了良好的硬件基礎(chǔ)，是保證車輛正常加速、爬坡的核心零部件。

線控驅(qū)動作為最成熟的線控技術(shù)之一，可通過直接扭矩通訊、偽油門安裝、 節(jié)氣門調(diào)節(jié)等方法實現(xiàn)。針對開放發(fā)動機和電機扭矩通信接口協(xié)議的車輛，線控驅(qū)動控制器直接通過CAN網(wǎng)絡(luò)向發(fā)動機或者電機發(fā)送目標扭矩請求，實現(xiàn)整車加速度控制。此種方案無需進行機械改裝，結(jié)構(gòu)簡單可靠。現(xiàn)階段，分布式驅(qū)動是未來線控驅(qū)動系統(tǒng)的主流發(fā)展方向。

—— 線控懸架系統(tǒng) ——

汽車懸架系統(tǒng)連接車身與車輪，主要起到承載、衰減振動和導向等作用。汽車懸架系統(tǒng)在車輛操控性、舒適性和安全性等方面起著至關(guān)重要的作用，是汽車關(guān)鍵部件之一。

線控懸架系統(tǒng)（Suspension By Wire），也稱為主動懸架系統(tǒng)，是智能網(wǎng)聯(lián)車輛的重要組成部分，可實現(xiàn)緩沖振動、保持平穩(wěn)行駛的功能，直接影響車輛操控性能以及駕乘感受。

在乘用車領(lǐng)域，空氣懸架作為一種高級配置，一直以來應(yīng)用于豪華車型上，比如奔馳的S級、GLS級，保時捷的卡宴、帕拉梅拉，奧迪的A8、Q7，寶馬7系等；絕大多數(shù)應(yīng)用空氣懸架的車型售價都在50萬元以上級別。隨著中國新能源汽車的崛起以及自主可控路線的實施推廣，自2018年國內(nèi)主機廠開始出現(xiàn)搭載空氣懸架的蔚來ES8和紅旗HS7等車型，空氣懸架配置正逐步向25～35萬元價位區(qū)間車型滲透，可以預見，在不遠的將來有可能成為20萬元級別家用車的標配。

總結(jié)來看，在國家大力發(fā)展新能源汽車大戰(zhàn)略的背景之下，配合國家碳中和、碳達標的國策，發(fā)展新能源汽車是大勢所趨，而新能源汽車的推廣為自主品牌走出國門帶來了前所未有的發(fā)展契機。同時年輕汽車消費者日趨追求用戶體驗和消費升級，以上背景均大力推動了乘用車空氣懸架市場規(guī)模的迅速擴大。線控懸架完全國產(chǎn)化以后，成本會持續(xù)下降，隨之該配置會逐步向中端車型滲透普及，市場規(guī)模會顯著提升，未來三年國內(nèi)乘用車空氣懸架市場將會處于一個井噴式發(fā)展階段。我們預判未來三年內(nèi)，國內(nèi)市場的乘用車空氣懸架滲透率將由現(xiàn)在的2.5%增長至15%-25%，待燃油車完全停止生產(chǎn)后，市場份額將會達到25-35%左右。

—— 線控底盤展望 ——

在汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進程中，傳統(tǒng)底盤受限于機械連接形式，其執(zhí)行操控決策信息的效率會受到限制。而線控底盤的出現(xiàn)，則可以提升整個車身對于獲知操控決策后的動態(tài)執(zhí)行效率，簡單理解即駕駛者甚至ECU決策出的操控信息經(jīng)過傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺罱K通過電路快速高效傳輸至執(zhí)行機構(gòu)。

線控底盤是智能化和電動化兩個賽道的交匯點。線控底盤是自動駕駛汽車主要的控制執(zhí)行機構(gòu)，其通過控制器、電源線、信號線和電機等電氣部件對自動駕駛汽車進行操控，一旦電能不足或電氣零部件出現(xiàn)故障，整個線控系統(tǒng)將失去控制，出現(xiàn)嚴重安全隱患。

當前，業(yè)界已基本達成共識，線控執(zhí)行端是自動駕駛非常重要的環(huán)節(jié)。智能電動汽車發(fā)展的三大趨勢，除了更安全、更智能以外，就是在軟件定義汽車背景下的電控架構(gòu)從分布式向集中式發(fā)展、執(zhí)行機構(gòu)從集中式向分布式發(fā)展，線控底盤就是這一趨勢的代表產(chǎn)品之一。

隨著自動駕駛技術(shù)進化，從已經(jīng)廣泛應(yīng)用的L2級到L3級乃至L5級自動駕駛，對技術(shù)的冗余和安全要求越來越高，同時對線控底盤也提出了更高的要求。作為自動駕駛汽車控制單元，線控底盤包括線控轉(zhuǎn)向、線控制動、線控驅(qū)動、線控懸架，其中轉(zhuǎn)向和制動則是面向自動駕駛執(zhí)行端方向最核心的產(chǎn)品，線控制動技術(shù)難度最高，而線控驅(qū)動、線控懸架的技術(shù)相對成熟，但最關(guān)鍵的轉(zhuǎn)向和制動系統(tǒng)當前適用于L4級以上自動駕駛的穩(wěn)定的量產(chǎn)產(chǎn)品還較少。

當前全球范圍內(nèi)較為領(lǐng)先的線控底盤零部件供應(yīng)商——博世、采埃孚、大陸等跨國公司從20世紀90年代末開始研發(fā)，在底盤控制領(lǐng)域具有豐富的技術(shù)積累和供應(yīng)經(jīng)驗。線控底盤作為自動駕駛汽車的核心零部件，綜合了軟件、硬件以及機械的能力，具有較高的技術(shù)門檻。

但令人欣喜的是，近年來隨著國內(nèi)自動駕駛技術(shù)的快速進步，線控底盤技術(shù)迭代的驅(qū)動力也在增多。同時國內(nèi)自動駕駛量產(chǎn)車型日益增多，新能源汽車自主化替代已成為行業(yè)趨勢，這為國內(nèi)相關(guān)零部件企業(yè)的線控底盤自主研發(fā)帶來了很大的機遇。而突破線控底盤技術(shù)自主開發(fā)的困境，是汽車智能化和電動化變革的重中之重。

未來在市場與政策的持續(xù)調(diào)節(jié)下，智能汽車將持續(xù)在市場中發(fā)酵。根據(jù)工信部的推測，我國汽車產(chǎn)量在2025年保守估計將達到2700萬輛左右，可以肯定，整車線控底盤的滲透率將呈現(xiàn)幾何式增長趨勢，行業(yè)前景廣闊。