底盘智能化的关键技术探讨
时间：2023-08-01 03:37:00
底盘是汽车动力、制动、转向、车身等执行部件和机械部件的承载部分。底盘电子化水平也是汽车先进水平和智能化的标志，尤其是ADAS与智能驾驶技术的发展密切相关。
底盘电子控制系统主要涵盖以下几个方面，一是驱动控制，二是制动控制制动控制，第三个转向控制，第四个是悬架控制和综合控制。我们所说的驱动控制主要包括传统的燃油发动机、中央桥电机、轮毂电机和轮边电机，以及相互组合的驱动模式。主要实现车辆的驱动控制和巡航控制功能。
制动控制主要包括底盘ABS、ASR、EBD、EPB以及电子稳定系统（ESC/ESP），还有像现在这样的博世这样的集成制动系统iBooster，亚太的IBS等。
首先介绍底盘电子控制技术中的驱动控制。为什么要介绍驱动控制？因为在未来的电动汽车和混合动力汽车中，我认为轮毂电机应该是未来的技术发展方向。
由于轮毂电机将动力、传动和制动系统集成到轮毂中，节省和简化了离合器、变速器等机械传动部件。因为它比传统的内燃机或传统的电动汽车要小，所以它可以实现良好的平台设计。轮毂电机对未来的智能驾驶和电动汽车具有巨大的发展潜力。
同时，它的中央控制器CPU只有200多克。远小于我们目前的传统中央驱动电机和传统内燃机。同时，它可以实现牵引力控制和差速控制，未来可以取代ESP/ESC系统。轮毂电机它对未来的智能驾驶有很大的开发潜力。
接下来介绍一下制动控制中流行的电子稳定系统ESC，其实说起来ESC它集成在像我们这样的车里ABS，它是在ABS在此基础上，增加了驱动防滑控制系统（ASR）、电子制动辅助系统（EBA）、制动力分配系统（EBD）以及航向调整系统（DYC），我们现在将这些系统集成到软件和算法中ESC这样的功能。
ESC主要是调整车辆转弯时的方向，使车辆能够按照驾驶员的意图转弯。同时，在不同的工作条件下，各种功能都可以相应地工作。如果前轮侧滑，我们将适当制动相应对角线的后轮，使车辆能够跟随航迹并调整其航向。如果后轮侧滑，相应的前轮将被制动并纠正航向。
那么ESC未来的智能驾驶，或在ADAS其主要功能主要是通过总线ESC控制器发出减速指令。ESC接收并响应减速指令，驱动液压泵增压。
传统的ESC在ADAS在智能驾驶中，它应该是对的ESC相应地修改了软件程序。增加从总线接收减速指令的程序，快速将减速值转化为制动系统的液压制动力，使车辆能够根据感知到前方的障碍物和路况进行紧急制动和适当的制动功能AEB功能和ACC调整车辆减速状态。
接下来，我们将介绍底盘控制系统中的电子驻车系统（EPB），为什么要介绍？EPB呢？因为EPB在未来的驾驶中，主要是在坡到或过红绿灯时长时间停车。我们也知道ECS停车时间不得超过一分钟，超过一分钟ESC电子阀会被烧毁。而EPB它的驻车时间相对比较长，可以取代ESC停在红绿灯或坡道上。
EPB工作原理主要是司机在停车时通过EPB按钮，我们的EPB控制器接到信号后，驱动电机，电机通过减速机构推动螺杆，然后推动钳体夹紧，夹紧制动盘停车。
然后，让我们讨论一下混合动力和纯电动汽车目前流行的情况iBooster或亚太IBS这种集成制动系统。因为iBooster与IBS原则上相似。它主要集成了原系统的真空动力部件和真空供应部件。这两个集成后，我们就形成了iBooster，这是iBooster的第一代。我们可以在第二代iBooster增加一个ESC或者EPB功能，可在iBooster里面实现。
iBooster主要是踩踏板。踩踏板时，有一个脚踏板位移传感器。通过位移传感器计算位移量后iBooster里面的ECU，ECU将位移转换为相应的电机驱动力，的电机驱动力，电机驱动齿轮机构，提供主泵的压力，然后将压力提供给汽车的液压系统进行制动。
iBooster再制动能量回收和主动制动也是未来混合动力汽车、纯电动汽车和无人驾驶汽车的核心部件。
目前博世的iBooster只能与博世合作ESC工作，并具有主动制动功能。IBS目前还没有集成ESC但其优点是可以与任何制造商合作ABS和ESC系统互联。
博世的iBooster主要原因是不能与其他制造商合作ABS的ESC兼容，容易形成包装销售。IBS可与任何制造商合作ESC或者ABS系统是互联的，所以这是IBS优势。未来的发展趋势是iBooster还是IBS底盘电子的功能很可能进一步集成，即制动系统的进一步集成和模块化。
由于时间关系，前面的底盘电子化相对粗略。如果有问题，我们可以单独沟通。现在让我们谈谈我们的底盘线控技术。目前，市场上所有的底盘线控技术都只是初步的底盘线控技术。通过这个PPT可见底盘线控系统主要包括有线控制动系统、线控转向系统、线控悬架系统、线控油门和线控离合器。
目前，线路控制油门做得更好。至于线路控制动、线路控制转向、线路控制离合器做得不够好。至于线路控制悬架，目前乘用车内有主动悬架。此外，像重型卡车一样ECAS这些系统也在线控悬架范围内。
目前，线控动分为两种类型，一种是基于电液的系统EHB，另一种是电子机械制动系统EMB。目前来说EHB系统，像iBooster和IBS目前可以算是初步EHB系统。因为它是一种多用途、多形式的制动系统，结合了电子和液压系统。目前主要有亚太IBS宁波拓普也做到了IBS以及iBooster都可以作为目前的EHB系统。
EMB该系统主要用电制动完全取代传统制动系统中的液压油或空气等传动介质，是未来电动汽车新能源汽车制动系统的发展方向。从EMB我们可以看到，EMB每个制动器旁边都有一个电机。电机由齿轮驱动，促进腔内活塞运动调节制动相关功能。此外，该系统还有一个中央控制器，主要接收方向盘角、加速踏板位移、水平加速、水平摆动角和车轮速度。它计算这些速度并计算出来ABS功能、ESC功能或者TCS计算所有这些功能后，通过总线发送到功能EMB执行单元。调整执行单元，实现车辆必要的功能。
另外，我们可以看到EMB在未来的发展中，为了安全，有一个容错的设计能力。目前，在设计方面，前桥和后桥上有两个中央控制器，可以相互通信。一旦一个控制器出现问题，另一个可以快速干预，以防止车辆故障。
让我们谈谈线路控制转向。从第一张图中可以看出，它是我们传统的转向系统，主要由方向盘、转向杆和以下转向执行机构组成。但未来的线控转向系统主要通过总线取消了传统的转向柱和转向器。我们可以从第二张图片中看到，它的方向盘通过总线和下面的线控转向ECU连接以下线控转向执行机构。一方面，它的设计是减轻重量，使整车更容易平台化和复制。方向盘可以往左放，可以往右放，容易布置方向盘。此外，由于取消了转向柱，车辆在发生事故时可以减少对司机和乘客的伤害。
从这张图可以看出，线控转向系统有转向执行机构、轮胎角度传感器、环境传感器、线控转向ECU、转向盘传感器等组成。
在未来的线路控制转向环境传感器上，主要测量一些轮胎的路面环境，看看地面是光滑还是干燥，通过这些环境传感器感知，可以反馈给转向盘，使驾驶员有能力接收路感。
同时，从线控技术可以看出，未来线控转向系统的重量将大大降低，连接将通过总线。未来的线控转向系统这样的连接方式，必须要考虑到冗余设计，将来里面的一个电机或者是一套系统出问题的话怎么办？应该说，未来的线控转向主要是考虑冗余设计，这是未来考虑的重点。此外，还需要适当的算法来保证线控系统如何模拟传统转向系统的路感。
现在让我们来介绍一下智能底盘和关键技术。目前，我们主要根据工况控制底盘智能化的驱动、制动和转向，未来可能会进一步扩展到根据路口和工况控制悬架系统。
目前正在开发ACC和AEB主要是纵向控制车辆，即控制车辆的驱动和制动。ACC/AEB主要是根据雷达或摄像头和感知系统的信息，实时调整车辆与前车之间的距离和速度，实现车辆在紧急情况下的独立紧急制动，避免或减缓与前障碍物或车辆的碰撞。
ACC、FCW和AEB程序设计主要是通过TTC时间相互连接，根据不同的情况TTC时间，触发不同的功能。目前，该系统的工作原理和过程已多次讨论，我们也很熟悉。我不会在这里做更多的介绍。如果有任何问题，我可以在讲座结束后进一步讨论。以下是一些主要研究其开发和实用过程的关键技术：
未来ACC/AEB我认为关键技术主要有以下几个方面：
目标识别和有效目标提取。因为我们知道，在雨天、雾和复杂的路况下，目标识别更麻烦。
如何实现机器视觉与雷达信息融合技术 AEB 目前国内还没有做到这一点。
ACC/AEB 需要研究车间距和稳定性，这是评估系统舒适性的指标。
ACC/AEB 在未来八种工作模式下，平稳切换技术。我稍后会谈论八种工作模式。
常间距控制算法。如何实现多辆车在高速公路上排队或等间距排队时的控制算法。或者使用当前的 PID 目前控制算法
法律是否稳定和鲁棒。
速度控制到间距控制的过渡算法的设计。
设计控制算法设计。
弯道超车功能设计。
Stop-Go 算法设计。
弯道情况下，ACC 跟 AEB，与IBS/iBooster 和 ESC 的协调匹配工作的问题，这是未来的一个难点和重点。以及如何实现在弯道情况下的解耦控制和解耦时的实时性问题等。
如果ACC/AEB进一步发展，必然是和V2X和ITS系统进行相互通信，实现对车辆速度和制动调整，因此，协同自适应巡航控制系统（CACC）就是要面临研究的问题。她是未来底盘智能化和智能网联汽车必然要解决的一个问题。
协同自适应巡航控制CACC就是在V2X和ITS系统通信指令的情况下，实时实现对车辆最佳车速和最佳制动力的调节，实现燃油和车辆用电经济性、舒适性和安全性的进一步提高。同时能实现在高速公路更容易实现列队行驶，提高车辆经济性，同时可以避免特斯拉对前面目标没识别和无法识别所造成的事故，进一步提高了智能网联汽车的安全性。
协同自适应巡航控制（CACC）里面涉及的关键技术主要有以下几个方面：
协同是适应巡航控制算法与协同控制算法涉及；
队列协同稳定性控制策略涉及；
控制系统构架设计；
控制系统软件架构设计；
控制系统的网络架构设计和网络安全性、有效性认证设计等。
随着这项研究的进一步深入，可能会凸显越来越多需要急需解决的问题。
智能化底盘里面对车辆横向进行控制的系统是车道保持系统（LKS），它是在车道偏离预警的基础上发展而来的，采用了车道偏离预警系统的前置摄像头。
它主要由前置摄像头来识别车道线，将识别的结果送给LKS控制器，LKS控制器接收到车道线和本车定位信息，计算本车与车道中心线之间的偏差，从而计算出车辆的转向信息，再将转向信息通过总线送给电动助力转向系统（EPS）对车辆进行纠正，是车辆行驶在车道线内。因此，它有感知系统、决策控制单元和执行单元三个模块，同时具有车道偏离预警辅助功能和车道保持功能，在和ACC/AEB相互配合工作，可以实现高速公路情况下的自动驾驶功能。
那么车道保持系统需要解决的关键技术，第一个是对道路线的识别，以及与自身车身的定位技术。第二道路模型的构建，还有道路曲率的计算，第三是本车定位与车道中心线偏差估算算法的研究，第四是道路附着系数的研究。
因为你不同道路的道路有不同的附着系数，它的转向力矩是不同的。还有最佳转向力矩，在不同路面，如对开，湿滑路面上，怎样计算出转向力矩，这是未来要关注的一个方面。另外未来LKS与高精度地图、GPS导航的匹配协调问题。还有在冰雪路面上怎样实现LKS的工作方法，这都是一些未来LKS系统实用化需要解决的关键技术。
下面讲一下车道变换辅助与决策系统，它是ADAS以及未来智能驾驶里面集成度比较高的一环。在所有的交通事故中，大概有13%的事故是由于横向变道所造成的。因此我们在当驾驶员打转向灯进行变道的时候，系统会对驾驶员进行提醒，临近车道上的危险，或者是前方车辆的危险，辅助驾驶员进行决策。同时在智能驾驶中，我们的车道变换辅助系统是很关键的，怎么样通过周围环境的感知，自动决策是否要变线，是否要变道，而且转向角要取多大。转向之后是跟随前车行驶，还是加速超车行驶，应该是未来要解决的关键。
同时变道辅助系统它不是一个单独的系统，它是在我们以前的像自适应巡航控制系统（ACC），协调自适应巡航控制系统（CACC）以AEB、LKS、EPS、盲点监测、路径规划还有360全景系统基础上发展起来的集成控制决策系统，而不是一个单独系统。
因此变道辅助与决策系统的关键技术，它目前最关键的是多传感器、多源信息数据融合技术与决策。将不同类型以及很多传感器数据送过来的数据进行处理后进行融合和决策。另外还有一个本车定位与周围车辆定位的技术，你怎样判断本车周围车辆的相对位置、相对距离和相对速度的问题。另外场景获取与分析，你处在道路的什么样的场景中是需要去分析的；其次自主变道的决策算法，在决策变道过程中是加速还是减速以及转向，转向过程当中给予多少转向角，多少的力矩进行转向都是要进行计算的，加速、减速过程中的加、减速度如何控制才能不引起交通事故和车辆的平顺性和稳定性。
最佳弯道转向计算，在弯道情况下，怎么样计算转弯的力矩和转向角。另外LCAD，就是我们的变道辅助与决策系统如何与ACC/LKA/EPS/iBooster如何进行协调匹配的问题。上述诸多问题，有待于我们在实用化过程中进一步研究。
像车道变换辅助与决策系统，它不是一个单独的系统，而是由多个系统的整合。如果将智能化底盘上的各个ADAS功能进行合理的软件架构、硬件架构和网络架构等，最终不就形成了车辆的控制大脑。因此，智能化底盘及关键技术里面要解决一个智能网联的决策控制单元，即大脑的构件问题。
我们知道现在百度在做百度大脑，其实最终的发展是要做一个智能底盘的大脑来取代一个整车的VCU来进行工作。上述PPT展示的只是我的智能驾驶大脑的网络构架方面的初步设想，如通信信号可以是WIFI/V2X/5G等接入智能车的网络系统，再将信号经过处理后送入各个控制执行机构。
这里面的关键技术是特别多的，我只是粗略的列了几条，可能这里面的专家要比我知道的更多。其中包括硬件体系架构的设计，包括硬件的选型与多控制芯片的架构；硬件电路的热设计和电磁兼容性设计；多传感器和多源信息融合算法、推理决策以及深度学习；软件构架；网络体系构架；整车电气网络构架；整车传感器布局与构架设计。这些都是大的条条框框的，另外里面还有一些详细的点。如果有机会再和大家进行详细探讨，共同探讨智能底盘的大脑如何设计的问题。
智能网联汽车的大脑讲完以后，把这些ADAS功能都整合到一个平台上，将构成了智能电驱动平台，进行平台化设计，同时根据车型和要求对其进行适当修改，可以满足不同客户和消费人群的需要。在未来轮毂电机为主要驱动模式的情况下，将是一个以轮毂电机为驱动系统的智能电驱动平台。如PPT所示，这个平台加上我们所有决策单元如ACC、AEB，感知单元，如雷达、摄像头、高精度地图等，还有iBooster、ESC、EPS等执行部件就可以搭建这样一个平台，可以实现一个平台化设计。
智能电驱动平台的关键技术也是有很多潜在的没有解决的技术。包括分布式驱动与控制技术；路面附着系数识别，不同路面上给多少的驱动力与差速制动，这是不同附着系数路面中要给出的；第三个是弯道预测与道路倾斜度下的驱动力分配技术；自适应道路差速驱动技术；全地形越野驱动技术、电驱动底盘与高精度地图匹配驱动技术。以及电驱动平台的电气架构和网络架构问题等等，这都是未来智能电驱动平台需要研究的关键技术。
因此我们可以看出智能化底盘到智能驾驶，需要研究一系列的ADAS系统，它是由许多ADAS系统、传感器和控制算法不断叠加而成的。像在ABS的基础上增加传感器和算法，如ASR、EBA、EBD、DYC等，就构成了ESC。同样在，底盘上，将上述ADAS系统不断增加机电一体化的执行机构、传感器和控制算法，可以逐步实现底盘智能化，智能化的底盘平台，最终实现智能网联汽车的无人驾驶的最终目标。
