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在线控底盘领域,一个新的技术竞争“风口”正在形成

2021-08-06 13:40:15    来源: 中国汽车报

自动驾驶无疑是汽车智能化发展的一大亮点,而在感知、决策、控制这三大核心支撑环节上,线控底盘的重要性有被忽视的倾向。

不久前,长城汽车发布了自主开发的全新智慧线控底盘。“全新的智慧线控底盘,是底盘架构的一次全面革新,是实现高级别自动驾驶的载体,是自动驾驶的技术基石。”长城汽车技术副总裁宋东先表示,长城汽车智慧线控底盘是国内首个支持L4+级自动驾驶的线控转向技术,将于2023年投入商用。

其实,不仅长城汽车,拿森、海之博等国内汽车零部件企业也纷纷发布了自主研发的线控底盘及其组件。

在线控底盘领域,一个新的技术竞争“风口”正在形成。

高级别自动驾驶的“支柱”

汽车的智能化,不仅仅是大屏娱乐、语音控制,更多体现为通过电脑计算控制,替代以往驾驶员手动控制的系统。

“传统底盘离不开人的操控,它就像提线木偶一样,拽一下抬腿,抻一下动胳膊。而线控底盘则是依靠中央处理器,利用传感器结合路面情况做出协调。”宋东先称。

据介绍,长城汽车的线控底盘主要有两大自主创新的技术特色。一是电子机械线控制动系统,与之前采用液压系统的线控制动系统(EHB)相比,使用了电机直接夹紧摩擦片的制动器(EMB),同时还替代了线控制动系统中的车身电子稳定系统(ESP)、机电伺服助力系统、液压管路和电子刹车系统(EPB)四大部件,实现了机械部件“四合一”。据悉,采用四轮EMB技术,可实现减重10%,控制精度更高,响应速度更快,制动响应时间由430毫秒减至80毫秒。二是电子机械线控转向系统,彻底摈弃了转向器与转向管柱之间的转向传动轴,改为由汽车总线系统升级版(CANFD)实现系统内信号传递,支持方向盘收折,完全隔绝路面振动,噪声、振动与声振粗糙度(NVH)更好,同时采用手感模拟器来模拟路感,保留了驾驶体验感。

线控底盘技术竞争态势日趋明显,越来越受到车企及零部件供应商的重视。“长城汽车等企业自主研发线控底盘技术,动力当然是来自技术进步需求的倒逼。”江苏大学汽车工程研究中心研究员孙若愚在接受《中国汽车报》记者采访时表示,线控底盘对于自动驾驶的安全性具有重要意义,也是高级别自动驾驶不可或缺的重要组成部分。

孙若愚表示,自动驾驶汽车之所以选择线控底盘,一是因为线控转向系统可以支持多种精确转向模式,消除了机械转向的个性化差异;二是线控制动系统可以单独工作,无需制动踏板,用电量少,靠蓄电池供电即可,不会因电动汽车缺电受到影响,可实现始终如一的稳定控制;三是配合相应的机械装置,能够控制更大尺寸的底盘,解决了小尺寸底盘应用场景有限等问题。“目前,已有很多电动汽车的底盘具备了部分线控能力,而线控转向和制动是面向自动驾驶执行端方向最核心的产品,其中又以制动技术难度最高。”他说,国内智能汽车大量上市,迫切需要更多自主整车及零部件企业研制适合中国国情的线控底盘产品。

自主整零企业开始走向台前

记者了解到,国内企业自主研制的线控底盘相关产品已逐渐走向成熟。“截至目前,拿森完成了所有底盘需要的纵向控制和横向控制系统的研制。”拿森汽车电子有限公司总经理陶喆透露,围绕未来智能汽车及自动驾驶的需求,他们研制了完整线控底盘所需要的解决方案,其中包括已实现量产的国内第一个线控制动产品NBooster、车身稳定控制系统(ESC),由此构成了未来L3、L4、L5级自动驾驶所需要的冗余制动的解决方案。

线控底盘技术的进步不仅在行业引发关注,也让资本嗅到了商机。日前,海之博电子科技有限公司在苏州的线控底盘制造基地正式启用,耀途投资、相城国有资本等参与投资。据介绍,该公司专注于线控底盘及相关的线控制动系统、电子真空泵、智能助力器和线控传感器等零部件的研发与生产。今年7月,海之博完成数千万元A+轮融资,由顺为资本独家投资。“这些投资将用于夯实公司技术核心,储备汽车自动驾驶新一代线控底盘等产品,构建新一代汽车供应链,为乘用车自动驾驶和新兴的无人驾驶场景赋能。”海之博创始人兼首席执行官张全慧向记者表示,目前,线控底盘相关技术是国内智能汽车发展的一大瓶颈,虽然有为数不多的企业进行研发,但并没有从整体上改变现状,而技术迭代是国内零部件行业把握智能汽车技术进化的一大宝贵机遇。

另一家国内线控底盘零部件企业易咖智车,近日也完成了数千万元的Pre-A轮融资,由天奇创投独家投资。据悉,此轮融资将主要用于线控底盘技术团队扩建、核心零部件开发、自研标准化产线建设等。易咖智车首席执行官舒亮介绍称,其线控底盘技术得到了京东、阿里巴巴等行业头部客户的高度认可,有了较好的现金流支撑。在实际落地应用中,易咖智车积累了大量线控底盘技术开发、工程、服务数据及实践经验,形成了在实际运营反馈中快速迭代的良性循环。

“从新产品研发推出到企业吸引资本青睐,都表明线控底盘技术是围绕自动驾驶最有潜力的技术,具有广阔的市场前景。”华东新材料技术研究院研究员林澍文告诉记者,线控底盘融合了当代电子、材料、通信、传动等多学科技术,是服务于自动驾驶尤其是高级别自动驾驶的核心技术支柱。

需以实际验证赢得市场信任

“很多人在问,国内线控底盘产品与国外竞品相比有什么区别。我认为,有很多不同。”陶喆以拿森的线控底盘为例解释说,其中之一是我们的线控底盘在能量回收上优于国外产品,有较高的附加值,可以在市场上进行差异化竞争。

“客观而言,在线控底盘领域,国内零部件企业的产品与国际零部件巨头相比,尽管在局部指标上可能有优势,但整体上还有较大差距。”西安工业大学微电子技术实验室工程师魏冬在接受记者采访时表示,早在20世纪90年代,博世、采埃孚、大陆等国际零部件巨头就开始研发线控底盘系统,掌握了全球领先的核心技术。

魏冬认为,线控底盘领域尽管已有拿森、海之博、格陆博等自主零部件企业突围,但总体来说市场还处于培育期,机遇与挑战共存。一方面,国内核心零部件长期以来依赖进口。线控底盘作为自动驾驶的关键,涉及安全问题,对技术性能、可靠性等方面的要求非常高,国内零部件企业即使目前拿出产品,还需实际验证,才能取得车企的信任。另一方面,自动驾驶的蓬勃发展,又为国内线控底盘企业提供了良好的市场机遇。

“客观上讲,相比国外零部件巨头,国内供应商在成本、响应速度、定制化服务、软件开放等方面具有一定优势,但安全冗余仍是目前面临的关键挑战。”中南大学交通运输研究中心研究员时蔚然表示,作为自动驾驶的执行层,线控底盘是自动驾驶中最高安全等级的产品。而适用于乘用车的线控底盘的安全验证周期大约3~4年,线控底盘及冗余技术也是当前技术竞争的焦点。

林澍文表示,目前线控底盘的国产化率较低,部分核心零部件国产化率低于1%,自主产业链也不完备,需要引起行业的高度重视。而国内企业努力的目标,就是要致力于成为自主可控的线控底盘技术掌控者。

事实上,线控底盘自主技术正在不断进步,一些技术指标持续优化。长城汽车线控底盘已实现较高的冗余。宋东先还表示,长城汽车的线控底盘让自动驾驶车辆操控性能得到全面提升,制动响应时间更快;制动的动能回收率提升,使续驶里程提升超20%;系统间协同浑然一体,提升了整体性能。在硬件架构与应用层软件、基层软件配合上,也均是长城汽车完全自主开发,可自主完成持续迭代,让车辆性能和功能持续升级。同时,为了满足软件升级的需求,长城智慧线控底盘预留出了足够的硬件能力。

自主线控底盘技术取得突破

基于全新电子电气架构,长城汽车线控底盘整合了线控转向、线控制动、线控换挡、线控油门、线控悬挂5个核心底盘系统,涵盖车辆前后左右上下6个自由度的运动控制,囊括所有底盘驾驶动作,实现了1个大脑协调5大系统实现6个自由度控制的功能。宋东先表示,其中从电子机械线控制动、转向器、电机、模拟器、控制器等核心硬件到包括整个软件系统,全部由长城汽车自主完成设计,拥有全部自主知识产权。目前,围绕线控底盘核心技术,长城汽车已申请专利100余项。

“应对技术和市场竞争的挑战,拿森的线控底盘有几个突出的特点。”据陶喆介绍,一是支持L3/L4级自动驾驶解决方案,其中搭载了拿森解耦式的线控系统,再加上自主研制的车身稳定控制系统,形成两个控制端及两个执行端的完整冗余备份制动系统,其中包括控制器、马达、传感器、减速结构相结合的一个复杂解耦式的系统。这套系统最大可以建立起7N·m的推动力,可以做到在200毫秒内响应,并在很多车型上达到了150~170毫秒让车辆制动达到抱死的状态,提高了安全系数;二是可以实现踏板力在500N失效的时候,车辆仍然具有超过0.5g的减速度,即使这套系统失效,驾驶员仍能实现0.5g的减速度,车辆相对来说是安全的,不会刹不住车;三是以严格的德国标准进行对标,这套系统可实现220万次耐久循环,而国内其他产品一般是30万次耐久循环。

“以制动为例,对于L3级自动驾驶,在90%的驾驶场景中,当出现单点失效时要求驾驶员10秒之内就能接管,即便出现极端情况,接管时间也应该小于2分钟。在这种情况下,就需要第二套系统在最短时间内进行冗余制动。至于L4级自动驾驶,由于备份接管时间更长,规定是正常情况下需要2分钟内接管,对线控底盘的冗余要求就更高了。”陶喆说,目前拿森线控底盘系统具备电源、通讯、控制器、执行器、轮速和驻车冗余6大制动冗余特征,可充分满足不同场景中的L2~L5级自动驾驶应用,无论线控系统失效,还是轮速传感器失效,亦或车身稳定系统失效,都有备份方案保证车辆正常制动。“拿森在即将量产面向未来自动驾驶需要的电动转向系统的同时,正在研制底盘的域控制器NXU,希望借此把车辆的纵向控制、横向控制、垂直控制以及六个自由度的协同全部融合到一起。”他表示。

“业内流传一句话——无线控,不自动驾驶,意思是线控底盘是自动驾驶的必备系统之一,在L4~L5高级别自动驾驶车辆上,由于不再需要人工驾驶,操纵指令需要通过电信号传递,因此线控底盘是必要条件。”舒亮告诉记者,易咖智车主攻的L4级自动驾驶物流车线控底盘产品,已向京东物流、阿里巴巴、白犀牛、驭势科技、一清创新、爱上集团等企业供货。

舒亮认为,当前,自动驾驶技术快速迭代,客户需求频繁变化,对线控底盘供应商提出了新的挑战。而易咖智车的线控底盘可以达成车辆状态管理、车辆运动控制、车辆能源管理、底盘控制策略,以及安全冗余设计和全新电子电气架构开发等,并形成了两大开发平台,已应用的200余辆车一直处在较为稳定的运营状态,证明了产品的高可靠性。目前,易咖智车正在筹建年产5000辆车用线控底盘的生产线,将于年内建成投产。“线控底盘的技术不是最复杂的,但指标要求却是最严格的。不同于传统车辆类产品,L4级自动驾驶汽车及线控底盘的批量生产、自动检测、流程化标定等环节,没有成熟方案可以借鉴,也没有标准可循。”他介绍道。

追求良好的性价比竞争优势

再好的产品也需要通过实际应用进行检验,国产线控底盘的发展,正处于由产品到验证、再到形成市场竞争力的关键时期。

“如何开拓市场,是线控底盘企业需要认真思考的问题。”时蔚然表示,一是要认真打造好高质量的线控底盘产品,增强可靠性,减少故障率;二是要根据客户要求,有计划地开发有针对性的产品,如针对乘用车、物流车、商用车等;三是要对线控底盘的产业链进行有效掌控,才能逐渐形成自主产品的竞争力。“目前,很多车型没有涉及高级别自动驾驶,推广线控底盘肯定超前,但越来越多的智能汽车都配备了L2级自动驾驶系统,这就是机遇。未来几年将是智能汽车产业的爆发期,线控底盘的需求将与日俱增,迎来更大机遇,所以,一定要打造优质、可靠的产品才是赢得未来最重要的因素。”他认为,未来几年,随着量产及规模化应用,国产线控底盘的价格也会有所下调,形成良好的性价比竞争优势,有望打破国外产品垄断,实现同台竞争。

舒亮提出,在线控底盘产品推广应用环节,既要考虑针对性,也要考虑车企的意愿。应该说,乘用车、商用车才是车企的主战场,无人物流车只是物流企业在使用,这些都需要零部件企业做到心中有数。乘用车以“人”为中心进行设计,重点考虑人的安全、舒适和便捷性,而物流车以“货物”为中心,重点考虑的是如何把货物高效送达目的地。在安全性要求上,人员的安全级别比货物更高。

事实上,随着自动驾驶技术越来越广泛的应用,国产线控底盘也开始获得更多“上车”机会。“要树立国产线控底盘的良好信誉和品牌影响力,的确需要在核心技术突破、软件硬件优化上下功夫,力争以过硬的产品、良好的指标全面与国外产品实现‘对标’,在市场上并驾齐驱共同竞争。”林澍文提出,市场接受度越高,越要重视技术优化和产品质量及可靠性,绝不能出现只求数量不求质量的问题,高质量发展才是产品胜出的关键。

“前几年,自动驾驶领域大量的企业都将精力、物力及财力聚焦在感知和算法环节,而忽略了线控底盘。随着自动驾驶发展到一定程度,如果这个赛道上没有自主线控底盘企业的存在,整个自动驾驶生态其实很难形成闭环。”陶喆认为。

“国内线控底盘技术迭代本身需要时间,企业也需要通过终端用户体验的反馈来迭代技术,这个磨合完善的过程大约在2025年前后可以完成。”孙若愚认为,国内相关整零企业应该形成合力,共同努力,加速构建线控底盘产业链生态。(记者:赵建国)

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