细分赛道和市场应用
|线控制动:工作原理
如果制动踏板仅仅只连接一个制动踏板位置传感器,踏板与制动系统之间没有任何刚性连接或液压连接的,都可以视为线控制动系统。
线控制动把制动踏板和制动器之间的动力传递分离开来,取而代之的是电线连接;将原有的制动踏板用一个模拟发生器替代,通过制动踏板位置传感器监测驾驶员的制动意图产生、传递制动信号,将制动踏板机械信号转变为电控信号,并将信号传递给控制系统和执行机构,以电控模块来实现制动力,并根据一定的算法模拟踩踏感觉反馈给驾驶员;电线传递能量,数据线传递信号,所以这种制动叫做线控制动。
|线控制动:更快、更轻、更安全
线控制动系统具备安全性更强、能量回收更高效、间接提升燃油/电能经济性等优势,在汽车电动化、智能化大背景下,逐渐成为标配。
1)电子化:线控制动系统的响应速度远快于传统液压制动,主动制动的预期建压时间可以从常规制动的400-600ms 缩短到200ms 以内(布雷博能做到90ms),并提供≥0.9g的自动紧急制动力,制动距离降低,显著提高安全性。
2)集成化、轻量化:通过集成控制、驱动、助力模块,线控制动系统大幅简化了执行端结构(包括液压系统),博世推出的ibooster 2.0 版本比1.0 版本进一步减轻了10%左右的重量,将进一步提高汽车燃油/电能经济性。
3)高效能量回收:线控制动系统解决了新能源汽车缺乏真空动力源的问题,同时将解耦踏板力和制动力,优先电机回馈制动,在制动力不够时才介入摩擦制动,可以实现协调式回收,提高能量回收效率,进而提升行驶里程。
|线控制动:EHB为当前主流,EMB有待验证
根据乘用车线控制动实现形式的不同,线控制动可以分为电子液压制动(EHB)系统和电子机械制动(EMB)系统。当前阶段线控制动系统的主流技术方案是EHB,它以电子元件替代了部分机械部件的功能,但仍然保留制动液作为动力传递媒介,具备液压备份制动系统。
机械式线控制动系统(EMB)则更接近真正意义上的完全线控,通过四个轮端电机产生所需的制动力,以及控制电机实现ABS 等稳定性功能,但大规模量产的可靠性还需要验证。
由于线控制动系统需要考虑安全冗余问题,当前应用方案呈现Two Box解耦方案、One Box+电子冗余方案、EMB+多冗余三种方案并存的局面。
目前线控制动主流技术方案仍为EHB,其中Two box方案技术成熟度高,One box方案凭借成本优势其装配率正在逐步提高。EMB方案实现了完全的线控化,是目前可见的线控制动最优产品。但现阶段EMB技术仍存在安全冗余以及成本等问题,预测2026~2027年行业内有望实现量产。
|线控制动:得到主机厂认可和打造自主可控供应链是核心挑战
1)算法壁垒:线控制动涉及制动、车身稳定等功能的复杂算法,并且产品必须逐级迭代。ESC系统的技术难点包括实现防抱死制动系统(ABS)、电子制动力分配(EBD)、牵引力控制系统(TCS)、车辆动态控制系统(VDC)等功能的复杂算法积累以及MEMS传感器元件的性能和稳定性,算法复杂度和技术实现都有更高的要求,并且直接涉及到行车安全。以TCS功能为例,滑转率控制在一定范围内时才能保证车轮与路面有良好的纵向及侧向附着系数,为车辆提供最佳驱动力。而从ESC 到 One-box更需要经过大量软件算法的升级。
2)工程壁垒:EHB需要精确的液压制动力控制。压力控制效果的优劣直接影响系统最终控制品质,需要依赖于先进的算法。同时在根据产品硬件特性确定关键影响参数时,还需要完成大量标定工程量。
3)安全壁垒:比如冗余设计,尤其是为了满足高级别的自动驾驶需求时,要求制动系统必须形成主线控制系统、备份系统、EPB以及与其他线控系统的多层次安全冗余系统,减速度>0.25g。
|线控转向:高阶智驾的核心部件
线控转向是实现高阶自动驾驶的关键性技术。汽车的转向系统经历了多个发展阶段,从最原始的纯机械传动转向,到通用汽车公司首推的液压助力转向、丰田推出的电控液压助力转向、电动助力转向(EPS),再逐渐发展至当前的线控转向系统(SBW)。
其中,EPS以驾驶员施加的转角为输入信号,由扭矩传感器记录并传输给电控单元,再计算出所需转向助力,控制伺服电机工作,其转向信号本质上仍来源于驾驶员。而线控转向系统则摆脱了传统转向机构的结构限制,其角度传递特性和力传递特性都是通过电传机构的电能实现,经由控制算法实现智能化车辆转向。
电子助力转向(EPS)系统技术成熟度高,是目前大多乘用车的标准配置,能够满足L3级以下的智驾功能。线控转向(SBW)系统取消了转向柱万向节,实现了系统的纯线控。其在响应速度和精度方面具备显著优势、是实现L3级及以上高阶智驾的核心部件。
|线控转向:更集成、更高效、更安全
线控转向系统的优势源于方向盘和转向机的完全物理解耦:
1)节省空间、重量轻:转向柱的取消能够减轻系统重量,同时为主机厂提供更大的设计空间,便于布置自动驾驶的其他子系统,包括感知系统、动力系统等。
2)优化驾驶体验:在解除机械连接的制约后,方向盘布局控制、车辆转向指令设计都变得更加灵活,转向比率随速变化,能够实现高速稳定和低速轻便的转向体验。同时路面信息将完全通过软件模拟实现,驾驶员能够自主选择路感反馈等级,实现个性化路感体验。
3)提升安全性:线控转向实际也将驾驶员操作和车辆行驶进行了解耦,能够提高紧急情况下转向操作的正确性,转向轴的取消完全避免了碰撞过程中对驾驶员可能造成的伤害;4)加强系统集成:采用电机控制直接驱动车辆转向,能够便于其与车辆其他主动安全控制子系统进行通讯和集成控制,为自动驾驶汽车实现自主转向提供了良好的硬件基础。
|线控转向:研发有突破,但量产尚需时日
电子助力转向系统(EPS):目前在乘用车上的搭载率已超过98%,维持在较高水平。
线控转向系统(SBW):目前仅有少数量产车型搭载,如英菲尼迪Q50L/QX50/Q60、特斯拉Cybertruck(计划于2024Q2在新款ModelS/X车型中也使用线控转向技术)、蔚来ET9、雷克萨斯RZ等。
随着线控转向技术的进一步完善,线控转向在智能汽车上的装配率无疑会有快速的提升,一方面是基于线控转向技术本身带来的安全性和驾驶体验方面的优势,另一方面则是基于消费者对车企新车型自动驾驶功能和配置方面更多的差异化需求。
|智能悬架:改善乘坐舒适性和操作稳定性
可控悬架系统是智能底盘系统中最易为消费者直接感知的执行部件,能够在不同路况和驾驶情境下给予用户更好的驾乘体验:
1)当车辆在平坦路面行驶时,可控悬架的动行程较小,弹性介质承受瞬时压力所产生的刚度也就小,强化行驶平稳性。
2)当车辆在起伏路行驶时,可控悬架的弹性力呈现非线性变化且幅值增加,吸收较多的冲击能量,有效起到缓冲作用,避免了能量直接传递到车身,改善车辆机动性和乘坐舒适性。
3)采用空气弹簧时以空气为介质,内摩擦小,赋予悬架低噪声性能。
4)弯道处提供侧向支撑,显著减少侧倾角。
|智能悬架:三种悬架特点对比
悬架系统根据其刚度和阻尼的可调性,可以分为被动悬架和主动悬架系统,目前行业正处于由被动悬架向主动悬架转变的阶段。根据是否依赖外部动力源,主动悬架又进一步细分为半主动悬架和全主动悬架。
|智能悬架:当前以半主动悬架为主,主动空悬是重要方向
当前新能源大部分车型主要以“半主动悬架系统”的配套为主,最常见的是电控悬架系统。国内所装配车型的价格处在20-45万之间,基本覆盖了相对主流的价格带,尤其已基本成为20-30万元自主新能源车型的常见配置。
主动空气悬架系统将是未来汽车底盘智能化升级的重要方向。空气悬架系统是在电控减震器的基础上,进一步使用气泵和空气弹簧来取代传统的线圈弹簧。目前配置主动空气悬架系统的车型多为40 万元以上的高端车型。
|底盘域控:集中式电子电气架构拉动域控制器需求增长
在车辆智能驾驶功能逐步成为行业标配的背景下,集中式的电子电气架构不断发展、进化并逐渐成为主流,承载了软硬件解耦重任的域控制器也由此应运而生,成为分布式架构向集成式汽车电子电气架构跨越的桥梁。
|底盘域控:周期更短,成本更低,效果更好
除了支持高阶自动驾驶功能、强化系统安全性等优势外,作为架构的“大脑”,域控制器还能够带来整车制造成本降低、开发周期缩短等诸多优势:
1、降低制造成本:域控制器将原先汽车分布式架构下100 余个ECU 减少到集中式架构的数个DCU,更有利于车厂降本。如果将包括转向、制动等底盘部件和动力、车身部件控制集成到同一个域控制器,微处理芯片、电源芯片、存储芯片将分别由原来的多个减少为1个,通信芯片也将减少一半。从而在控制器硬件的安全性能、控制精度、采样精度和响应水平都有所提高的情况下,成本能下降近30%。
2、缩短开发周期:过往底盘控制的相关技术一直为国际厂商所有,与底盘相关的减震器、空气悬架、EPB等零件相关的所有ECU,需要从相应的合作伙伴处定制调校需求,一般需要8 个月来满足快速FOTA需求。而在使用域控制器后,因为各零件环节之间协调所需的沟通减少,进行FOTA 的周期能够大幅缩短至1.5 个月,底盘功能的开发算法周期同样能够缩短50%左右。
|底盘域控:跨域融合是发展方向
智能底盘的跨域融合目前处于2.0阶段,通过底盘域与智能驾驶域的融合为实现L3级及以上级别智驾功能的做好执行端的支持。在汽车EE架构由分布式向集中式的演进的前提下,随着技术的成熟和芯片算力的进一步突破,底盘域与座舱域的跨域融合进展将加快,实现五域融合。
目前部分主机厂如蔚小理、广汽埃安等在中央计算上进展较快,采取“中央计算+区域控制”的架构,集成了智驾、智舱等功能。但由于底盘域控对功能安全性要求严格,相比于“舱驾融合”的难度更高,实现五域融合式的中央计算架构仍需要时间。