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智能线控底盘如何助力自动驾驶产业发展

2020-09-11 山东科大集团 阅读

一辆智能汽车不仅需要增加人机交互、视觉传感器等过去没有的设备,就连传统硬件也需要与之一同发生变革——汽车底盘就是其中之一。


9月9日,浙江天尚元科技有限公司副总经理代凯以“线控底盘助力无人驾驶产业发展”为主题,在回望汽车底盘过去发展历程的同时,展望电动化和智能化时代的新发展和技术难点。当下,这一传统部件正在发生“蜕变”,助力无人驾驶产业的发展。




从转向、踏板机器人到电动线控底盘


随着产业的发展,多种形态的高级别辅助驾驶或自动驾驶对线控底盘的需求正在增加。像蔚来ES6、理想ONE、小鹏G3和广汽Aion LX等配备一定程度的高级别辅助驾驶或者自动驾驶功能的车型,就要求底盘具备线控功能,比如转向、刹车等。代凯强调,当前的新能源汽车驱动技术发展较为成熟,因此线控底盘更多关注的是转向和制动功能。目前,无论是在乘用车,还是无人巴士、无人配送车上,线控底盘在转向和制动方面都有比较高的门槛。随着国内外企业的纷纷布局,线控底盘的发展正在呈现出百花齐放的状态。


代凯介绍,其实早在上个世纪五六十年代,电子控制技术就已经开始应用。早期是使用转向机器人和踏板机器人实现对车辆的主动线控。随后一些传统燃油车在进行改装之后,能够达到无人车挑战赛中的行驶里程要求。代凯不由得感概,DARPA无人车挑战赛算是一场神仙打架的风云聚会了。当下已催生出了各种形态的电动线控底盘,有用于无人配送,有用于智慧物流,还有用于科研教育。“从2010年往后,电动线控底盘的出现,对行业的发展起到了极大的促进作用。电动化让产品控制更便捷,用户充换电更轻松。”代凯说。


那么,未来的线控底盘长什么样呢?代凯总结了以下三大特点:第一是电动化,以电子控制为核心,机电一体化设计;第二是冗余化,整个软硬件架构更为完善,易于拓展,有完整的监控系统;第三点是智能化,能够感知更多的信息,识别驾驶员意图,能够接收多种控制源。


线控底盘是实现无人驾驶的关键载体


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“线控底盘是自动驾驶和新能源汽车中间的一个结合点,它是实现无人驾驶的关键载体。”代凯说,在自动驾驶还没有爆发之前,很少有人提到线控底盘这个概念。但是现在很多纯电动汽车的底盘已经具备了部分线控功能。随着自动驾驶的发展,线控底盘也得到了一个比较好的发展机遇,多种形态的高级别辅助驾驶或自动驾驶对线控底盘的需求也在增加。


线控底盘如何助力自动驾驶的发展呢?简单来讲,由摄像头、激光雷达、毫米波雷达、GPS组成了环境感知系统,再通过由导航、路径规划、信息融合、路径跟踪等做出智能决策的系统,把指令发给线控底盘去执行。换言之,车身或箱体更多是承载功能,并不具备行驶功能。线控底盘承担了中间者的角色,来执行整个无人驾驶计算后的结果。


基于此,线控底盘需要具备转向、驱动和制动等功能。因此,在线控底盘域控制器上,需要速度接口、加速度接口、力矩接口、制动接口和转角接口等。此外,对于自动驾驶来讲,线控底盘与惯导深度融合能够提高定位精度,同时还可以用于高精度地图的采集、构建,以及执行自动驾驶相关驾驶任务。


线控底盘的关键技术及面临的挑战


代凯介绍,线控底盘的关键技术包括了平台模块化硬件架构设计、平台电气架构设计、平台软件架构设计以及线控驱动、制动、转向系统等关键技术。


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线控底盘通过模块化硬件架构设计可以将其拓展为物流箱、驾驶舱、甚至还可以作为移动仓库使用;电气架构设计要求线控底盘能够为自动驾驶提供更为高效、便利的拓展空间;软件架构设计将线控底盘平台分为底盘域和自动驾驶域,底盘域充当执行模块,自动驾驶域则起到控制作用,通过向底盘域发送指令来对底盘进行控制。线控驱动、制动、转向等系统则是通过不同的指令使线控底盘做出加减速、停车、转弯等动作。


以线控制动系统关键技术为例,制动控制器响应整车控制器或上机位油压目标控制指令,控制BC电机工作,进而推动制动主缸产生制动压力。值得注意的是,目前行业普遍期望制动响应时间要求不大于150毫秒,最大压力建压时间要在300毫秒以内,压力控制精度要求不大于0.2Mpa。此外,线控制动系统通过自动控制制动压力来辅助无人车完成上坡坡道起步、下坡辅助制动等功能,从而实现更好的车辆控制效果。


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此外,代凯特地讲解了线控制系统目前面临的两个技术难点,电机和传动机构。在电机方面,为了达到一个较好的响应和控制精度,一般选取直流无刷电机,并且需要满足合适的最高转速、富足的扭矩输出、较小的驱动电流及反向电动势等条件,但目前在国内应用于轻载的此类可选电机较少,因此解决电机需求成了一大难点;而在传动机构方面,合适的传动比、传动形式以及强度、刚度、精度、轻量化和低噪声这些看似简单的问题,实则需要有非常丰富的工程经验,通过广泛的实验来实现传动机构的设计从而得到相对可量产的产品。另外,由于无人驾驶需要冗余备份的制动系统,线控底盘需要进行多冗余安全设计。


“线控底盘是无人驾驶产业落地的重要载体,精细化控制、高安全冗余的通用化线控平台是该领域的重大瓶颈,要实现原始创新突破,攻克关键基础技术,开展复杂系统体系架构、新型电子电气架构、智能决策控制等基础前瞻技术研究,打造颠覆传统汽车理念的新型智能终端,为我国下一代智能汽车产业发展贡献力量!”代凯表示。


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