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1.4 车辆动力学在智能汽车时代的发展趋势

经过100多年的发展,汽车底盘各机械系统已经成熟,针对不同车型定位和应用,悬架和转向系统的形式选择也趋于一致。整车企业大多已从单车型开发发展到车型平台开发,再进一步到模块化平台开发时期。平台化的主要目的是加快新产品推出速度、增加单平台规模以系统性降本、保障产品品质,而模块化平台则增加了平台拓展性。但以底盘和动力系统为核心的整车物理架构平台化并没有改变汽车的传统开发模式,汽车的迭代速度依然依赖于硬件设计开发流程。

传统汽车底盘的若干功能被分割成了一个个互不相通的系统。为了优化这些功能,每个系统逐步发展出了自己的控制模块并有自己的控制软件,软硬件高度捆绑,供应商以“黑盒模式”交货,以实现主机厂预先设定的功能(图1.3)。发展到现在,一台车都有几十到数百个ECU,基于此的电子电气架构也被称为分布式架构。在开发的后期,主机厂的开发工作主要是标定这些控制系统的参数。标定工作往往需要不同的供应商同时参加,成本高且效率低。在今后一段时间里,车辆动力学协同控制技术和底盘线控技术是智能汽车时代的努力方向之一。

图1.3 汽车底盘电控技术发展历程

1.4.1 底盘域控制器和软硬件解耦

随着电子电气架构走向中央集中式,将控制功能上移,软硬件解耦、软硬件分离开发是大势所趋。中央集中式电子电气架构的优势包括:①减少车身线束长度及重量;②减少ECU的数量、提升ECU的通用化率;③降低成本、提升可靠性;④提升数据带宽和数据传输能力;⑤支撑新生产需求和功能需求的实现。

目前,大部分车企整合方向基本都是从过去的多系统多控制器分布式架构集中到3到5个域,即把上百个ECU集成为3~5个域控制器(DCU),如自动驾驶域、车身域、底盘动力域等。未来汽车电子电器架构可能进一步发展到整车中央计算式阶段,汽车将真正变成带四个轮子的“机器人”。随着汽车电子电气架构从分布式走向中央集中式,汽车软硬件开发将高度解耦,底层硬件标准化、平台化、模块化,输入输出接口高度开放,车企专注于研发用户感受度高的应用软件和功能软件是大势所趋。

与之对应,汽车将从“硬件为主软件为辅”,向“软件为主硬件为基础”过渡。车企的整车物理平台数量将减少,单个硬件平台可拓展性增强。绝大部分车企的自研软件占比将大幅上升,结合自身已有的车辆硬件基础,通过组合不同的硬件和软件来实现差异化的产品和服务。新车开发节奏显著加快,软件价值占比提升,对车的差异化定位起到越来越重要的作用,且在全生命周期可持续进化。

1.4.2 汽车智能化与底盘线控技术

智能汽车的“感知识别、决策规划、控制执行”三个核心系统中,与底盘强相关的主要是控制执行。中央集中式控制架构和域控制器为智能汽车提供了坚实基础。新型智能线控底盘是智能汽车的关键控制执行技术,传统汽车的底盘必须进行线控升级改造才能适应自动驾驶技术的发展。

底盘线控技术采用导线代替了原来的机械、液压连接,物理结构大为简化。但为了提高线控系统的安全可靠性,需要提供足够的硬件冗余,如传感器、执行器和芯片冗余等。这些直接导致成本增加,限制了其发展。线控的关键技术有信息获取与传输、驾驶员意图与工况辨识、电机与控制器、故障诊断与容错识别、电源与能量管理和线控底盘集成控制技术。其中,集成控制技术指当底盘控制功能、执行机构、传感器等增加时,必须协调好各子系统间的耦合、解决控制动作的冲突,使其稳定工作。

线控底盘主要由五大子系统构成,包括线控转向、线控制动、线控驱动、线控换档和线控悬架,与自动驾驶关系最密切且可靠性要求最高的两个线控系统分别是线控转向和线控制动系统,线控驱动和自动驾驶的纵向控制关系也非常密切。线控转向的工作原理将在第2.2节介绍。线控制动系统的种类、工作原理及技术上的挑战不是本书关注的内容。 wxV8mZ2nhUTZgT5BA5MVJKz5w/N+NLOBAG+SQ0AwFYYL5F+zqG7ZkEabpl2ZXnhf

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