隨著智能駕駛的發(fā)展和各路玩家的入局，作為執(zhí)行層的核心技術(shù)，底盤線控化已經(jīng)成為必然趨勢，自動(dòng)駕駛的實(shí)現(xiàn)也必須基于線控化的底盤來實(shí)現(xiàn)。

但是要把線控的所有功能完全發(fā)揮，開發(fā)出純線控的底盤，還存在一些重點(diǎn)和難點(diǎn)問題，需要相關(guān)技術(shù)的支撐。本文我們將解讀當(dāng)前線控底盤的關(guān)鍵技術(shù)和瓶頸所在。

1.故障診斷與容錯(cuò)控制

汽車線控系統(tǒng)具有傳統(tǒng)機(jī)械或液壓系統(tǒng)所不具備的技術(shù)優(yōu)勢。但它是一種復(fù)雜的高級(jí)電子系統(tǒng)，目前還沒有達(dá)到機(jī)械或液壓部件同等可靠的程度，并且故障失效模式也與傳統(tǒng)系統(tǒng)不一樣。那么如何在新的故障模式下進(jìn)行有效的故障診斷，并保證在某些電子部件或軟件失效的情況下，系統(tǒng)具有容錯(cuò)功能，能保證系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向、制動(dòng)等基本功能，是實(shí)現(xiàn)線控底盤的全面應(yīng)用所必須解決的問題。

線控系統(tǒng)要能夠及時(shí)檢測到系統(tǒng)故障，確定故障源，并做出相應(yīng)的容錯(cuò)控制動(dòng)作。容錯(cuò)控制的含義是：當(dāng)有一些部件出現(xiàn)故障或者失效的時(shí)候，他們?cè)谙到y(tǒng)中的功能可以用系統(tǒng)中的其他部分來代替，使系統(tǒng)能繼續(xù)保持規(guī)定的性能，或者不喪失基本的功能，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)故障系統(tǒng)的性能最優(yōu)。

容錯(cuò)控制的設(shè)計(jì)方法主要有硬件冗余方法和解析冗余方法兩種，硬件冗余方法就是通過對(duì)重要部件或者容易發(fā)生故障的部件提供備份，解析冗余方法主要是通過設(shè)計(jì)控制器的軟件來提高整個(gè)系統(tǒng)的冗余度。

在線控系統(tǒng)中，相對(duì)于ECU來說，傳感器和執(zhí)行器更加容易發(fā)生故障，所以很多傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間都存在冗余備份。不過，雖然ECU的可靠度比較高，但ECU一旦出現(xiàn)故障，后果更加嚴(yán)重。因?yàn)閭鞲衅骱蛨?zhí)行器故障后，系統(tǒng)還可能保持部分工作，而一旦ECU出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會(huì)處于完全癱瘓狀態(tài)，失去所有功能。

但是，硬件冗余存在成本高的問題，這也是線控技術(shù)目前發(fā)展的一大瓶頸。考慮到成本問題，更多地利用解析冗余方法來提高容錯(cuò)性，是一個(gè)重要的發(fā)展方向。

2.信息獲取與傳輸

信息獲取與傳輸技術(shù)分別對(duì)應(yīng)傳感器技術(shù)和總線技術(shù)。

線控底盤完成轉(zhuǎn)向、制動(dòng)等控制動(dòng)作的前提，是傳感器不斷將駕駛員的指令信息和車輛的狀態(tài)信息及時(shí)反饋給控制器，然后控制器才能夠根據(jù)控制策略，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。

傳感器的精度和分辨率直接影響著控制系統(tǒng)的精度和性能，所以研制出成本低、可靠性好、精度高、體積小的傳感器，也是發(fā)展線控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

總線技術(shù)對(duì)信息的傳輸起著決定性的作用。線控技術(shù)的全面應(yīng)用意味著汽車由機(jī)械系統(tǒng)到電子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，線控技術(shù)要求用于線控的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速度很快，時(shí)間特性很好，可靠性高。

傳統(tǒng)的CAN總線無法為線控系統(tǒng)提供所需要的容錯(cuò)功能和帶寬：一方面是因?yàn)?，線控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性要求都很高，必須要采用時(shí)間觸發(fā)的通信協(xié)議；另一方面，線控系統(tǒng)要求通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議具有容錯(cuò)的功能，容錯(cuò)的功能就意味著即使系統(tǒng)的不同部分出現(xiàn)了故障，系統(tǒng)仍然可以按設(shè)計(jì)繼續(xù)運(yùn)行。

TTP/C和FlexRay協(xié)議都包含容錯(cuò)的同步時(shí)鐘，并且用總線監(jiān)控器保護(hù)通信信道不受錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)的影響，是純線控系統(tǒng)通信協(xié)議的優(yōu)選。

3.電機(jī)及其控制器

信息通過總線傳輸?shù)娇刂破?，然后控制器?qū)動(dòng)各種電機(jī)實(shí)現(xiàn)執(zhí)行工作?？刂齐姍C(jī)和控制器的性能，很大程度上影響著線控系統(tǒng)的整體性能。線控系統(tǒng)的電機(jī)主要以位置、轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩等，作為控制目標(biāo)，功率從十幾W到幾千W不等。

對(duì)于小功率電機(jī)，可以采用步進(jìn)電機(jī)或直流電機(jī)，如節(jié)氣門開度的控制電機(jī)、油泵電機(jī)等。

在大功率電機(jī)方面，永磁同步電機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，比如線控轉(zhuǎn)向電機(jī)、EMB中的制動(dòng)電機(jī)等。

圖2 布雷博的EMB系統(tǒng)

純線控系統(tǒng)由于多個(gè)電機(jī)同時(shí)工作，需要消耗更多的電能。因此需要提高電機(jī)功率密度、控制器功率密度以及系統(tǒng)效率等指標(biāo)，擴(kuò)大高效區(qū)的范圍。這樣不僅可以降低電機(jī)控制器和系統(tǒng)電源的負(fù)荷，提高設(shè)計(jì)的冗余度，還對(duì)線控系統(tǒng)工作節(jié)能，增強(qiáng)系統(tǒng)動(dòng)力性能方面具有重要的意義。

此外，電機(jī)及控制器的可靠性、安全性、電磁兼容性也是整車集成控制安全性的重要前提。

4.動(dòng)力電源

要保證整套線控系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，動(dòng)力電源的性能也是至關(guān)重要的。

線控系統(tǒng)的執(zhí)行器主要是大功率的電動(dòng)機(jī)以及伺服電機(jī)，其相對(duì)于傳統(tǒng)的執(zhí)行器功率而言，消耗極高。舉例來說，單個(gè)轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)的功率范圍是550~800W，而電機(jī)盤式制動(dòng)器的功率可達(dá)1000W。

如果繼續(xù)維持傳統(tǒng)的14伏供電系統(tǒng)，就必須通過提高電流，來獲得更高的功率。但過高的電流會(huì)給整套系統(tǒng)帶來安全隱患，汽車電路上的熱能消耗也會(huì)大大增加，所以汽車供電系統(tǒng)必須通過提高電壓，來滿足更大功率的需求。

目前，48伏的供電系統(tǒng)得到快速發(fā)展，是當(dāng)下的趨勢。

5.未來發(fā)展趨勢

根據(jù)以上的關(guān)鍵技術(shù)解讀，我們不難發(fā)現(xiàn)，線控系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢主要有以下幾點(diǎn)：

一是線控系統(tǒng)的智能化，各個(gè)線控子系統(tǒng)及汽車的其他電控單元高度集成，實(shí)現(xiàn)控制一體化。

比如，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和線控懸架的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)汽車的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一控制，向綜合控制方向發(fā)展。綜合發(fā)揮兩者的優(yōu)點(diǎn)，不僅可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，還可以更好的改善汽車的安全性、舒適性和穩(wěn)定性。

二是提高線控技術(shù)的可靠性和安全性。

目前法規(guī)仍然要求轉(zhuǎn)向和制動(dòng)系統(tǒng)必須有機(jī)械連接，不允許使用純線控的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)或制動(dòng)系統(tǒng)，因此盡快提高線控系統(tǒng)的可靠性和安全性，是當(dāng)務(wù)之急。只有實(shí)現(xiàn)高度的安全，才能獲得政府部門對(duì)完全線控系統(tǒng)的認(rèn)可，才能實(shí)現(xiàn)線控技術(shù)在車輛上的全面應(yīng)用。

三是降低成本。

線控系統(tǒng)中所必需的傳感器、高功率的電機(jī)、高性能的電源，以及硬件冗余等，都大大增加了成本。隨著技術(shù)的進(jìn)步、電子設(shè)備成本的下降，以及其他的技術(shù)手段，如非硬件冗余的容錯(cuò)控制技術(shù)等，線控系統(tǒng)的成本會(huì)逐漸下降。只有成本下降了，線控系統(tǒng)才能在量產(chǎn)車上大范圍應(yīng)用。

四是應(yīng)用范圍的擴(kuò)展。

實(shí)現(xiàn)低成本和高可靠性后，結(jié)合目前的電動(dòng)化、智能化發(fā)展趨勢，線控技術(shù)的應(yīng)用范圍將越來越廣，對(duì)自動(dòng)駕駛的發(fā)展也會(huì)起到有效的推動(dòng)作用。

審核編輯：劉清