線控底盤：從機(jī)械世界到電信號(hào)的智能化升級(jí)

• 陳博 2023年11月3日 來(lái)源：中研網(wǎng) 1229 80
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底盤線控技術(shù)是以電信號(hào)取代傳統(tǒng)底盤中的機(jī)械聯(lián)結(jié)和機(jī)械能量傳遞的技術(shù)。在傳統(tǒng)底盤中，操作機(jī)構(gòu)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間通過(guò)機(jī)械聯(lián)結(jié)傳遞機(jī)械能量，底盤的早期發(fā)展歷程也是各機(jī)械系統(tǒng)不斷完善的過(guò)程。隨著技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用得到增強(qiáng)，底盤系統(tǒng)的電子化程度逐步

汽車底盤是傳動(dòng)、行駛、轉(zhuǎn)向與制動(dòng)子系統(tǒng)的總和，通過(guò)操作機(jī)構(gòu)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)車輛按駕駛員所要求的正常運(yùn)動(dòng)。底盤是汽車的重要組成部分，負(fù)責(zé)接受發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，按照駕駛員的操作指令使得輪胎與地面產(chǎn)生相應(yīng)的力的作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)行駛、轉(zhuǎn)向與制動(dòng)等功能。汽車底盤包括四大子系統(tǒng)：1)傳動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)行從發(fā)動(dòng)機(jī)到驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力傳遞，通常由離合器、變速器、萬(wàn)向傳動(dòng)裝置、主減速器、差速器與半軸等構(gòu)成;2)行駛系統(tǒng)，將傳動(dòng)系統(tǒng)傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為行駛的驅(qū)動(dòng)力，配合轉(zhuǎn)向系保證操縱的穩(wěn)定性，緩和由路面不平帶來(lái)的震動(dòng)感，通常由車架、車橋、車輪和懸架等構(gòu)成;3)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，按照駕駛員指令改變汽車的行駛方向，通常由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)結(jié)構(gòu)等構(gòu)成;4)制動(dòng)系統(tǒng)，使行駛中的汽車減速或在最短距離內(nèi)停車，保持車輛停放在原地，通常由制動(dòng)操縱裝置、制動(dòng)控制裝置與制動(dòng)器等構(gòu)成。

底盤線控技術(shù)是以電信號(hào)取代傳統(tǒng)底盤中的機(jī)械聯(lián)結(jié)和機(jī)械能量傳遞的技術(shù)。在傳統(tǒng)底盤中，操作機(jī)構(gòu)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間通過(guò)機(jī)械聯(lián)結(jié)傳遞機(jī)械能量，底盤的早期發(fā)展歷程也是各機(jī)械系統(tǒng)不斷完善的過(guò)程。隨著技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用得到增強(qiáng)，底盤系統(tǒng)的電子化程度逐步提升。底盤線控技術(shù)(X-by-wire)是指將輸入的駕駛指令利用傳感器傳遞到中央處理器，通過(guò)中央處理器的控制邏輯發(fā)送電信號(hào)給相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成駕駛操作。與傳統(tǒng)底盤相比，傳遞與控制的實(shí)現(xiàn)方式由機(jī)械變?yōu)殡娦盘?hào)。

線控底盤具備響應(yīng)速度快與控制精度高的特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別自動(dòng)駕駛技術(shù)的關(guān)鍵。由于以電信號(hào)取代機(jī)械聯(lián)結(jié)與機(jī)械能量傳遞，線控系統(tǒng)具備以下優(yōu)勢(shì)：1)以電信號(hào)的方式傳輸，系統(tǒng)的響應(yīng)速度更快;2)應(yīng)用傳感器收集與記錄信息，控制精度與子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)性大幅提升;3)以線控系統(tǒng)取代機(jī)械裝置，減輕整備質(zhì)量，提升輕量化水平，同時(shí)節(jié)省大量空間，有利于實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)。從控制流的角度來(lái)看，自動(dòng)駕駛技術(shù)本質(zhì)是對(duì)"駕駛員指令輸入-底盤子系統(tǒng)影響輪胎力-達(dá)到相應(yīng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)-駕駛員操作修正"控制閉環(huán)中的人工控制實(shí)現(xiàn)部分(甚至完全的)取代，線控技術(shù)的應(yīng)用增強(qiáng)了底盤系統(tǒng)的電子化程度，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵技術(shù)。這也是本篇報(bào)告，后續(xù)圍繞線控底盤中核心部件做深入探討的關(guān)鍵所在，尤其是在包括轉(zhuǎn)向與制動(dòng)兩個(gè)環(huán)節(jié)等。

底盤屬于整體概念，具體而言，線控技術(shù)在底盤上的應(yīng)用主要指線控轉(zhuǎn)向、線控制動(dòng)、線控?fù)Q擋、線控油門、線控懸掛五部分。對(duì)比來(lái)看，各部分的技術(shù)成熟度與滲透率水平呈現(xiàn)不同特點(diǎn)：

線控油門：技術(shù)成熟，滲透率高，國(guó)內(nèi)外競(jìng)爭(zhēng)格局穩(wěn)定。與傳統(tǒng)的機(jī)械油門相比，線控油門取消了油門踏板與節(jié)氣門之間的機(jī)械連接，而以傳感器與控制單元實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞與節(jié)氣門開度量的計(jì)算，由電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)氣門的控制。線控油門于上世紀(jì)末實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，技術(shù)成熟度高，現(xiàn)已基本成為各車型的標(biāo)準(zhǔn)配置，目前線控油門的滲透率已將近100%，單車價(jià)值量在300元左右。

線控?fù)Q擋：技術(shù)成熟，滲透率仍有提升空間，國(guó)內(nèi)供應(yīng)商參與度較低。線控?fù)Q擋取消了擋位與變速器之間的機(jī)械連接，簡(jiǎn)化了換擋操作，安全性與科技感得到增強(qiáng)。線控?fù)Q擋的技術(shù)難度不高，與其他底盤線控系統(tǒng)相比，滲透率處于中等水平，目前線控?fù)Q擋滲透率在25%左右，單車價(jià)值量在400-500元之間，預(yù)計(jì)隨著燃油車自動(dòng)擋滲透率的提升，線控?fù)Q擋滲透率將持續(xù)向上。

線控懸架：技術(shù)成熟，滲透率低。線控懸架主要由空氣彈簧、高度傳感器、電控單元、儲(chǔ)氣罐、減震器、氣泵等構(gòu)成，根據(jù)行駛路況自動(dòng)調(diào)節(jié)懸架的高度、剛度與阻尼，實(shí)現(xiàn)駕駛的操控性與舒適性。目前技術(shù)發(fā)展比較成熟，但成本比較高，主要搭載于高端車型，近年來(lái)隨著自主崛起與懸架核心部件國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程推動(dòng)，空氣懸架搭載車型價(jià)格持續(xù)下探，2021年中國(guó)乘用車空氣懸架實(shí)現(xiàn)銷量約46萬(wàn)輛，占乘用車市場(chǎng)的滲透率從2018年的1.27%提升到了2.2%。

國(guó)內(nèi)空氣懸架市場(chǎng)長(zhǎng)期被外資供應(yīng)商控制，但隨著行業(yè)快速爆發(fā)，外資企業(yè)服務(wù)和資源上難以跟上，國(guó)產(chǎn)突破有望加速?？諝鈶壹芮捌谝恢碧幱谕赓Y壟斷，究其原因是燃油車時(shí)代自主乘用車車企困于中低端市場(chǎng)，而空氣懸架系統(tǒng)的高昂成本使其難以應(yīng)用在低端乘用車型上，導(dǎo)致自主車企難有需求。造車勢(shì)力、自主高端品牌品牌升級(jí)帶來(lái)空氣懸架配置的旺盛需求，外資在開發(fā)資源和響應(yīng)速度上無(wú)法滿足市場(chǎng)井噴的空氣懸架開發(fā)項(xiàng)目。車企自身對(duì)于空氣懸架也缺少開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，需要第三方配合實(shí)現(xiàn)空氣懸架的研發(fā)，給予國(guó)內(nèi)企業(yè)配套的黃金窗口期。

線控制動(dòng)：技術(shù)仍處于完善階段，滲透率低。線控制動(dòng)系統(tǒng)是指以電子元件實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)中機(jī)械部件的部分或全部取代，以電信號(hào)傳遞指令，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的制動(dòng)功能。對(duì)比而言，線控制動(dòng)的技術(shù)發(fā)展成熟度偏低，當(dāng)前主要有液壓式(EHB)與機(jī)械式(EMB)兩種類型的技術(shù)路線，其中EHB仍然以傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)為基礎(chǔ)，而EMB將完全實(shí)現(xiàn)電子化，未來(lái)更可能成為主流技術(shù)方案。

線控轉(zhuǎn)向：技術(shù)仍處于發(fā)展階段，滲透率最低，以概念車型應(yīng)用為主。與其他線控底盤系統(tǒng)的原理類似，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn)是以電子控制單元與傳感器等電子部件取代轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的機(jī)械連接，具備質(zhì)量更輕，路面沖擊更小，噪聲更低且隔振效果更強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但由于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)安全性與可靠性的要求高，且早期各國(guó)相關(guān)法規(guī)對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機(jī)械連接有強(qiáng)制性要求，技術(shù)成熟度仍有待提升，仍然以概念車型搭載為主。

線控轉(zhuǎn)向與線控制動(dòng)是自動(dòng)駕駛的核心技術(shù)，滲透率提升空間廣。線控油門已實(shí)現(xiàn)較高滲透率，對(duì)比而言，線控懸架與駕駛舒適性相關(guān)，線控?fù)Q擋是實(shí)現(xiàn)智能化泊車的基礎(chǔ)，而線控轉(zhuǎn)向與線控制動(dòng)涉及底盤兩大子系統(tǒng)，是自動(dòng)駕駛的核心技術(shù)，滲透率有望隨著自動(dòng)駕駛的推進(jìn)大幅提升。從已有趨勢(shì)來(lái)看，隨著行業(yè)的智能化升級(jí)，越來(lái)越多的車型(特別是新能源車)開始配置線控制動(dòng)系統(tǒng);線控轉(zhuǎn)向的法規(guī)限制逐步放開，中汽研標(biāo)準(zhǔn)所線控轉(zhuǎn)向工作組也于2021年12月宣布由集度、蔚來(lái)與吉利牽頭研究、制定線控轉(zhuǎn)向相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，未來(lái)有望實(shí)現(xiàn)更多量產(chǎn)應(yīng)用。

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