安全系统零部件
名称:多年深耕汽车底盘领域 盖茨电子悬架系统的全栈思考
发布时间:2022-10-07 11:27:07 来源:乐鱼体育在线网址 作者:leyu乐鱼全站官网



说明:

  编者按:2022 年 5 月 27 日,由盖世汽车主办的 2022 汽车智能底盘 - 云论坛如期举行。苏州盖茨电子科技有限公司副总经理付勇受邀出席并发表《智能底盘悬架系统的研究与应用》的主题演讲。盖世汽车根据演讲整理成文,以分享读者。

  盖茨电子致力于汽车智能底盘核心电控系统的创新开发,产品包括底盘的智能悬架控制系统,线控转向控制系统,线控制动控制系统,轮毂电机控制系统以及底盘集成的域控系统。盖茨电子核心团队来自于博世、大陆,在汽车电控,尤其是底盘电控深耕多年。

  汽车产业正在进行电动化、智能化、数字化的转型与升级,聚焦到汽车上的底盘,正在迎来从之前的传统底盘到现在的电动底盘,再到未来的智能底盘,进行深度的技术变革,智能底盘成为汽车电动化、智能化转型的一种融合载体,也是汽车智能驾驶落地的基础,更与汽车安全、可靠行驶、节能减排息息相关。

  未来智能底盘的特征是什么?盖茨电子认为是具有如下特征的,是以无人驾驶,大数据,AI 学习等新的功能,使汽车成为人类更紧密的第二空间。汽车智能底盘需要更加智能化,适应更多的模态。

  聊一下智能底盘存在的价值,车轮与地面相互作用是汽车不同于其他运载的工具,也不同于其他智能体的最本质的属性,智能底盘作为一个载体,是为自动驾驶系统,为座舱系统,为动力系统提供承载的平台。

  它具备认知、预判和控制车轮与地面间相互作用,管理自身运行状态的能力,是具体实现车辆智能行驶任务的系统。它是实现自动驾驶的基本执行单元,也是底盘域最重要的角色。在自动驾驶系统中,L4 级别以上的自动驾驶系统需要更高灵敏度,更高执行精度的执行机构完成相应的动作,由前端感知层,比如说激光雷达、摄像头、毫米波雷达,未来的夜视雷达发出数据的探测,由中央决策层发出相应的指令,由底部执行层,也就是智能底盘中的执行机构,比如说线控悬架,线控转向,线控制动做出一些最优化的执行动作。回到底盘域内,在整车 XYZ 三个方向实现动作连动,可以进行更多场景的实现,如 AHC 主动悬架,高度控制等。

  智能底盘相关产品目前以线控的趋势为主,如 X 方向的线控转向,SBW,Y 方向的线控制动,EHB,One/Tow box,Z 方向的线控悬架,以空气弹簧,与 CDC 的联动组合,以及匹配的控制器或者集成的域控制器。

  悬架指车身与车轮之间的所有传力连接装置的总称,智能底盘悬架系统主流是通过 ECU 控制悬架执行机构,调节车辆在 Z 方向的一些参数,比如说阻尼,高度,刚度等,甚至一些主动的侧倾力矩等,使悬架系统处于最佳的减振状态,保证车辆的舒适性和操控的稳定性。下图从左往右代表悬架在一个技术先进性上的变更和增加,左下角的图是传统的被动悬架减振器,一般应用于经济型车辆上。

  第三张图是连续阻尼可调节减振器,简称 CDC,也是目前主流控制的一种悬架系统,应用于中高级车,它属于半主动悬架,可采用连续的阻尼控制,采用抑制振动的方式来保证车辆的舒适性以及操控的稳定性。

  第四张图片是单腔空气弹簧与 CDC 的联动组合,也是目前主流的控制方式,主要用于高级车辆,盖茨电子预测 3-5 年可能会到下探到 20-30 万的空间,它属于主动悬架的一种,可以采用连续阻尼控制,高度多级可调。它是采用消除振动的方式保证车辆的舒适性和操控的稳定性。

  最后一个图片是多腔空气弹簧与 CDC 的组合,它主要用于豪华车,这也是未来盖茨的主攻方向。它和单腔空气弹簧 -CDC 相比除了可以做连续阻尼控制,高度多级可调,消除振动之外它多了一个刚度可以多级控制,更能优化保证车辆的舒适性和操控的稳定性。在更高级的车上面通过 ECU 控制一些执行机构,施加主动的测倾力矩。盖茨电子认为在未来更高维度上,四个轮是完全解耦的,每个轮都可以主动施加主动侧倾力矩,可以优化车辆的相关性能。

  当前主流有两种悬架系统,一个是 CDC,连续阻尼可调式悬架,它是通过独立控制四驱的阻尼力,吸收路面的凸凹和冲击,实现驾驶的舒适性,同时在车辆加速,减速和转弯时可以有效的控制车辆的变化,从而提升操控的稳定性。目前主流的减振器是为单电磁阀的减振器,未来可能出现双电磁阀,更好的双向控制,它属于半主动悬架,也可以通过 ECU 算法实现与主动悬架类似的闭环控制。

  操纵稳定性是指,车辆在转弯行驶,或者车道变更的时候,针对一些大幅度的转向操作可以降低车体的摇晃,一般路况指山路,转弯的路面对车体产生大幅度摇晃的路面。驾驶的舒适性指的是在颠簸道路行驶时可以降低大幅度的车体摇晃,比如说隔离带的路面,以及坑洼路面,通过 CDC 减振器可以缓冲车辆的点头,类似于左右摇晃这种情况,或者行驶在恶劣路面可以降低从路面传来的微振动,或者转向装置的微振动,一般适用路况是石板路、鱼鳞路或者带接缝的路面。

  车高可调式悬架是通过独立控制车高调节装置与阻尼可变的减振器,具备 CDC 减振器的悬架特性外,还可以自动调整车身的高度,适应不同的场景。盖茨电子认为场景主要分为五个方面。

  一是舒适模式,是指车辆维持一个标准的底盘高度,标准底盘高度是可以定义的,根据每个人的个性化进行参数的调节,目的是维持驾驶舒适和稳定性。

  第三是运动模式,是指车辆在高速行驶时根据车辆的速度降低底盘的高度,有的车厂的逻辑是行驶在 120 公里每小时时速情况下行驶 30 秒就自动降低底盘高度,一是为了减少燃料的消耗,二是提升车辆的操控稳定性。

  第五种是装载模式。是指在车辆驻车时可以主动降低后轮的高度,方便装卸货物,还有一些充电模式等,这里不一一赘述了。

  目前主流的悬架类型是空气悬架,也就是空气弹簧 +CDC,也可以通过一些算法主动实现相应的闭环控制。

  结合汽车行业的基本准则,电动化,智能化,数字化,网联化,系统安全化,盖茨电子做了六项发展预判。

  第二个预测是高清摄像头,车路云的协同以及高精度地图的协同融合,能够提前识别路况,进行底盘控制。目前现在的趋势怎么能够低成本的有效控制,提前预测路面的识别。

  第三个预测方向是底盘域内部的联动,比如说控制转向,制动等,能实现高灵敏度的转向,制动等动态的一些控制。

  第四个预测指整个悬架系统闭环产生高精度的系统控制,底盘升降速度会有大幅度的提升,在未来几年内提升每 10 厘米每秒升降的速度。

  第五个预测是整车电压的提升,由传统的 12 伏,24 伏,慢慢变成混动的 48 伏,甚至高压的系统 400 伏,800 伏,甚至现在还有超高压系统。盖茨电子目前在参与 950V 超高压系统项目研发,未来有可能会出现 1000V 的系统。

  第六个预测是指安全冗余技术的全面应用,目前功能安全 ISO26262,预期安全 ISO21448,以及相关的网络信息安全,这也是对整个底盘悬架系统,电控系统的挑战。

  盖茨电子目前拥有两款主流产品,第一款是连续阻尼可调式悬架电控系统。整个系统的构成如下图所示,核心还是由整个电控的 ECU,通过 CAN 通讯,来获取 VCU 上的一些信息,比如说司机的意图,有没有踏板的信号,有没有踏板的压力,包括一些车辆的转角,同时结合车身上的传感器,比如说车身加速度传感器,车轮垂直加速度传感器,也有 OEM 会偏向使用车身高度传感器,具体的数量,包括使用传感类型,与成本和算法是有关系的,每个 OEM 都有自己的偏好和诉求。

  通过结合这些信号,控制相应的减振器,前后左右各四根,通过盖茨电子独特的阻尼力平稳控制算法,来提升整车舒适性,还有操控的稳定性。盖茨目前产品的特性,防护等级做的还是比较高的,到达 IP54 的等级。EMC 可以做到 Cispr25,Level5 的等级,重量比较轻,在 500 克以内,符合轻量化的需求,未来可能会减重到 400 克,整个软件架构是采用 Autosar 架构,也符合现在目前主流的 OTA、UDS 等相应的在线云端升级服务,硬件采用平台化设计。相应的控制模式,除了系统状态管理、故障探测、降级、温度补偿,还可以做冲击余振的控制,全行程预防控制,根据车速和路面做加减速度的控制。同时防倾斜、防俯冲,对驾驶性能做控制,对弹簧质量、非簧质量估算、非簧载质量阻尼控制,最后还有节能控制,符合目前节能减排的要求。

  同时,除了兼容 CDC 控制以外,还有一些车高控制算法,随速调节算法,载荷识别策略,车高禁用策略,全行程预防控制。同时可以对气泵的无刷电机进行保护,对气阀压力和和蓄压器的压力进行探测,下图是控制器的架构。

  第一个场景探索是在电池一体化底盘上,现在 CTC、CTB、滑板底盘这些以电池为主体的电池结构件,装到车辆上后,车辆前后仰角比较小,地形穿越能力比较弱。盖茨目前的解决方案,是以空气悬架为执行主体做车辆的避障系统,趋势是以高清摄像头融合,目前盖茨电子是用 TOF 来做低成本的方案,目前盖茨也申请了一些专利,进行数据的采集设备,可以提前进行车辆的障碍预判,减少底盘的受损,售后维修率也可以下降。

  第三种应用场景在智能驾舱,汽车作为人类第二空间,无人驾驶共享汽车为主体的新兴智能座舱,要给后排的乘客,甚至相应的成员赋予更多的体验。盖茨电子目前的解决方案也是以空气悬架为执行主体,增加一个车辆的体感,结合智能座舱的座椅,包括风扇、风机,通过振动控制实现 4D 的体验效果,甚至可以达到 5D,增加一些赛车运动类游戏的体感,更让车辆娱乐化,给它赋予一些更新型的体验。

  最后一个场景在智能充电的场景,新能源汽车、无人驾驶汽车,现在充电的模式还是到充电站进行手工充电,既然车辆都无人了,充电能不能无人化?如果真有全解耦的智能充电解放双手,得这对未来降低人力成本,提升整个其他的工作效率也是非常有意义的。目前的解决方案也是以空气悬架为执行主体,结合车内外的摄像头数据采集装置,可以与充电装置进行联动。要对充电装置进行标定,根据数据、车高、位置的关系,最后做相应的充电导引,来实现相应完全的自动充电。

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