探討底盤的發(fā)展歷程及趨勢(shì)

《智能底盤》系列文章聚焦當(dāng)下底盤智能化發(fā)展趨勢(shì)，并對(duì)主流的底盤產(chǎn)品進(jìn)行介紹。

作為開篇，本文將探討底盤的發(fā)展歷程，并細(xì)數(shù)智能底盤的發(fā)展趨勢(shì)。

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底盤的發(fā)展歷程?

自汽車誕生一百余年以來(lái)，底盤發(fā)展就和汽車發(fā)展深度綁定。底盤系統(tǒng)決定了汽車縱向、橫向和垂向六個(gè)自由度的動(dòng)態(tài)行為，是汽車能夠跑運(yùn)行的必要條件。根據(jù)廣義上的定義，底盤系統(tǒng)的組成部件繁多，除了驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)向和制動(dòng)等系以外，還包含車身、油門、離合器等部件；但如果僅站在六個(gè)自由度控制的角度，底盤系統(tǒng)可以細(xì)化成以下4個(gè)子系統(tǒng)。

縱觀底盤系統(tǒng)的發(fā)展歷程，可以概況為三個(gè)時(shí)期：

機(jī)械時(shí)期

機(jī)電混合時(shí)期

智能時(shí)期

底盤的機(jī)械時(shí)期

在早期車輛質(zhì)量比較小，速度比較低，機(jī)械式底盤能夠滿足駕駛員操控需求。駕駛員通過(guò)對(duì)方向盤和踏板的操作來(lái)直接控制輪胎的六分力，從而間接地改變車輛的三向平動(dòng)和三向轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及汽車工業(yè)的發(fā)展，尤其是軍用車輛及軍用技術(shù)的發(fā)展，底盤系統(tǒng)也有了新的突破，比如液壓轉(zhuǎn)向和液壓制動(dòng)的推出是對(duì)機(jī)械時(shí)期底盤的重大技術(shù)革新。于此同時(shí)，隨著車輛越來(lái)越重，助力器開始被廣泛使用于底盤控制中，為駕駛員提供轉(zhuǎn)向或制動(dòng)助力。

該階段典型的產(chǎn)品有機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和真空助力器。機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)利用發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力帶動(dòng)油泵給機(jī)械轉(zhuǎn)向提供液壓助力，這樣操作方向盤就更輕松了。但是由于使用了發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力作為油泵動(dòng)力，所以，發(fā)動(dòng)機(jī)用于行駛的動(dòng)力會(huì)有部分損耗。

機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)

制動(dòng)助力產(chǎn)品真空助力器的工作原理為：

駕駛員踩下制動(dòng)踏板，由于杠桿作用，踏板力經(jīng)過(guò)第一級(jí)放大傳遞到真空助力器；真空助力器經(jīng)過(guò)第二級(jí)放大將制動(dòng)力傳遞到主缸；主缸的制動(dòng)液被推入輪缸并在壓強(qiáng)的作用下產(chǎn)生更大的制動(dòng)力，推動(dòng)輪端卡鉗加緊剎車盤，從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。

真空助力器工作原理，圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)

真空助力器正常工作的關(guān)鍵在于有穩(wěn)定的真空來(lái)源。裝有汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛由于發(fā)動(dòng)機(jī)采用點(diǎn)燃式，因此在進(jìn)氣歧管可以產(chǎn)生較高的真空壓力，可以為真空助力制動(dòng)系統(tǒng)提供足夠的真空來(lái)源，而對(duì)于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛，由于發(fā)動(dòng)機(jī)采用壓燃式CI（Compression Ignition cycle），這樣在進(jìn)氣歧管處不能提供相同水平的真空壓力，所以需要安裝提供真空來(lái)源的真空泵。

雖然液壓系統(tǒng)的引入為駕駛員提供了助力，但是從本質(zhì)上看，底盤機(jī)械時(shí)期的車輛運(yùn)動(dòng)控制完全取決于駕駛員的輸入。

底盤的機(jī)電混合時(shí)期

在機(jī)電混合時(shí)期，傳統(tǒng)的機(jī)械液壓設(shè)計(jì)與單片機(jī)控制結(jié)合，在進(jìn)一步減輕駕駛員的駕駛負(fù)荷的同時(shí)，還能夠通過(guò)軟件控制輔助駕駛員進(jìn)行更好地車輛控制，車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性、安全性和舒適性都大大提高。

在這一時(shí)期，最為大家熟知的革命性產(chǎn)品之一就是制動(dòng)防抱死系統(tǒng) (Anti-lock Brake System, ABS)。就乘用車來(lái)說(shuō)，在日常駕駛中有時(shí)候緊急制動(dòng)來(lái)避險(xiǎn)，但是緊急制動(dòng)下制動(dòng)卡鉗對(duì)制動(dòng)盤作用力過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致車輪抱死。車輪抱死引起的車輛表現(xiàn)不當(dāng)（如緊急制動(dòng)時(shí)無(wú)法在安全距離內(nèi)剎停或者緊急制動(dòng)時(shí)車輛甩尾）往往帶來(lái)嚴(yán)重的交通事故。

早在上世紀(jì)30年代，汽車工程師就開始研究制動(dòng)防抱死系統(tǒng)ABS (Anti-lock Brake System, ABS) 來(lái)解決緊急制動(dòng)時(shí)車輪抱死問(wèn)題。ABS是制動(dòng)系統(tǒng)中的一種閉環(huán)控制裝置，在制動(dòng)時(shí)它可以防止車輪抱死，保證車輛的制動(dòng)性和穩(wěn)定性。

ABS工作原理，圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)

到了70年代后期，由于數(shù)字電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)也得益于液壓控制技術(shù)的進(jìn)步，德國(guó)博世公司推出基于液壓控制的ABS，控制效果相當(dāng)理想，于是博世在1978年正式量產(chǎn)ABS產(chǎn)品。博世ABS的問(wèn)世正式拉開了底盤電子穩(wěn)定性系統(tǒng)發(fā)展的序幕，在這以后，Bosch、ITT Automotive、Kelesy-Hayes、Wabco等許多公司不斷加強(qiáng)對(duì)ABS的研究，各種新型的ABS層出不窮，性能不斷優(yōu)化而價(jià)格逐漸降低，如今ABS已經(jīng)成為了轎車和商用車的標(biāo)配。

博世ABS爆炸，圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)

智能底盤時(shí)期

在今天汽車電動(dòng)化和智能化的浪潮之下，傳統(tǒng)動(dòng)力升級(jí)為三電系統(tǒng)，底盤系統(tǒng)上傳統(tǒng)的機(jī)械零部件得到精簡(jiǎn)，電控程度越來(lái)越高；與此同時(shí)，隨著輔助駕駛系統(tǒng)（如ACC、AEB等）的日益普及和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的逐步落地，衍生出了越來(lái)越豐富的智能化場(chǎng)景的新需求。

另一方面，消費(fèi)市場(chǎng)對(duì)汽車定位也在發(fā)生改變。終端消費(fèi)者不再只將汽車視為運(yùn)載工具，汽車變成了提高生活品質(zhì)的載體和空間，這一消費(fèi)趨勢(shì)意味著行業(yè)在追求汽車智能的同時(shí)，也需要更進(jìn)一步地提高汽車的舒適性和駕駛質(zhì)量，為消費(fèi)者提供更愉悅的用車體驗(yàn)。

在這一浪潮的驅(qū)動(dòng)下，汽車對(duì)底盤系統(tǒng)也提出了更高的要求，更加智能的底盤才能適應(yīng)汽車電動(dòng)化和智能化的發(fā)展需要。

對(duì)智能底盤的新要求可以概況為四類：

有個(gè)性：根據(jù)客戶駕駛習(xí)慣提供個(gè)性化定制

高性能：系統(tǒng)響應(yīng)更加精準(zhǔn)和迅速

可成長(zhǎng)：系統(tǒng)具備自學(xué)習(xí)能力并支持OTA升級(jí)

高安全：產(chǎn)品安全和信息安全多重安全保證

根據(jù)清華大學(xué)張俊智教授的定義，智能化底盤依舊保留了底盤的兩大功能：

承載

行駛

但承載的對(duì)象和完成行駛的手段發(fā)生了變化。

首先，智能底盤為自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、座艙系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)提供承載平臺(tái)，這是承載對(duì)象的變化。其次，在行駛?cè)蝿?wù)實(shí)現(xiàn)方面，我們從人車路的關(guān)系梳理了智能底盤具備的新能力。在車與路的關(guān)系中，智能底盤對(duì)車輪與地面間的相互作用具備認(rèn)知、預(yù)判和控制的能力。在車與人的關(guān)系中，汽車變?yōu)?a target="_blank">無(wú)人駕駛后，原本人對(duì)底盤異常狀態(tài)的感知和適應(yīng)性操縱消失了，智能底盤應(yīng)具備管理自身運(yùn)行狀態(tài)的能力。這是底盤新增的幾個(gè)能力，這些能力都服務(wù)于行駛?cè)蝿?wù)，所以最終智能底盤還是具體實(shí)現(xiàn)車輛智能行駛?cè)蝿?wù)的系統(tǒng)。

清華大學(xué)張俊智教授對(duì)智能底盤的定義，圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)

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智能底盤的發(fā)展趨勢(shì)

雖然從目前的市場(chǎng)占有率看，底盤系統(tǒng)還處于機(jī)電混合時(shí)期，但是已經(jīng)可以看到正在向智能底盤過(guò)渡的趨勢(shì)。

趨勢(shì)1：線控化

首先是線控技術(shù)在汽車上的普及和進(jìn)化。線控技術(shù)源于飛機(jī)控制系統(tǒng)，它將飛機(jī)駕駛員的操縱命令轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)電纜直接傳輸?shù)阶灾魇蕉鏅C(jī)。線控技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)是響應(yīng)精準(zhǔn)迅速，這一優(yōu)勢(shì)在汽車線控技術(shù)上得到繼承。

當(dāng)前各個(gè)底盤控制子系統(tǒng)都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)線控，但是底盤線控技術(shù)更多體現(xiàn)在控制決策層面，駕駛員輸入層面還是依賴駕駛員的直接輸入（轉(zhuǎn)向或踩踏板）。隨著自動(dòng)駕駛的演變，駕駛員的角色得到弱化，方向盤和踏板的作用逐漸減弱，線控底盤已有向真正意義上的線控發(fā)展的趨勢(shì)。最明顯的一個(gè)印證趨勢(shì)的案例就是線控轉(zhuǎn)向產(chǎn)品的法規(guī)落地。早在幾年前就有車企推出線控轉(zhuǎn)向產(chǎn)品，但是受限于法規(guī)無(wú)法量產(chǎn)，如今法規(guī)已經(jīng)漸漸不是阻礙，拿中國(guó)來(lái)說(shuō)，GB 17675-2021 《汽車轉(zhuǎn)向系 基本要求》中刪除了不得裝用全動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的要求(1999年的3.3)，也就是國(guó)內(nèi)法規(guī)層面已允許轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方向盤與轉(zhuǎn)向器之間的物理解耦。而Cybertruck在多國(guó)的熱售也意味著其他國(guó)家的相關(guān)法規(guī)也是同樣的趨勢(shì)。

除了線控轉(zhuǎn)向外，線控制動(dòng)相關(guān)的法規(guī)也正在制定中。

趨勢(shì)2：個(gè)性化

電控系統(tǒng)和駕駛員機(jī)械接口解耦，可以更加靈活地對(duì)底盤系統(tǒng)特性進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而滿足不同客戶的個(gè)性化需求，這是線控底盤的另一優(yōu)勢(shì)。

智能底盤系統(tǒng)對(duì)個(gè)性化需求的追求也表現(xiàn)在搭載主動(dòng)懸架系統(tǒng)所的車輛的價(jià)位的下探。眾所周知，懸架系統(tǒng)調(diào)教的核心在于協(xié)調(diào)舒適性和操穩(wěn)性的矛盾，而主動(dòng)懸架系統(tǒng)則被認(rèn)為是魚和熊掌兼得的答案，它能夠精準(zhǔn)地感知車況和路面等信息并自動(dòng)調(diào)整懸架高度、剛度和阻尼，從而大幅度提高車輛操穩(wěn)和舒適性。另外，系統(tǒng)能學(xué)習(xí)用戶的駕駛習(xí)慣，并合理調(diào)節(jié)出最適合用戶的懸架控制策略。

搭載主動(dòng)懸架的車型價(jià)格在下探，圖片來(lái)自國(guó)盛證券研究所

趨勢(shì)3：多執(zhí)行器融合

其次，智能駕駛系統(tǒng)E/E的變革也催生了智能底盤E/E的進(jìn)化。在機(jī)電混合時(shí)期，底盤系統(tǒng)的E/E架構(gòu)為簡(jiǎn)單的子系統(tǒng)ECU的疊加，雖然子系統(tǒng)間有合作，但是這些合作僅體現(xiàn)在信息共享層面，各個(gè)子系統(tǒng)依舊“各自為營(yíng)”，功能控制受到彼此的制約，響應(yīng)遲緩，沒(méi)有體現(xiàn)出“1+1>2”的效果。在基于底盤域控制器的新E/E架構(gòu)下，智能控制核心功能集中于域控制器內(nèi)，實(shí)時(shí)對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同控制，精準(zhǔn)且快速響應(yīng)，打破子系統(tǒng)間功能簡(jiǎn)單疊加的壁壘。

目前主流的主機(jī)廠和供應(yīng)商都在積極擁抱智能駕駛系統(tǒng)E/E的變革浪潮，其中底盤融合趨勢(shì)越來(lái)越明顯，且有很多功能已經(jīng)量產(chǎn)，給用戶帶來(lái)了更好的體驗(yàn)。

舉例來(lái)說(shuō)，博世2023年推出的車輛動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)2.0（VDC2.0）適用于裝備分軸三電機(jī)及四電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的車輛，可協(xié)調(diào)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)及制動(dòng)控制器。其可以將驅(qū)動(dòng)扭矩矢量控制和制動(dòng)控制完美結(jié)合，通過(guò)對(duì)車軸或車輪扭矩的合理分配，充分挖掘車輛加速潛能，發(fā)揮彎道極限，優(yōu)化動(dòng)態(tài)響應(yīng)。在裝備有線控轉(zhuǎn)向的車輛中，博世車輛動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)2.0可協(xié)調(diào)控制線控轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向輪角度和制動(dòng)控制器。其協(xié)同線控轉(zhuǎn)向功能后，制動(dòng)和線控轉(zhuǎn)向執(zhí)行器便能形如一體、相得益彰，充分釋放底盤各執(zhí)行器的最大潛能。車輛動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)2.0可滿足全場(chǎng)景定制化駕駛體驗(yàn)，適用于各種車輛類型和不同動(dòng)力總成配置，通過(guò)跨域線控執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)車輛運(yùn)動(dòng)與控制的集成與協(xié)調(diào)，可在制動(dòng)系統(tǒng)及其它系統(tǒng)上靈活部署功能軟件，助力更安全、舒適且敏捷的駕乘體驗(yàn)。

博世車輛動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)2.0(VDC2.0)方案實(shí)現(xiàn)多執(zhí)行器融合. 來(lái)源：搜狐汽車

趨勢(shì)4：更高的安全要求

安全始終是底盤系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要課題，汽車智能化發(fā)展對(duì)智能底盤延申了新的安全話題。

SAE J3016對(duì)車輛自動(dòng)化級(jí)別的分類對(duì)讀者來(lái)說(shuō)已不陌生。如果將這五個(gè)級(jí)別進(jìn)行進(jìn)一步歸類則可以歸納為：

輔助駕駛 (包含Level1/Level2)

自動(dòng)駕駛 (包含Level3/Level4/Level5)

輔助駕駛和自動(dòng)駕駛最大的區(qū)別在于系統(tǒng)故障導(dǎo)致事故的責(zé)任方的不同：

對(duì)于輔助駕駛，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障以后，只要正確向駕駛員報(bào)告了故障，接下來(lái)能否脫險(xiǎn)全看駕駛員的水平，出了事故責(zé)任方在駕駛員，汽車廠家是沒(méi)有責(zé)任的。

對(duì)于自動(dòng)駕駛，系統(tǒng)在出現(xiàn)故障之后，需要系統(tǒng)來(lái)自己操作避免事故（自動(dòng)駕駛等級(jí)越高，駕駛員可以越晚介入接管甚至是完全不用接管），出了事故是汽車廠家的責(zé)任而不是駕駛員的責(zé)任。

對(duì)于高速自動(dòng)駕駛系統(tǒng)而言，車輛在高速運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)單一故障，安全狀態(tài)通常定義為停到路邊的應(yīng)急車道，為實(shí)現(xiàn)這一安全狀態(tài)，目前業(yè)界普遍達(dá)成一致的方案至少需要以下冗余：

通訊冗余：當(dāng)單一鏈路出現(xiàn)信號(hào)中斷，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)信息的無(wú)縫安全銜接

低壓電源冗余：主電源失效后，備份電源能夠支撐ECU完成安全降級(jí)動(dòng)作

感知冗余：多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)可以保證車輛行駛構(gòu)成中精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)物體及行人的識(shí)別，從而支持車輛時(shí)刻做出正確的控制行為

大腦控制器冗余：兩個(gè)大腦互相監(jiān)督、互為備份，主大腦故障發(fā)生時(shí)，備份大腦及時(shí)接管

制動(dòng)冗余：主制動(dòng)系統(tǒng)失效后，備份系統(tǒng)依然提供一定的制動(dòng)能力來(lái)維持制動(dòng)控制及制動(dòng)穩(wěn)定性控制

轉(zhuǎn)向冗余：如果故障發(fā)生后的安全狀態(tài)定義為繼續(xù)運(yùn)行而不是剎停，那么當(dāng)一路轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障后，備份系統(tǒng)需要能夠支持車輛完成接下來(lái)的運(yùn)行場(chǎng)景中的轉(zhuǎn)彎工況

由此可見智能底盤的冗余設(shè)計(jì)在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)功能安全的重要性和必要性。

目前汽車行業(yè)達(dá)成的普遍共識(shí)是：功能安全、預(yù)期功能安全和信息安全是保障汽車智能化安全的“三駕馬車”。

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總結(jié)

以上可以看出，為滿足汽車的電動(dòng)化和智能化發(fā)展的新要求，智能底盤的發(fā)展思路正在逐步清晰；而從落地層面看，智能底盤的發(fā)展才剛剛起步，可以預(yù)見將會(huì)面臨重重挑戰(zhàn)。

但是，挑戰(zhàn)也意味著機(jī)遇。首先是國(guó)家戰(zhàn)略層面，智能電動(dòng)汽車已成為我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略方向，這意味著作為智能電動(dòng)汽車的支撐基礎(chǔ)，智能底盤有了良好的發(fā)展土壤。其次，市場(chǎng)需求對(duì)智能電動(dòng)汽車的需求的持續(xù)走高也為智能底盤的發(fā)展提供了經(jīng)濟(jì)支持，而在新E/E架構(gòu)下主機(jī)廠和供應(yīng)商之間新的合作模式和職責(zé)劃分也使得中國(guó)本土品牌將迎來(lái)一次難得的崛起良機(jī)。

在這些良性因素的激勵(lì)下，相信智能底盤大有可為。

審核編輯：黃飛

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