[汽車之家資訊]近幾年來,，隨著智能駕駛和自動(dòng)駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展,，線控技術(shù)開始逐漸出現(xiàn)在各家乘用車廠商的廣告中,。或許這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于大多數(shù)網(wǎng)友來說還有些陌生,，其實(shí)我們熟悉的各種“高端”交通工具中都能找到它的身影,，例如航天飛機(jī)、噴氣客機(jī)等,，而最近幾年它才逐漸下放到了乘用車領(lǐng)域。下面就讓我們一起來了解一下這一歷史悠久而又面向未來的技術(shù),。
1.線控技術(shù)原理簡(jiǎn)析
究竟什么是線控技術(shù)呢,？我們以剎車系統(tǒng)來舉例。大部分乘用車都采用傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)系統(tǒng),，駕駛員通過踩制動(dòng)踏板提供剎車信號(hào),，液壓系統(tǒng)負(fù)責(zé)傳遞信號(hào)，輔以助力泵提供的助力作用在剎車盤上，達(dá)到剎車目的,。
在線控制動(dòng)系統(tǒng)中剎車踏板配備角度傳感器,，傳感器發(fā)出的電信號(hào)經(jīng)過處理后輸入電機(jī)，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)剎車系統(tǒng)完成制動(dòng),，傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)中的液壓/氣壓系統(tǒng)沒有了,，這是線控制動(dòng)系統(tǒng)和傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)最大的區(qū)別。而其他的線控系統(tǒng)的原理也是類似的,，操作信號(hào)的傳遞由電線和計(jì)算機(jī)完成,，不再采用機(jī)械和液壓機(jī)構(gòu)。
2.線控技術(shù)歷史簡(jiǎn)介
線控技術(shù)此前一直應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域,，最早搭載于1964年試飛的阿波羅登月研究車（LLRV）上,，至今已有60年的悠久歷史，在航天飛機(jī)和各國(guó)的戰(zhàn)斗機(jī)上也都能見到它的身影,。而將這一技術(shù)最早引入民用領(lǐng)域的,，是飛機(jī)制造商空中客車。在上世紀(jì)80年代,，當(dāng)時(shí)的波音系列飛機(jī)均采用鋼索傳動(dòng),，大量的機(jī)械結(jié)構(gòu)使得波音系列的飛機(jī)在駕駛時(shí)需要用較大的力度操作操縱桿，因此使其有了“空中健身房”的稱號(hào),。
而空中客車創(chuàng)新性地將飛行員前方的操縱桿改成了放在側(cè)面的搖桿,，傳遞信號(hào)的工具也從復(fù)雜的鋼索機(jī)械結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娋€，需要飛行員用力操作的機(jī)械組件大幅減少,，因此很大程度上降低了飛行員的疲勞程度,，提升了飛行的安全性。經(jīng)過了近幾十年的不斷發(fā)展,，空客驗(yàn)證了線控系統(tǒng)在民用領(lǐng)域的可行性與可靠性,，為汽車應(yīng)用線控技術(shù)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
3.線控轉(zhuǎn)向
線控技術(shù)源于航空航天,，在乘用車上應(yīng)用的首次嘗試也是由瑞典的一家同時(shí)生產(chǎn)飛機(jī)和汽車的制造商薩博完成的,。1992年，薩博制造了一輛搖桿轉(zhuǎn)向原型車Saab 9000(參數(shù)|詢價(jià)),。它沒有方向盤,，而是在司機(jī)的右側(cè)設(shè)置了一個(gè)搖桿，搖桿產(chǎn)生的信號(hào)輸入一臺(tái)計(jì)算機(jī),，由計(jì)算機(jī)控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)完成轉(zhuǎn)向,。
這款原型車在副駕駛位置有一個(gè)電腦鍵盤和一個(gè)顯示器,，司機(jī)可以通過修改程序來改變搖桿的轉(zhuǎn)向手感,。因?yàn)椴倏v桿和車輪沒有機(jī)械連接，因此行駛過程中道路上的顛簸不會(huì)傳導(dǎo)到操縱桿上，提升了駕駛舒適性,。不過這種操控方式的缺點(diǎn)是缺乏路感反饋,，并且大多數(shù)駕駛員都很難適應(yīng)這種飛機(jī)的操控方式，因此這款車最終沒有量產(chǎn),。
線控系統(tǒng)在量產(chǎn)車上的首次應(yīng)用是英菲尼迪推出的DAS線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng),，2014年搭載于Q50上。其原理和文章開頭所講的線控原理是類似的,。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由方向盤,、轉(zhuǎn)向力執(zhí)行機(jī)構(gòu)、3組ECU電子控制單元,、離合器和轉(zhuǎn)向機(jī)組成,。方向盤和轉(zhuǎn)向機(jī)的機(jī)械鏈接在日常行駛時(shí)被離合器斷開。轉(zhuǎn)向力執(zhí)行機(jī)構(gòu)中配備了傳感器,，用來檢測(cè)方向盤的旋轉(zhuǎn)角度,，并向三組ECU發(fā)送電信號(hào)，隨后三組ECU再根據(jù)行駛路況進(jìn)行綜合計(jì)算,，并輸出控制信號(hào)給轉(zhuǎn)向機(jī),，由轉(zhuǎn)向機(jī)控制車輪的轉(zhuǎn)向角度。
DAS線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最主要的優(yōu)點(diǎn)之一是更快的響應(yīng)速度,。相比于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),，由于方向盤和轉(zhuǎn)向機(jī)之間的機(jī)械結(jié)構(gòu)在正常狀態(tài)下沒有耦合，完全通過電信號(hào)來傳遞信息,，方向盤幾乎沒有虛位,，轉(zhuǎn)向時(shí)反應(yīng)速度更快。
除了轉(zhuǎn)向響應(yīng)迅速外,，DAS線控主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還有一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)就是舒適性,。這里的舒適性是針對(duì)駕駛員而言，尤其是在顛簸路面行駛的時(shí)候,。方向盤與轉(zhuǎn)向機(jī)之間沒有機(jī)械連接,，因此來自顛簸路面的振動(dòng)不會(huì)傳至方向盤上。在低速挪車時(shí),，這套線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也能提供更輕便的操作體驗(yàn),。
此外，DAS線控主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還有一大優(yōu)勢(shì)就是有機(jī)械備份,。如果系統(tǒng)檢測(cè)到故障,，DAS系統(tǒng)就會(huì)停止工作，位于方向盤和轉(zhuǎn)向機(jī)之間平時(shí)斷開的離合器便會(huì)耦合,，此時(shí)方向盤與轉(zhuǎn)向機(jī)之間變成了機(jī)械連接,。這樣就確保在電子系統(tǒng)故障后車輛仍然具有轉(zhuǎn)向功能，進(jìn)一步提升了安全性。
不過這套系統(tǒng)也不可能全是優(yōu)點(diǎn),，其最大的缺點(diǎn)是完全沒有路感反饋,，由于線控系統(tǒng)隔絕了所有由車輪傳遞的顛簸和振動(dòng)，駕駛員很難通過方向盤判斷車輛的行駛狀態(tài),。這也是目前所有線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都存在的一個(gè)缺點(diǎn),，我們也希望未來能夠出現(xiàn)一些新技術(shù)解決這個(gè)問題。
在實(shí)現(xiàn)了線控轉(zhuǎn)向之后,，很多廠家也在著手將剎車系統(tǒng)線控化,。例如國(guó)際知名的剎車系統(tǒng)制造商Brembo就在2021年推出了BRAKE-BY-WIRE線控制動(dòng)解決方案。該方案最大的獨(dú)特之處在于其創(chuàng)新的分布式架構(gòu),。它取消了制動(dòng)總泵,，而在每個(gè)車輪上都設(shè)置了電動(dòng)制動(dòng)執(zhí)行器，這樣一來,，每個(gè)車輪都是一套相對(duì)獨(dú)立的制動(dòng)系統(tǒng),。
那么這套系統(tǒng)是如何工作的呢？當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板,，制動(dòng)踏板模擬器為駕駛員提供剎車腳感反饋,，踏板傳感器檢測(cè)到施加在踏板上的力之后，將信號(hào)傳送到前后BCU上,，BCU處理后的信號(hào)再傳遞給前后執(zhí)行器電機(jī),，完成剎車。這套BRAKE-BY-WIRE線控制動(dòng)解決方案的優(yōu)勢(shì)主要有以下5個(gè)方面,。
1.更快的響應(yīng)速度：該系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間為100毫秒,，僅為傳統(tǒng)制動(dòng)器響應(yīng)時(shí)間的1/3，在剎車時(shí)毫秒必爭(zhēng)的情況下,，更快的響應(yīng)速度能夠縮短制動(dòng)距離,，從而提升安全性。
2.定制化的剎車：由于制動(dòng)力全部由制動(dòng)控制單元（BCU）計(jì)算給出,，因此,，駕駛員可以按照自己喜好讓執(zhí)行器輸出不同的制動(dòng)力，比如舒適還是運(yùn)動(dòng),，靈敏還是遲鈍,。同樣，制動(dòng)踏板模擬器也可以模擬出不同的制動(dòng)腳感,，軟硬可調(diào)節(jié),。
3.支持電子安全功能和智能駕駛：由于四個(gè)車輪的制動(dòng)信號(hào)全部由BCU處理，采用電機(jī)控制,，因此BRAKE-BY-WIRE線控制動(dòng)解決方案可以集成ABS,、EBD,、ESC等功能。此外,，它還可以實(shí)現(xiàn)與ADAS高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)在功能和結(jié)構(gòu)上的兼容,，包括AEB,、停車輔助等等,。
4.更簡(jiǎn)便的維護(hù)：BRAKE-BY-WIRE線控制動(dòng)解決方案僅在前輪執(zhí)行器上使用少量的制動(dòng)油液，因此它相較于傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)在維護(hù)保養(yǎng)方面更為簡(jiǎn)便,。
5.更高的可靠性：BRAKE-BY-WIRE線控制動(dòng)解決方案采用兩套制動(dòng)控制單元 (BCU),，分別控制前后電動(dòng)執(zhí)行器，且互為備份,，能夠提供更高的可靠性,。
除了Brembo之外，國(guó)內(nèi)的拿森和威肯西也都推出了自己的線控制動(dòng)產(chǎn)品,。拿森于2023年5月推出了Onebox 2.0集成式智能制動(dòng)系統(tǒng)（NBC）,。該產(chǎn)品采用全解耦式制動(dòng)技術(shù)，集成了行車制動(dòng),、駐車制動(dòng),、車輛穩(wěn)定性控制等全部功能，包括協(xié)調(diào)式能量回收,、舒適制動(dòng)等增值功能,，具有高動(dòng)態(tài)響應(yīng)、集成方式豐富,、支持高階自動(dòng)駕駛等亮點(diǎn),。
在產(chǎn)品性能上，滾珠絲杠加空心軸的結(jié)構(gòu)方式提高了產(chǎn)品傳動(dòng)效率,，相比于使用傳統(tǒng)傳動(dòng)方式的友商產(chǎn)品,，其傳動(dòng)效率提升30%及以上。同時(shí),，其建壓速度更快,，響應(yīng)時(shí)間更短、制動(dòng)性能和安全性更好,。
在產(chǎn)品功能上,，拿森Onebox 2.0實(shí)現(xiàn)了冗余EPB控制、慣導(dǎo)IMU內(nèi)置等功能,，還實(shí)現(xiàn)了冗余供電功能,，即使車輛由于突發(fā)情況斷電，仍可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)系統(tǒng)的功能,，保證整車的安全性,。在產(chǎn)品體積和重量上,，集成化的設(shè)計(jì)使拿森Onebox 2.0體積更小、重量更輕,，相比目前業(yè)內(nèi)在售的同類產(chǎn)品體積縮小了18%,，整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)減重超過2Kg。
而威肯西科技旗下ONE-BOX線控制動(dòng)產(chǎn)品--液壓解耦制動(dòng)系統(tǒng)HDBS也在2023年12月實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)下線,。該產(chǎn)品將與多個(gè)汽車品牌簽署量產(chǎn)及定點(diǎn)協(xié)議,，預(yù)計(jì)年產(chǎn)量達(dá)到60萬套。作為首款量產(chǎn)產(chǎn)品,，HDBS液壓解耦制動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍可覆蓋燃油,、純電及混動(dòng)等乘用車型，也可應(yīng)用于部分輕型商用車,。
威肯西表示,，HDBS在踏板感受方面已經(jīng)無限接近傳統(tǒng)真空助力器，達(dá)到95%以上的相似度,。該產(chǎn)品采用無刷電機(jī)和滾珠絲桿的設(shè)計(jì),，支持制動(dòng)助力輔助、常規(guī)ESC功能,、智能駕駛輔助功能,，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間可達(dá)到150ms以內(nèi)。
綜合上述幾款產(chǎn)品的介紹來看,，線控剎車的優(yōu)點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度快,，擁有可調(diào)的剎車腳感、可接入智能駕駛系統(tǒng)等,。而其不足之處在于是剎車的腳感不夠真實(shí),，并且它不像線控轉(zhuǎn)向那樣擁有機(jī)械結(jié)構(gòu)備份。不過針對(duì)這些不足各家廠商也都在不斷進(jìn)行優(yōu)化,，例如威肯西稱其已經(jīng)模擬出了與傳統(tǒng)剎車系統(tǒng)相似度達(dá)到95%的剎車腳感,。而在可靠性方面，Brembo采用了前后電動(dòng)執(zhí)行器互為備份的策略,，而拿森Onebox 2.0實(shí)現(xiàn)了冗余供電,，即使車輛由于突發(fā)情況斷電，仍可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)系統(tǒng)的功能,，在安全性方面更有保障,。
5.電子油門
電子油門應(yīng)該說是最成熟的線控技術(shù)，目前已經(jīng)大范圍在乘用車上應(yīng)用,。傳統(tǒng)的拉線油門結(jié)構(gòu)中,，車輛的油門踏板通過鋼索或是連桿與節(jié)氣門連接，踏板控制的是節(jié)氣門的開度,。油門踩得越深,，氣門開度就會(huì)越大,，進(jìn)氣量與噴油量隨之提升，以增加發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出,。而電子油門不再采用拉線/拉桿,，而是用電線傳遞信號(hào)。它的原理是油門踏板與傳感器相連接,，傳感器將踏板角度信號(hào)發(fā)送給處理器,，經(jīng)過處理后發(fā)送給電機(jī)，用電動(dòng)機(jī)控制氣門開度,。
『傳統(tǒng)拉線/拉桿油門原理圖』
電子油門的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性相較于拉線油門更高,，不容易發(fā)生熄火和闖動(dòng),。而在電動(dòng)車中不存在節(jié)氣門,，因此目前的電動(dòng)車都采用電子油門，其原理和燃油車類似,，由傳感器采集踏板的角度信號(hào),，經(jīng)過處理器處理后發(fā)送給電動(dòng)機(jī)控制器，控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),。
電子油門的出現(xiàn)也催生了定速巡航,、ACC自適應(yīng)巡航等初級(jí)駕駛輔助功能在乘用車上的應(yīng)用，因?yàn)檠埠綍r(shí)只需要處理器輸出一個(gè)油門信號(hào)就可以讓發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)工作,，不再需要持續(xù)踩油門踏板,。而更高階的智能駕駛在油門控制上也與之類似，只不過處理器的運(yùn)算過程更復(fù)雜,，輸出的信號(hào)也更復(fù)雜,。電子油門的出現(xiàn)為更高階的智能駕駛和自動(dòng)駕駛功能奠定了基礎(chǔ)。
6.線控底盤
線控底盤主要由線控轉(zhuǎn)向,、線控剎車,、線控油門、線控懸架等系統(tǒng)組成,，是線控技術(shù)的集合體,。目前國(guó)內(nèi)在做線控底盤的廠家有蔚來、拿森,、路特斯和長(zhǎng)城咖啡等,。長(zhǎng)城咖啡和拿森的線控底盤我們的同事有過詳細(xì)介紹，大家可以點(diǎn)擊超鏈接了解更多內(nèi)容,。
蔚來在此前發(fā)布的ET9上應(yīng)用了線控底盤,，稱為SkyRide·天行。ET9的方向盤與轉(zhuǎn)向電機(jī)之間采用電信號(hào)傳輸,，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)無機(jī)械連接,，結(jié)構(gòu)重量更輕,，并支持OTA升級(jí)。該車搭載后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng),，最大轉(zhuǎn)向角可達(dá)8.3度,，轉(zhuǎn)向直徑僅為10.9m，根據(jù)不同的行駛狀態(tài),，后輪轉(zhuǎn)向角度能夠隨速度變化,，低速提升靈活性，高速提升穩(wěn)定性,。此外該車還搭載全主動(dòng)液壓懸架,，每個(gè)減振器采用獨(dú)立電動(dòng)液壓泵控制，支持大幅高度調(diào)節(jié),。
在此前舉辦的CES電子展上,，路特斯也推出了旗下的線控底盤產(chǎn)品。其搭載的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng),，取消了方向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間的機(jī)械連接部件,，可實(shí)現(xiàn)25%的輕量化目標(biāo)。路特斯還推出了底盤域控制器,，它可集成控制轉(zhuǎn)向,、懸架、制動(dòng),、空氣動(dòng)力套件等底盤子系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)聯(lián)化、共享化,、智能化和電動(dòng)化,。未來，除線控轉(zhuǎn)向,、底盤域控之外,，路特斯也將繼續(xù)研發(fā)線控制動(dòng)，線控懸架等線控底盤組件,。
線控底盤不僅集成了上文提到的各種線控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì),，其最大的意義還是為智能駕駛奠定基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向和剎車采用液壓系統(tǒng)需要外界輸入機(jī)械信號(hào)才能工作,，而智能駕駛系統(tǒng)中所有控制信號(hào)都是由計(jì)算機(jī)發(fā)出的電信號(hào),，在線控制系統(tǒng)中每個(gè)零部件直接由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以用電線連接到計(jì)算機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一控制,，更加適配智能駕駛的需求,。
7.國(guó)家發(fā)展目標(biāo)
了解完一系列線控技術(shù)，最后讓我們?cè)賮砜纯磭?guó)家對(duì)于智能底盤的發(fā)展目標(biāo),。國(guó)家總體目標(biāo)是2030年智能底盤達(dá)到產(chǎn)品一流,、技術(shù)引領(lǐng),。具體來看，到2025年,，裝載自主品牌線控制動(dòng),、線控轉(zhuǎn)向的智能底盤在有行業(yè)影響力的企業(yè)實(shí)現(xiàn)批量應(yīng)用，智能底盤關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,，關(guān)鍵部件產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)現(xiàn)自主可控,。
到2030年，自主智能底盤和線控執(zhí)行的整車和零部件企業(yè)初步形成品牌效應(yīng),；智能底盤總體達(dá)到國(guó)際先進(jìn),，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平；智能底盤形成完整的自主可控產(chǎn)業(yè)鏈,；培育有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的企業(yè),。而每一細(xì)分領(lǐng)域的具體發(fā)展目標(biāo)如下圖所示，圖片來自《電動(dòng)汽車智能底盤技術(shù)路線圖》,。
● 全文總結(jié)
在本篇文章中我們?yōu)槟榻B了線控技術(shù)在乘用車上的應(yīng)用,。線控技術(shù)應(yīng)用在乘用車上是航空航天技術(shù)下放到民用領(lǐng)域的一個(gè)典型案例,，其顛覆了傳通的液壓和機(jī)械控制結(jié)構(gòu),，使得車輛底盤更加適配智能駕駛和自動(dòng)駕駛的需求，是乘用車電氣化和智能化轉(zhuǎn)型之路上的又一座里程碑,。我們也期待未來國(guó)內(nèi)廠商能夠推出更多的高科技的線控產(chǎn)品,，助力我國(guó)智能駕駛和自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。（文/汽車之家 顏歡）