还是只聊自动驾驶本身?线控底盘了解一下|投资笔记第199期

企业   2024-12-02 10:30   北京  

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以下是投资笔记系列第199期。


每一辆汽车都是整车厂与多级供应商的技术和劳动结晶,而智能汽车则要加个“更”字——从智能驾驶解决方案提供商,到雷达、摄像头等智驾传感器供应商,再到线控制动、线控转向等线控底盘执行器供应商,智能汽车的出现,带来最大的变化就是让车里的各个系统和部件都更加智能化,极大地丰富了人们的驾驶体验,也提升了驾驶安全性。

为了帮助汽车摆脱沉重的机械化束缚,同驭汽车瞄准了能够实现更安全、更舒适、更智慧的“线控底盘系统”领域。作为数十家车企的重要一级供应商,同驭汽车以“线控电子液压制动系统(EHB,Electro-Hydraulic Braking System)”的突出表现成功切入市场,并针对制动、转向、悬架、底盘域控等各个系统推出了一系列创新产品。

对同驭来说,“星辰大海”正是实现智能驾驶的关键执行控制领域——线控底盘。

靠刹车(制动)杀入市场

舒强,作为同驭汽车的创始人、董事长兼总经理,早在同济大学研究生二年级时便怀揣着对汽车的热爱与梦想,创办了同驭。他的创业之路得到了两位重量级师长的鼎力支持:原同济大学校长助理、原汽车学院院长、中国汽车工程学会首批会士余卓平教授,以及同济大学汽车学院副院长、新能源汽车工程中心副主任熊璐教授。余卓平教授担任同驭的首席科学家,而熊璐教授则出任首席技术官,他们的专业指导与宝贵经验为同驭的创建和发展奠定了坚实基础。

同济大学,作为一所享有盛誉的高等学府,在汽车行业的人才培养上一直走在前列,培养了众多杰出人才。作为同济大学重点孵化的企业之一,同驭在初创阶段就得到了母校的鼎力支持,同济大学更是其重要的早期股东之一。

舒强认为2016年是中国智能驾驶起步的元年,恰好他也在这个绝佳的创业时机创办了同驭。“智能驾驶会诞生一大波新的机会,我们必须要抓住。底盘线控化不仅是一个新诞生的技术领域,更是掀起底盘行业百年未有之大变局。”智能驾驶的三大环节是“感知、决策与执行”,同驭切入的正是执行层,即专注于研发生产线控底盘的核心零部件。

舒强将同驭的愿景定为“成为线控底盘关键技术领跑者”。核心零部件背后是对关键技术的掌握。以线控制动系统为例,舒强认为同驭的线控制动所拥有的关键技术包括以下几点:

1)拥有自主知识产权的构型方案;

2)高精度、快响应、高鲁棒性的压力控制算法;

3)高效率、高安全性的制动能量回收算法,可显著提高续航里程;

4)满足高性能智能驾驶的纵向动力学控制算法;

5)满足最高功能安全等级的软硬件开发能力。

同驭最初打动车厂客户的产品也是线控制动系统。传统的刹车系统是比较机械化的,当驾驶员踩下刹车踏板后,即促动真空助力器的阀门,在真空助力器前后腔气压差的作用下,真空助力器输出制动力,使车辆停下来。这套真空助力器的方案已经应用了大约一百年了,而它的缺点是机械化带来的无法通讯和主动控制,不能满足智能驾驶的要求;以及无法解耦,制动能量回收率低等问题。

线控制动系统的显著特点是,它是一个由机械、电子、软件、算法相融合的产品。除了驾驶员脚踩刹车踏板触发车辆制动外,还支持主动制动功能,即智能驾驶控制器可通过信号线发指令给线控制动系统,线控制动系统能够快速地、精确地进行主动制动。要实现自动驾驶,必定离不开线控制动系统。如今,美团、京东的无人驾驶车辆都采用了同驭的线控制动系统,市场上超过七成的无人驾驶快递车、外卖车、清扫车、巡逻车、接驳车也都在使用同驭的线控制动系统。

此外,同驭的线控制动系统的另一个显著特点是,它是自身解耦的,可以非常方便地实现协调式制动能量回收,显著提高新能源汽车的续航里程。

当“刹车”环节实现智能化后,可实现20余项高阶拓展功能,如:舒适停车功能——主要解决传统刹车过程中的“刹车点头”问题,在车辆即将刹停时,以平滑的方式主动减小制动力,减小刹车点头量,提升了驾驶的舒适性,让乘客不容易晕车。

进阶的产品路线

制动系统是同驭征战“星辰大海”首先展开的重要部分。利用“底盘线控”的共性技术积累,同驭先后推出了更多核心产品。

在“线控制动”之后,同驭开发了电子驻车制动系统(EPB,Electrical Parking Brake),其中的拉索式电子驻车制动系统(CP-EPB,Cable Puller Electrical Parking Brake)已经被广泛应用于商用车,同驭汽车是行业之中为数不多的拥有CP-EPB成熟量产经验的供应商之一,引领商用车电子驻车的技术升级;另一种为卡钳集成式电子驻车制动系统(MOC-EPB,Motor On Caliper Electrical Parking Brake),同驭可以提供单控或冗余双控两种EPB控制器,均已处于大批量持续供货中。

此后,同驭先后推出了防抱死制动系统(ABS,Anti-lock Braking System)和电子稳定性控制系统(ESC, Electronic Stability Control System),并通过自主创新的研发迭代,使ABS、ESC具备了优秀的性能表现,可保证汽车在极限工况下,拥有安全稳定的操控性能。同驭在成功完成上述一系列产品的研发和量产后,又开始做集成创新和技术融合,例如将EPB控制模块,集成到了线控电子液压制动系统(EHB)中,形成了集成电子驻车的电子液压制动系统(EHB-EPBi,Electronic Hydraulic Braking System with Integrated Electrical Parking Brake),此举不仅大幅降低了成本,还提升了行车制动系统和驻车制动系统之间的协同性,该系统已销售超过20万台,并获得了“上海市高端智能装备首台/套突破”的认定。此外,同驭还推出了集成式电子液压制动系统(iEHB,Integrated Electronic Hydraulic Braking System),该系统集成了EHB、EPB、ESC三大制动产品的功能,可实现高品质的基础制动、线控制动、线控驻车、稳定性控制等功能,并集成胎压检测功能,是一款高度集成、物美价廉的先进产品。

当前,同驭正在研发两项“颠覆性”的新产品——电子机械制动系统(EMB, Electronic Mechanical Braking System)和线控转向系统(SBW,Steering By Wire System)。EMB是下一代线控制动系统的方案,也被业内称为制动系统的终极方案。与EHB相比,EMB抛弃了制动油管、制动液这套液压系统,直接将制动电机+一套传动机构布置在轮端制动器上,由于传动链短,制动响应时间将会缩短到90毫秒,比基于液压的线控制动EHB缩短了40%。另外EMB更适合汽车角模块、电动轮的发展趋势,对汽车开发的平台化更加友好,分布式的EMB可更好地实现各个车轮制动力的独立控制。

制动系统之后,舒强将转向系统也列入了同驭的产品布局。在他看来,随着自动驾驶的技术发展,尤其是达到L3级别或更高级别的自动驾驶后,线控转向系统有独特的亮点和优势。线控转向系统的特点是将中间的传动轴取消,使上端的方向盘和下端的转向器之间没有机械连接,完全靠通信指令进行交互。方向盘更像是游戏方向盘或手感模拟器,将驾驶员打方向的角度和扭矩作为“输入”,检测到,再发指令给下端的转向执行器,从而拉动车轮进行转向。

线控转向系统可以实现“转向传动比”的灵活可变。在倒车入库或小空间掉头等场景下,驾驶员通常需要多次正反打方向盘,而且需要双手交叉打好几圈。而线控转向可以让此时的转向传动比调得很小,方向盘最多只会打到150度,车轮即可转到底,转向很轻松快捷。而在高速行驶时,线控转向可以让此时的转向传动比调得很大,让车轮对应方向盘转角不太敏感,驾驶员就不必很紧张地把稳方向盘了。线控转向带来的低速转向灵活性与高速转向稳定性是此前的转向系统所无法做到的。

面向自动驾驶的创新

除了制动系统、转向系统之外,同驭也开始布局悬架系统。“制动系统、转向系统和悬架系统,这三个系统分管汽车运动的X轴、Y轴与Z轴,意味着同驭正在努力实现XYZ三轴运动控制的闭环。”舒强介绍,当前还处于L2级智能驾驶阶段,汽车的制动、转向、驱动等操作,都是由驾驶员根据自己观察到的周边交通环境以及自身驾驶经验做出的,驾驶员是汽车底盘运动控制的关键决策者。随着智能驾驶向L3及更高等级发展,驾驶员将逐步退出对汽车的操控,此时就需要底盘域控制器来协调控制制动、转向、悬架、驱动四大系统的运动,底盘域控制器就像是人类的小脑,专门负责肢体动作的协调控制。智能汽车通过雷达、摄像头等传感器来感知车辆周边的交通情况,智驾系统犹如大脑,据此做出运动路径的决策,将运动路径指令发给底盘域控制器,底盘域控制器犹如小脑,协同控制制动、转向、悬架、驱动四大系统,使汽车按照规划的运动路径行驶,即为路径跟踪。

目前阶段,L3~L5高级别自动驾驶的线控底盘技术是同驭技术创新的重要方向。

一旦L3级自动驾驶“人机共驾”成为日常,那么很多情况下,驾驶员将变得轻松很多,方向盘也不必时时刻刻地摆在座位前。在舒强看来,在自动驾驶模式下,为了让驾驶位更加宽敞,方向盘可以被折叠收起,嵌入在仪表盘下方。为了便于收纳,未来方向盘的形状很可能从圆形变成类似赛车方向盘的长方形,尽可能的小巧,只能放下两只手的大小。之所以未来方向盘设置为最大转角150度,是因为一旦超过180度时驾驶员不得不交叉换手,而长方形的方向盘不利于交叉换手打方向盘的操作。

想要实现方向盘折叠收起,就必须配备线控转向系统。线控转向系统实现了方向盘与转向器之间断开机械连接(也叫机械解耦),从而保证了在自动驾驶模式下,方向盘折叠收起不能转动后,车轮仍然可以自主转向,这也是线控转向系统与传统的电动助力转向系统最显著的区别。而断开机械连接又带来了新问题:手感模拟和路感反馈。方向盘连接在手感模拟器上,在转方向盘时,由电机带动传动机构来给方向盘带来一定的转动阻力,转动阻力的大小跟方向盘转角、转速都有关,模拟传统转向系统的手感。另外,还需要将路感反馈到方向盘上,比如,一旦车轮压到路障,会给转向系统带来一个外力扰动,应该在方向盘上模拟这种扰动,从而让驾驶员更加直观地感受到路障的情况。

在舒强看来,想要实现自动驾驶,“解耦”是一个重要的创新基础。解耦相当于将系统的输入和输出原本一对一的关系打破。就像人类创造智能手机一样,正是应用软件与硬件的解耦,使得老一代操作系统被逐渐淘汰,以iOS与Android为主的操作系统大行其道,让手机可以自由地下载安装更多各种功能的新App,为智能设备带来了更多的想象空间。在舒强看来,汽车本身包含了很多执行系统,这些执行系统通过线控化的改变从而也让汽车变得更加灵活。一旦执行系统都实现解耦,更多创新功能也将不断涌现。

与车厂的相互尝试与信任

刚刚创业时,大学生创业者的身份曾经让舒强多次受挫。同驭对自己的定位是“一家集研发、生产、销售于一体的线控底盘一级供应商”,而它直接面对的客户又是极其专业、严谨的汽车厂商。对于底盘系统来说,在挑选供应商时车厂都会将“安全可靠”排在首位,也因此更倾向于寻找国际大厂合作。况且这个领域长期被海外巨头垄断,生存环境对创业公司来说并不理想。

不过,同驭以优秀的产品性能、可靠的产品质量、快速的服务响应、物美价廉的性价比,逐渐被市场接受、认可,并逐步与一线车厂都建立了合作。目前同驭匹配的车型已经超过100款。

整车厂对于供应商,会在软硬件架构、性能指标、测试要求、工艺规范、质量体系、供应链管理、包装物流、产能保障等方方面面,提出严格详细的规范要求,这对于一家创业公司来说,挑战极大。但反过来,当同驭经过千锤百炼,成功战胜了种种挑战,赢得了车厂的严格验收后,将会与车厂建立起紧密的合作关系。当在这家车厂的一款车型上成功量产,并表现出很好的质量稳定性后,该车厂的“复购率”也通常会较高,这也构筑了一道很高的商业壁垒。

与车厂的合作也推动了同驭的创新。例如,曾经一家轻卡企业希望在7吨的电动轻卡上尝试将气压制动系统替换为线控制动系统,从而大幅实现制动系统的轻量化。

在此之前,从未有厂家开发过如此重的车型的线控制动系统,这也使舒强开始琢磨,如何满足如此大的制动力的需求?最后,舒强创造性地提出了一个创新方案,即采用双EHB线控制动系统,前轴、后轴各用一套线控制动系统EHB,其中前轴EHB作为主控,负责接收并传递刹车指令到后轴EHB,后轴EHB作为从控,前后轴EHB同时制动,从而实现更大的制动能力。在双EHB设计方案基础上,同驭还进一步设计了更好的冗余安全策略,即当任何一套EHB故障时,另一套EHB仍可独立工作,保证车辆还有大约一半的制动能力,提高了车辆安全性。同驭全球首创的“双EHB协同线控制动技术”,巧妙地解决了轻卡难以实现线控制动的难题。后来,同驭又进一步开发了“多EHB协同线控制动技术”,可以满足几十吨的特种车型线控制动的需求。

同驭汽车以其高瞻远瞩的战略眼光和不断突破的技术创新,正逐步实现其在线控底盘领域的“星辰大海”梦想!

*头图及封面图来源于“周蓥”

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