淺析自動(dòng)駕駛線控底盤技術(shù)

自動(dòng)駕駛的發(fā)展離不開毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、車載攝像頭等硬件設(shè)備的道路信息搜集，也離不開深度學(xué)習(xí)、高精度地圖等軟件程序的道路規(guī)劃控制，而為了讓自動(dòng)駕駛汽車能夠在道路正常、穩(wěn)定地行駛，這就需要線控底盤技術(shù)的加持。線控底盤技術(shù)對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車，就像人的手和腳一樣，決定汽車是否可以正常行駛，作為執(zhí)行向的硬件技術(shù)，線控底盤的發(fā)展將決定自動(dòng)駕駛汽車的發(fā)展。

相對(duì)于由懸置系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、排擋踏板系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、輪胎系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)等組成的傳統(tǒng)汽車底盤，線控底盤技術(shù)的組成主要為線控轉(zhuǎn)向、線控制動(dòng)、線控油門、線控懸架等，所謂的線控，簡(jiǎn)而言之就是采用電信號(hào)的形式來取代機(jī)械、液壓或氣動(dòng)等形式的連接，從而不需要依賴駕駛員的力或者扭矩的輸入。

隨著汽車智能化發(fā)展，娛樂性的要求也不斷提高，一些游戲也開始植入汽車內(nèi)，讓車主或駕駛員在閑暇時(shí)間增加樂趣，如很多賽車類游戲就已經(jīng)在汽車上實(shí)現(xiàn)了搭載，主要通過方向盤操作方向，加速踏板及制動(dòng)踏板控制速度，來控制游戲人物（車輛）的動(dòng)作，如果還是采用傳統(tǒng)底盤的硬件連接技術(shù)，將會(huì)在操作方向盤的過程中影響輪胎的動(dòng)作，不僅對(duì)輪胎有磨損，且由于輪胎與地面的阻力，也會(huì)影響游戲的游玩體驗(yàn)。線控底盤技術(shù)就很好的解決了這個(gè)問題，在操控車輛時(shí)，線控底盤可以對(duì)通過方向盤、加速踏板、制動(dòng)踏板的狀態(tài)信息進(jìn)行采集，控制車輛的動(dòng)作，在進(jìn)行娛樂游戲時(shí)，可以將方向盤、加速踏板、制動(dòng)踏板等數(shù)據(jù)信息僅使用到游戲上，從而保護(hù)輪胎的磨損，增加駕駛員的娛樂體驗(yàn)。線控底盤的出現(xiàn)也讓汽車的控制脫離了硬件控制的局限性，讓信息的傳輸、執(zhí)行的速度得到了更大的提升。對(duì)于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)來說，線控油門、線控轉(zhuǎn)向和線控制動(dòng)這3個(gè)技術(shù)尤為重要。

線控油門

當(dāng)前線控油門技術(shù)已經(jīng)較為成熟，也已經(jīng)在各品牌汽車上成為了標(biāo)準(zhǔn)配置，傳統(tǒng)汽車底盤的油門控制方式雖然延遲小，但也有很大的局限性，沒有辦法應(yīng)對(duì)復(fù)雜道路下的各種工況，也無法很好地控制油耗和排放。線控油門主要通過判斷加速踏板的位置（位移動(dòng)大小），并將加速踏板位置傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊（ECU）,最終由ECU來決定節(jié)氣門的開合大小、噴油間隔時(shí)間等信息。

傳統(tǒng)油門踏板與線控油門系統(tǒng)對(duì)比，線控油門主要由油門踏板、踏板位移傳感器、ECU、CAN總線、伺服電動(dòng)機(jī)和節(jié)氣門執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。線控油門的出現(xiàn)也使更多高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)成為可能，如定速巡航系統(tǒng)就是線控油門的基礎(chǔ)應(yīng)用。

線控轉(zhuǎn)向

聊線控轉(zhuǎn)向前，首先要了解電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，這一被普遍應(yīng)用的技術(shù)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以根據(jù)車速大小而改變轉(zhuǎn)向助力的大小，通過對(duì)車速的實(shí)時(shí)監(jiān)控，控制轉(zhuǎn)向控制閥的開啟程度，從而改變液壓助力的大小，繼而實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)向助力的調(diào)節(jié)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向可以在汽車高速行駛時(shí)車身更穩(wěn)，手感更好，但因?yàn)槠鋸?fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，高昂的造價(jià)，且具有液壓系統(tǒng)所帶的通病，因此是介于液壓助力和線控轉(zhuǎn)向之間的過渡階段。

由于很多L3級(jí)及以上的系統(tǒng)，需要能在部分使用場(chǎng)景下脫離駕駛員的操縱，這就需要控制精確、可靠性高的一套系統(tǒng)，而線控轉(zhuǎn)向就可以滿足這一要求，線控轉(zhuǎn)向就是在方向盤和轉(zhuǎn)向齒條之間通過電子信號(hào)連接和控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，中間是沒有液壓或機(jī)械等物理連接的，線控轉(zhuǎn)向主要由轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成，其中轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器、轉(zhuǎn)矩反饋電動(dòng)機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)裝置；電子控制系統(tǒng)包括車速傳感器，也可以增加橫擺角速度傳感器、加速度傳感器和電子控制單元以提高車輛的操縱穩(wěn)定性；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括角位移傳感器、轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)、齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和其他機(jī)械轉(zhuǎn)向裝置等。相對(duì)于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向，線控轉(zhuǎn)向取消了方向盤與車輪之間的機(jī)械連接，使用傳感器來獲取方向盤的轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)，然后通過ECU對(duì)轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算并輸出驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)。

目前線控轉(zhuǎn)向主要有取消方向盤與轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械連接，通過多個(gè)電機(jī)和控制器來增加系統(tǒng)的冗余度及在方向盤和轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間增加一個(gè)電磁離合器作為失效備份，來增加系統(tǒng)冗余度等2種方式。由于省略了機(jī)械連接，從而線控轉(zhuǎn)向可以很明顯降低噪音和振動(dòng)；且少了硬件設(shè)備后，將可以空出很大的空間，可以用來布置傳感器、計(jì)算單元及其他娛樂硬件等，將豐富汽車的使用性能；由于硬件設(shè)備的減少，在發(fā)生碰撞事故時(shí)，可以有效保護(hù)駕駛員的安全；且可以根據(jù)駕駛員的要求，對(duì)轉(zhuǎn)向角和轉(zhuǎn)向力矩進(jìn)行定制，從而實(shí)現(xiàn)不同類型的“手感”。

線控制動(dòng)

線控制動(dòng)系統(tǒng)作為決定車輛能否安全停穩(wěn)的關(guān)鍵技術(shù)，也是線控底盤技術(shù)中難度最高的，線控制動(dòng)及那個(gè)決定汽車行駛過程中的安全性和汽車的穩(wěn)定控制性，可以給駕駛員提供良好的安全保障。

相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械制動(dòng)技術(shù)來說，線控制動(dòng)不再需要制動(dòng)液和液壓部件，制動(dòng)力矩完全是由安裝在4個(gè)車輪上的電機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生，線控制動(dòng)系統(tǒng)可以根據(jù)制動(dòng)踏板傳出的信號(hào)和車輛車速信號(hào)，驅(qū)動(dòng)和控制所需的制動(dòng)力。由于取消了機(jī)械控制硬件，且有電信號(hào)控制制動(dòng)，使得制動(dòng)響應(yīng)速度大大提高；機(jī)械控制硬件的取消也簡(jiǎn)化了制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，便于裝配和維護(hù)，減少了汽車的整體質(zhì)量。

線控底盤的發(fā)展是自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展的必要過程，通過電信號(hào)的傳輸，減少汽車在自動(dòng)駕駛過程中，操縱硬件設(shè)備的不確定性，提高了自動(dòng)駕駛汽車的反應(yīng)時(shí)間，讓自動(dòng)駕駛技術(shù)得以更快地普及。