自由度

底盤子系統

機械時期

在早期車輛質量比較小，速度比較低，機械式底盤能夠滿足駕駛員操控需求。駕駛員通過對方向盤和踏闆的操作來直接控制輪胎的六分力，從而間接地改變車輛的三向平動和三向轉動的自由度。随着科學技術的發展及汽車工業的發展，尤其是軍用車輛及軍用技術的發展，底盤系統也有了新的突破，比如液壓轉向和液壓制動的推出是對機械時期底盤的重大技術革新。于此同時，随着車輛越來越重，助力器開始被廣泛使用于底盤控制中，為駕駛員提供轉向或制動助力。但是從本質上看，這一時期的車輛運動控制完全取決于駕駛員的輸入。

機械式轉向系統

在機電混合時期，傳統的機械液壓設計與單片機控制結合，在進一步減輕駕駛員的駕駛負荷的同時，還能夠通過軟件控制輔助駕駛員進行更好地車輛控制，車輛的燃油經濟性、安全性和舒适性都大大提高。

以電控制動助力系統eBooster為例，eBooster利用傳感器感知駕駛者踩下制動踏闆的力度和速度，并将信号處理之後傳給電控單元，電控單元控制助力電機對應的扭距，在機電放大機構的驅動下，推動制動泵工作，從而實現電控制動，響應速度更快并且能夠精準的控制壓力。

博世第二代iBooster

在今天汽車電動化和智能化的浪潮之下，傳統動力升級為三電系統，底盤系統上傳統的機械零部件得到精簡，電控程度越來越高；與此同時，随着輔助駕駛系統（如ACC、AEB等）的日益普及和自動駕駛系統的逐步落地，衍生出了越來越豐富的智能化場景的新需求。

另一方面，消費市場對汽車定位也在發生改變。終端消費者不再隻将汽車視為運載工具，汽車變成了提高生活品質的載體和空間，這一消費趨勢意味着行業在追求汽車智能的同時，也需要更進一步地提高汽車的舒适性和駕駛質量，為消費者提供更愉悅的用車體驗。

智能化場景對底盤系統的新需求，圖片來自“中國汽車工程協會”

在這一浪潮的驅動下，汽車對底盤系統也提出了更高的要求，更加智能的底盤才能适應汽車電動化和智能化的發展需要。

對智能底盤的新要求可以概況為四類：

• 有個性：根據客戶駕駛習慣提供個性化定制
• 高性能：系統響應更加精準和迅速
• 可成長：系統具備自學習能力并支持OTA升級
• 高安全：産品安全和信息安全多重安全保證

雖然從目前的市場表現看，底盤系統還處于機電混合時期，但是已經可以看到正在向智能底盤過渡的趨勢。

首先是線控技術在汽車上的普及和進化。線控技術源于飛機控制系統，它将飛機駕駛員的操縱命令轉換成電信号，通過電纜直接傳輸到自主式舵機。線控技術最大的優勢是響應精準迅速，這一優勢在汽車線控技術上得到繼承。當前各個底盤控制子系統都已經實現線控，但是底盤線控技術更多體現在控制決策層面，執行層面還是依賴機械或者液壓系統，而随着自動駕駛的演變，駕駛員的角色得到弱化，方向盤和踏闆的作用逐漸減弱，線控底盤的執行機構已經呈現出由電控取代液壓或機械的趨勢。

而電控系統和駕駛員機械接口解耦，可以更加靈活地對底盤系統特性進行調節，從而滿足不同客戶的個性化需求，這是線控底盤的另一優勢。

智能底盤系統對個性化需求的追求也表現在搭載主動懸架系統所的車輛的價位的下探。衆所周知，懸架系統調教的核心在于協調舒适性和操穩性的矛盾，而主動懸架系統則被認為是魚和熊掌兼得的答案，它能夠精準地感知車況和路面等信息并自動調整懸架高度、剛度和阻尼，從而大幅度提高車輛操穩和舒适性。另外，系統能學習用戶的駕駛習慣，并合理調節出最适合用戶的懸架控制策略。

其次，智能駕駛系統E/E的變革也催生了智能底盤E/E的進化。在機電混合時期，底盤系統的E/E架構為簡單的子系統ECU的疊加，雖然子系統間有合作，但是這些合作僅體現在信息共享層面，各個子系統依舊“各自為營”，功能控制受到彼此的制約，響應遲緩，沒有體現出“1 1>2”的效果。

比如電子穩定性控制系統（ESC，Electric Stability Controller）依賴轉向系統和制動系統的狀态輸入來判斷車輛是否有出現轉向不足或轉向過度的趨勢，并通過對輪端制動力的修正進行橫擺角速度控制使車輛重新回到穩定狀态。在這個過程中轉向系統的表現會對穩定性調節的速度産生實時的影響，但其影響隻能讓制動系統處于“補救調節”的循環中。換句話說，轉向系統對穩定性控制無法起到“主動輔助”的作用。

ESC控制系統的關鍵組成部分

在基于底盤域控制器的新E/E架構下，智能控制核心功能集中于域控制器内，實時對各個子系統進行協同控制，精準且快速響應，打破子系統間功能簡單疊加的壁壘。

動力底盤域示意圖，圖片來自“中國汽車工程協會”

比如同樣是電子穩定性控制系統，域控制器可以綜合各個子系統反饋的車輛狀态，在車輛達到動态穩定性極限之前就及時介入控制，對制動和轉向甚至懸架進行快速修正，和傳統控制相比，由傳統的“補救型控制”轉變為“預防型控制”，不僅更安全，也讓駕駛員更加舒适。

于此同時，底盤域控制器擁有強大的硬件計算能力和豐富的軟件接口，可以實現軟硬件解耦，有利于支持OTA升級，從而實現核心算法的快速優化叠代。

安全始終是底盤系統設計的重要課題，汽車智能化發展對智能底盤延申了新的安全話題。

SAE J3016對車輛自動化級别的分類對讀者來說已不陌生。如果将這五個級别進行進一步歸類則可以歸納為：

• 輔助駕駛 （包含Level1 / Level2）
• 自動駕駛 （包含Level3 / Level4 / Level5）

輔助駕駛和自動駕駛最大的區别在于系統故障導緻事故的責任方的不同：

• 對于輔助駕駛，當系統出現故障以後，隻要正确向駕駛員報告了故障，接下來能否脫險全看駕駛員的水平，出了事故責任方在駕駛員，汽車廠家是沒有責任的。
• 對于自動駕駛，系統在出現故障之後，需要系統來自己操作避免事故（自動駕駛等級越高，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任而不是駕駛員的責任。

功能安全要求當E/E系統出現故障時，車輛需要能夠及時進入安全狀态，以避免不合理的會造成人身傷害的風險，這要求自動駕駛系統需要冗餘設計，才能在解放駕駛員的同時保證出現單一故障時系統仍能夠接管直至進入安全狀态。

自動化程度與對系統冗餘的要求，圖片來自網絡

對于高速自動駕駛系統而言，車輛在高速運行過程中出現單一故障，安全狀态通常定義為停到路邊的應急車道，為實現這一安全狀态，目前業界普遍達成一緻的方案需要以下冗餘：

• 通訊冗餘：當單一鍊路出現信号中斷，系統可實現信息的無縫安全銜接
• 低壓電源冗餘：主電源失效後，備份電源能夠支撐ECU完成安全降級動作；
• 感知冗餘：多傳感器數據融合技術可以保證車輛行駛構成中精準實現物體及行人的識别，從而支持車輛時刻做出正确的控制行為；
• 大腦控制器冗餘：兩個大腦互相監督、互為備份，主大腦故障發生時，備份大腦及時接管；
• 制動冗餘：主制動系統失效後，備份系統依然提供一定的制動能力來維持制動控制及制動穩定性控制；
• 轉向冗餘：如果故障發生後的安全狀态定義為繼續運行而不是刹停，那麼當一路轉向系統故障後，備份系統需要能夠支持車輛完成接下來的運行場景中的轉彎工況

由此可見智能底盤的冗餘設計在實現自動駕駛系統功能安全的重要性和必要性。

長城咖啡智駕制動冗餘組合

功能安全的目的是将軟件和硬件的故障控制在可接受的範圍内，但即使軟件和硬件沒有發生故障，系統仍然可能因為功能局限而導緻不合理的風險，這就是國際标準ISO 21448(SOTIF, Safety of the Intended Functionality)所關注的安全問題。

功能安全和SOTIF研究的對象是智能駕駛系統自身可能産生的失效而造成的風險，還有另一類風險也是智能駕駛系統不可忽略的——黑客攻擊。另外，功能安全和SOTIF以人身安全為核心，但是不是所有的信息安全問題都會導緻人身安全。換句話說，信息安全除了要考慮人身安全以外，還需要考慮黑客攻擊帶來的其他風險，比如車輛被偷導緻的财産損失以及隐私洩露風險。

目前汽車行業達成的普遍共識是：功能安全、預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”，而汽車行業對這三個方向的落地還處于初期階段。

安全是智能底盤測試評價體系中的重要指标，圖片來自“中國汽車工程協會”

以上可以看出，為滿足汽車的電動化和智能化發展的新要求，智能底盤的發展思路正在逐步清晰；而從落地層面看，智能底盤的發展才剛剛起步，可以預見将會面臨重重挑戰。

但是，挑戰也意味着機遇。首先是國家戰略層面，智能電動汽車已成為我國汽車産業發展的戰略方向，這意味着作為智能電動汽車的支撐基礎，智能底盤有了良好的發展土壤。其次，市場需求對智能電動汽車的需求的持續走高也為智能底盤的發展提供了經濟支持，而在新E/E架構下主機廠和供應商之間新的合作模式和職責劃分也使得中國本土品牌将迎來一次難得的崛起良機。

在這些良性因素的激勵下，相信智能底盤有着光明的未來。

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