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2021年11月08日 | 浅析自动驾驶线控底盘技术
2021-11-08 来源： 智驾最前沿
自动驾驶的发展离不开毫米波雷达、激光雷达、车载摄像头等硬件设备的道路信息搜集，也离不开深度学习、高精度地图等软件程序的道路规划控制，而为了让自动驾驶汽车能够在道路正常、稳定地行驶，这就需要线控底盘技术的加持。线控底盘技术对于自动驾驶汽车，就像人的手和脚一样，决定汽车是否可以正常行驶，作为执行向的硬件技术，线控底盘的发展将决定自动驾驶汽车的发展。
相对于由悬置系统、进排气系统、传动系统、燃油系统、排挡踏板系统、悬架系统、转向系统、轮胎系统、制动系统等组成的传统汽车底盘，线控底盘技术的组成主要为线控转向、线控制动、线控油门、线控悬架等，所谓的线控，简而言之就是采用电信号的形式来取代机械、液压或气动等形式的连接，从而不需要依赖驾驶员的力或者扭矩的输入。
随着汽车智能化发展，娱乐性的要求也不断提高，一些游戏也开始植入汽车内，让车主或驾驶员在闲暇时间增加乐趣，如很多赛车类游戏就已经在汽车上实现了搭载，主要通过方向盘操作方向，加速踏板及制动踏板控制速度，来控制游戏人物（车辆）的动作，如果还是采用传统底盘的硬件连接技术，将会在操作方向盘的过程中影响轮胎的动作，不仅对轮胎有磨损，且由于轮胎与地面的阻力，也会影响游戏的游玩体验。线控底盘技术就很好的解决了这个问题，在操控车辆时，线控底盘可以对通过方向盘、加速踏板、制动踏板的状态信息进行采集，控制车辆的动作，在进行娱乐游戏时，可以将方向盘、加速踏板、制动踏板等数据信息仅使用到游戏上，从而保护轮胎的磨损，增加驾驶员的娱乐体验。线控底盘的出现也让汽车的控制脱离了硬件控制的局限性，让信息的传输、执行的速度得到了更大的提升。对于自动驾驶系统来说，线控油门、线控转向和线控制动这3个技术尤为重要。
线控油门
当前线控油门技术已经较为成熟，也已经在各品牌汽车上成为了标准配置，传统汽车底盘的油门控制方式虽然延迟小，但也有很大的局限性，没有办法应对复杂道路下的各种工况，也无法很好地控制油耗和排放。线控油门主要通过判断加速踏板的位置（位移动大小），并将加速踏板位置传递给发动机控制模块（ECU）,最终由ECU来决定节气门的开合大小、喷油间隔时间等信息。
传统油门踏板与线控油门系统对比，线控油门主要由油门踏板、踏板位移传感器、ECU、CAN总线、伺服电动机和节气门执行机构组成。线控油门的出现也使更多高级辅助驾驶系统成为可能，如定速巡航系统就是线控油门的基础应用。
线控转向
聊线控转向前，首先要了解电动助力转向系统，这一被普遍应用的技术。电动助力转向系统可以根据车速大小而改变转向助力的大小，通过对车速的实时监控，控制转向控制阀的开启程度，从而改变液压助力的大小，继而实现对转向助力的调节。电动助力转向可以在汽车高速行驶时车身更稳，手感更好，但因为其复杂的结构设计，高昂的造价，且具有液压系统所带的通病，因此是介于液压助力和线控转向之间的过渡阶段。
由于很多L3级及以上的系统，需要能在部分使用场景下脱离驾驶员的操纵，这就需要控制精确、可靠性高的一套系统，而线控转向就可以满足这一要求，线控转向就是在方向盘和转向齿条之间通过电子信号连接和控制转向系统，中间是没有液压或机械等物理连接的，线控转向主要由转向盘系统、电子控制系统及转向系统组成，其中转向盘系统包括转向盘、转矩传感器、转向角传感器、转矩反馈电动机和机械传动装置；电子控制系统包括车速传感器，也可以增加横摆角速度传感器、加速度传感器和电子控制单元以提高车辆的操纵稳定性；转向系统包括角位移传感器、转向电动机、齿轮齿条转向机构和其他机械转向装置等。相对于电动助力转向，线控转向取消了方向盘与车轮之间的机械连接，使用传感器来获取方向盘的转角数据，然后通过ECU对转角数据进行计算并输出驱动数据。
目前线控转向主要有取消方向盘与转向执行机构的机械连接，通过多个电机和控制器来增加系统的冗余度及在方向盘和转向执行机构之间增加一个电磁离合器作为失效备份，来增加系统冗余度等2种方式。由于省略了机械连接，从而线控转向可以很明显降低噪音和振动；且少了硬件设备后，将可以空出很大的空间，可以用来布置传感器、计算单元及其他娱乐硬件等，将丰富汽车的使用性能；由于硬件设备的减少，在发生碰撞事故时，可以有效保护驾驶员的安全；且可以根据驾驶员的要求，对转向角和转向力矩进行定制，从而实现不同类型的“手感”。
线控制动
线控制动系统作为决定车辆能否安全停稳的关键技术，也是线控底盘技术中难度最高的，线控制动及那个决定汽车行驶过程中的安全性和汽车的稳定控制性，可以给驾驶员提供良好的安全保障。
相对于传统机械制动技术来说，线控制动不再需要制动液和液压部件，制动力矩完全是由安装在4个车轮上的电机驱动产生，线控制动系统可以根据制动踏板传出的信号和车辆车速信号，驱动和控制所需的制动力。由于取消了机械控制硬件，且有电信号控制制动，使得制动响应速度大大提高；机械控制硬件的取消也简化了制动系统的结构，便于装配和维护，减少了汽车的整体质量。
线控底盘的发展是自动驾驶技术发展的必要过程，通过电信号的传输，减少汽车在自动驾驶过程中，操纵硬件设备的不确定性，提高了自动驾驶汽车的反应时间，让自动驾驶技术得以更快地普及。
史海拾趣
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