中汽研（天津）汽車(chē)工程研究院有限公司新型底盤(pán)開(kāi)發(fā)部 王振峰 博士

隨著智能電動(dòng)汽車(chē)新型底盤(pán)電控技術(shù)的發(fā)展，使得路面動(dòng)力學(xué)信息及車(chē)輛狀態(tài)觀測(cè)技術(shù)成為線控底盤(pán)域控制的關(guān)鍵。與此同時(shí)，路面信息作為車(chē)輛外部核心輸入，其對(duì)車(chē)輛行駛安全性、操縱穩(wěn)定性、乘坐舒適性等底盤(pán)關(guān)鍵性能，以及道路維修保養(yǎng)、數(shù)據(jù)信息管理等交通運(yùn)輸?shù)缆饭芾淼染哂信e足輕重的作用。因此，王振峰博士認(rèn)為自動(dòng)駕駛汽車(chē)的“線控底盤(pán)路面信息與車(chē)輛狀態(tài)一致性觀測(cè)技術(shù)”對(duì)汽車(chē)的安全性、穩(wěn)定性行駛具有重大影響。

該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展是大勢(shì)所趨

依據(jù)國(guó)家政策要求，預(yù)計(jì)到2025年，L1/L2級(jí)自動(dòng)駕駛將成為標(biāo)配，L3級(jí)實(shí)現(xiàn)規(guī)模商業(yè)化，L4/L5級(jí)進(jìn)入市場(chǎng)；其中，‘線控底盤(pán)’作為自動(dòng)駕駛“充要條件”起到核心關(guān)鍵‘角色’，進(jìn)而使得發(fā)展線控底盤(pán)路面信息與車(chē)輛狀態(tài)一致性觀測(cè)技術(shù)迫在眉睫。與此同時(shí)，從市場(chǎng)角度出發(fā)，由于智能電動(dòng)汽車(chē)已搭載了各類(lèi)型傳感器，不同類(lèi)型傳感器的性能和功能較傳統(tǒng)汽車(chē)有很大區(qū)別，且各類(lèi)型傳感器之間功能上互相補(bǔ)充；智能電動(dòng)汽車(chē)外界感知的信息量及控制算法相對(duì)傳統(tǒng)傳感器發(fā)生根本性的變革，性能表現(xiàn)和功能可靠性都與傳統(tǒng)傳感器有很大區(qū)別。在此背景下，如何更好的利用這些信息，使得底盤(pán)更加智能更加智慧，是目前需要解決的難題。

王振峰博士分享了目前該項(xiàng)主要有三大難點(diǎn)：

一，動(dòng)力學(xué)耦合機(jī)理及精細(xì)化建模。不論是車(chē)輛動(dòng)力學(xué)開(kāi)發(fā)，還是底盤(pán)開(kāi)發(fā)，這是一個(gè)永恒的問(wèn)題。雖然是永恒的問(wèn)題，但是由于其輸入條件不同，所以對(duì)應(yīng)的非線性耦合條件也不盡相同。

二，路面和車(chē)輛信息一致性精確觀測(cè)。即使路面本身估計(jì)較準(zhǔn)，車(chē)輛本身估計(jì)也較準(zhǔn)，但是底盤(pán)作為整體的系統(tǒng)，必然不可能孤立存在，其是相互聯(lián)系的，如何使得路面和車(chē)輛狀態(tài)做一個(gè)很好的匹配，進(jìn)一步服務(wù)于底盤(pán)的線控，是需要解決的難點(diǎn)。

三，路面及車(chē)輛觀測(cè)信息高效驗(yàn)證技術(shù)。此部分屬于前兩大難點(diǎn)的延伸，進(jìn)一步的使得“路面信息與車(chē)輛狀態(tài)一致性觀測(cè)”形成了閉環(huán)，更好驗(yàn)證本身的技術(shù)和方法的有效性。

 細(xì)化技術(shù)內(nèi)容與技術(shù)路線

針對(duì)于以上難點(diǎn)，對(duì)應(yīng)著研發(fā)人員所需要做的工作。

首先是精細(xì)化建模，因?yàn)榫?xì)化是相對(duì)性的，底盤(pán)動(dòng)力學(xué)控制器和傳感器是很復(fù)雜的，所以王振峰博士所說(shuō)的精細(xì)化是針對(duì)不同的傳感器控制器和執(zhí)行器之間的匹配度來(lái)建立模型，進(jìn)一步分析模型里面的耦合關(guān)系。

另外一部分是一致性估計(jì)，其也分兩部分：第一部分是對(duì)本身路面和車(chē)輛狀態(tài)有很好的估計(jì)。第二部分是進(jìn)行匹配。其團(tuán)隊(duì)內(nèi)部做了技術(shù)路線，從原始的理論到工程的應(yīng)用，最后到工程的實(shí)踐形成閉環(huán)。

技術(shù)落地，打破壁壘

再好的規(guī)劃，也需要具體實(shí)施方案，同樣再好的技術(shù)也一定要找到一個(gè)合適的載體。因?yàn)榫€控底盤(pán)是軟硬結(jié)合的產(chǎn)物，必然不能孤立來(lái)做。王振峰博士結(jié)合團(tuán)隊(duì)實(shí)際情況，選擇以線控懸架作為突破口切入來(lái)逐步分階段的實(shí)際落地。

路面作為懸架系統(tǒng)的主要外部輸入，傳統(tǒng)意義上認(rèn)為懸架改善車(chē)輛平順性就足夠，但是隨著智慧底盤(pán)或者線控底盤(pán)的發(fā)展，用戶不僅僅希望改善乘坐舒適性的同時(shí)，也希望將操縱穩(wěn)定性性能得到兼顧提升，即如何在新的線控底盤(pán)或者新的智慧底盤(pán)作用下使得平順性及操縱穩(wěn)定性相互矛盾的雙方可相對(duì)的弱化，漸漸的增加車(chē)輛本身的安全域，針對(duì)這塊，其團(tuán)隊(duì)提出了基于路面一致性識(shí)別的整體方案。

左圖是整體的車(chē)輛狀態(tài)精確輸入觀測(cè)邏輯，其主要用到了自適應(yīng)卡爾曼濾波，它對(duì)路面過(guò)程噪聲方差做了有效匹配，進(jìn)而使得不同的路面輸入與車(chē)輛狀態(tài)識(shí)別有效匹配，之后再準(zhǔn)確快速輸入到底盤(pán)控制中優(yōu)化底盤(pán)性能，即車(chē)輛在操縱穩(wěn)定性和平順性得到兼顧提升。

在路面識(shí)別上，傳統(tǒng)的路面識(shí)別更多是車(chē)上通過(guò)加速度和位移傳感器，相當(dāng)于車(chē)輛有了狀態(tài)感知以后做出的隨動(dòng)控制，此方法缺少必要的預(yù)判性，針對(duì)此情況其團(tuán)隊(duì)提出了通過(guò)攝像頭與加速度及位移傳感器融合的方法，彌補(bǔ)此缺憾。

當(dāng)然，轉(zhuǎn)向同時(shí)也是需要利用一致性估計(jì)，即不同的路面輸入結(jié)合不同的車(chē)輛狀態(tài)，轉(zhuǎn)向怎么做。在圖中，其團(tuán)隊(duì)的方法是控制器/控制算法，轉(zhuǎn)向有兩種模式，一種是轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)角跟蹤，一種是轉(zhuǎn)距跟蹤。針對(duì)線控轉(zhuǎn)向王振峰博士團(tuán)隊(duì)提出了一些方案，從軟件和硬件層面分別對(duì)轉(zhuǎn)向做一個(gè)很好的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證。

實(shí)用案例，干貨滿滿

王振峰博士介紹了六個(gè)案例。

第一個(gè)是線控懸架開(kāi)發(fā)，以測(cè)試為主。

第二個(gè)是國(guó)外廠家的懸架，進(jìn)行工況的驗(yàn)證，從具體的曲線和駕乘性來(lái)說(shuō)效果還是比較明顯的。

第三個(gè)是是國(guó)內(nèi)供應(yīng)商針對(duì)不同的匹配車(chē)型，對(duì)功能開(kāi)發(fā)做一個(gè)驗(yàn)證，控制器的HIL或者帶負(fù)載的硬件在環(huán)均可實(shí)現(xiàn)。

第四個(gè)是線控懸架算法開(kāi)發(fā)及驗(yàn)證，結(jié)合天棚控制算法，模型預(yù)測(cè)控制算法，改善線控懸架駕乘性能。

第五個(gè)是線控轉(zhuǎn)向開(kāi)發(fā)，利用控制器、算法，更好的對(duì)現(xiàn)有轉(zhuǎn)向控制器或轉(zhuǎn)向算法做一個(gè)迭代和升級(jí)。

第六個(gè)是其團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)臺(tái)架工具，在做實(shí)車(chē)之前，利用臺(tái)架工具開(kāi)展的算法開(kāi)發(fā)及驗(yàn)證臺(tái)架。

未來(lái)看好，研判整體發(fā)展趨勢(shì)

算法離開(kāi)了硬件相當(dāng)于是孤魂野鬼，如果只做硬件不做算法相當(dāng)于是行尸走肉，這很好的點(diǎn)破了線控底盤(pán)狀態(tài)一致性所面臨的問(wèn)題。

王振峰博士總結(jié)了三個(gè)部分：

第一部分是協(xié)調(diào)控制算法開(kāi)發(fā)，因?yàn)椴煌膫鞲衅鳌?zhí)行器及控制器對(duì)應(yīng)的控制算法是不盡相同的，必須形成一個(gè)有機(jī)的整體。

第二部分是功能安全，線控底盤(pán)的核心是功能安全，特別是L3級(jí)及其以上自動(dòng)駕駛樣車(chē)。

第三部分是在保證前兩步情況下做集成協(xié)同優(yōu)化，更好的滿足不同等級(jí)車(chē)輛關(guān)于安全性、駕乘性、可靠性的優(yōu)化匹配。

以上三個(gè)部分是軟件層面的線控底盤(pán)研發(fā)方向；另一方面，電子電氣構(gòu)架也是需要重點(diǎn)考慮的，其直接和實(shí)車(chē)搭建了一個(gè)有機(jī)整體來(lái)服務(wù)于算法或者整車(chē)性能開(kāi)發(fā)，本身的電子電器構(gòu)架存在較大的耦合性，后續(xù)將會(huì)向解耦式趨勢(shì)發(fā)展。

綜上，王振峰博士認(rèn)為線控底盤(pán)集成趨勢(shì)會(huì)越來(lái)越明顯，不僅僅是驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)，更多可能是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向或者懸架本身的集成式開(kāi)發(fā)。通用化平臺(tái)也會(huì)日益明顯，集成化，模型化形成趨勢(shì)，并與車(chē)路云協(xié)同。軟硬件解耦趨勢(shì)也會(huì)日益加強(qiáng)，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)開(kāi)放的程度，要求供應(yīng)商，主機(jī)廠也會(huì)適當(dāng)開(kāi)放接口，使得線控底盤(pán)在智慧同時(shí)更安全、更高效、更舒適地運(yùn)行。軟件的比重在后續(xù)發(fā)展也會(huì)越來(lái)越大，初步估計(jì)到2030年，軟件比重將占到整車(chē)30%，這也是行業(yè)所提的軟件定義汽車(chē)的主要原因。