01、什么是線控底盤

2022年真的是魔幻的一年，繼陽(yáng)臺(tái)種菜、吃綠化帶之后，騎行居然也開(kāi)始“堵車”了。而騎過(guò)自行車的朋友應(yīng)該都清楚，加速、剎車、轉(zhuǎn)向靠的全是那一腔熱血、滿身激情。而當(dāng)熱血冷卻，激情褪去，只留下肉體與機(jī)械碰撞的無(wú)情。以剎車過(guò)程為例，通過(guò)五指緊握車閘、車閘拉緊鋼絲、帶動(dòng)橡膠摩擦片夾緊車輪，自行車最終在摩擦力的作用下消停冷靜，這個(gè)過(guò)程是典型的力大出奇跡。 ? 而汽車在誕生之初，其制動(dòng)、轉(zhuǎn)向等方面原理和自行車差不多，都是單純地利用機(jī)械方式傳遞能量。但是汽車質(zhì)量遠(yuǎn)大于自行車，雖然有一些類似杠桿一樣的省力機(jī)構(gòu)，但汽車一次緊急制動(dòng)和轉(zhuǎn)向還是需要消耗駕駛員半碗米飯的力氣。 ? 且隨著汽車速度越來(lái)越快，這種全靠駕駛員麒麟臂和金華火腿的操作方式，對(duì)駕駛員的要求太高，制動(dòng)轉(zhuǎn)向的效果及安全性很難得到保證。有鑒于此，汽車轉(zhuǎn)向、制動(dòng)等系統(tǒng)開(kāi)始出現(xiàn)了一些助力方式，有真空助力，有液壓助力，有電動(dòng)助力，并最終發(fā)展成為今天常見(jiàn)的機(jī)械液壓制動(dòng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向等。 ? 但是天有不測(cè)風(fēng)云，電動(dòng)汽車興起并開(kāi)始圈地賽馬。電動(dòng)汽車不僅革了發(fā)動(dòng)機(jī)的命，順帶也革了機(jī)械液壓制動(dòng)的命。機(jī)械液壓制動(dòng)中的真空助力器原本是利用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管的負(fù)壓來(lái)提供助力，現(xiàn)在好兄弟倒下了，自己還得生存，回去理個(gè)發(fā)，重頭再來(lái)了。

? 舞臺(tái)這邊電動(dòng)汽車的狂歡還沒(méi)有結(jié)束，另一邊的自動(dòng)駕駛已經(jīng)開(kāi)始搭臺(tái)唱戲，且演員規(guī)模和知名度明顯要略勝一籌。自動(dòng)駕駛更加囂張跋扈，直接對(duì)制動(dòng)和轉(zhuǎn)向這哥倆說(shuō)："以后不能只聽(tīng)制動(dòng)踏板和方向盤的話了，我手底下域控制器的話你們也要聽(tīng)"。 ? 在電動(dòng)化和智能化的雙重影響下，線控底盤的概念開(kāi)始大火。所謂線控，是指通過(guò)傳感器采集駕駛員的制動(dòng)或轉(zhuǎn)向等意圖，并由控制單元綜合決策后，將控制指令以電信號(hào)的形式輸入給最終的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。線控，用不太準(zhǔn)確的語(yǔ)言描述就是：用電線替代了傳統(tǒng)的機(jī)械液壓連接。 ? 線控底盤主要包括五大核心系統(tǒng)：線控油門、線控?fù)Q擋、線控懸架、線控轉(zhuǎn)向、線控制動(dòng)。 ? 線控油門和線控?fù)Q擋因技術(shù)發(fā)展較早，已經(jīng)在主機(jī)廠得到廣泛應(yīng)用。其中，線控油門的滲透率基本上接近100%，市場(chǎng)已經(jīng)飽和。線控?fù)Q擋目前的滲透率約25%，但隨著智能化相關(guān)功能配置率的提升，滲透率也會(huì)同步快速提升。 ? 線控懸架因成本較高，目前滲透率不足3%。最早主要搭載在海外豪華品牌車型上，后逐步在合資品牌車輛中有所應(yīng)用，近幾年國(guó)內(nèi)自主高端品牌如蔚來(lái)、理想、極氪、嵐圖等也逐步開(kāi)始搭載，滲透率處于緩慢提升的階段。 ? 相對(duì)而言，線控制動(dòng)和線控轉(zhuǎn)向因起步較晚，且技術(shù)門檻高，目前滲透率亦處于低位。不過(guò)這兩類子系統(tǒng)是汽車電動(dòng)化、智能化發(fā)展的關(guān)鍵，也是必須攻克的核心技術(shù)。兩者之中，線控制動(dòng)又被譽(yù)為線控底盤的璀璨明珠。 ? ?

02、線控制動(dòng)，一位忠于自動(dòng)駕駛且身手敏捷的“保鏢”

線控底盤已經(jīng)和自動(dòng)駕駛成了親家，我也就不能繼續(xù)視而不見(jiàn)，故決定開(kāi)設(shè)線控底盤專欄，重拾那些青春的記憶碎片。第一篇，就從相愛(ài)相殺過(guò)的線控制動(dòng)回憶起。 ?

什么是線控制動(dòng)

線控修飾的是制動(dòng)，欲知線控須先講制動(dòng)。汽車制動(dòng)系統(tǒng)的作用無(wú)需贅言：（1）可以讓行駛中的汽車以適當(dāng)?shù)臏p速度減速行駛直至停車；（2）可以讓下坡行駛的汽車保持適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定車速；（3）可以讓靜止的汽車可靠地停在原地或坡道上。 ? 按照上述作用來(lái)劃分，汽車制動(dòng)系統(tǒng)主要分為駐車制動(dòng)系統(tǒng)（實(shí)現(xiàn)第三條作用）和行車制動(dòng)系統(tǒng)（實(shí)現(xiàn)前兩條作用）。駐車制動(dòng)系統(tǒng)的江湖已被電子手剎(Electrical Park Brake，EPB)所統(tǒng)一，短時(shí)間內(nèi)估計(jì)無(wú)人能撼動(dòng)其地位。行車制動(dòng)系統(tǒng)就比較熱鬧，電動(dòng)化和智能化口號(hào)沒(méi)喊之前，機(jī)械液壓制動(dòng)系統(tǒng)處于絕對(duì)的統(tǒng)治地位，占據(jù)大概99%的乘用車市場(chǎng)份額。而電動(dòng)化和智能化口號(hào)開(kāi)始吶喊之后，線控制動(dòng)系統(tǒng)登上舞臺(tái)，如今已經(jīng)被確立為行車制動(dòng)江湖中的下一任盟主。 ? 線控制動(dòng)系統(tǒng)按照結(jié)構(gòu)的不同，又可分為電子液壓制動(dòng)(Electro-Hydraulic Brake，EHB)系統(tǒng)和電子機(jī)械制動(dòng)(Electro-Mechanical Brake，EMB)系統(tǒng)兩類。下面我們展開(kāi)介紹上文提到的幾種制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)。 ? 一、機(jī)械液壓制動(dòng)系統(tǒng) ? 一個(gè)典型的純機(jī)械液壓制動(dòng)系統(tǒng)主要由制動(dòng)踏板、真空助力器、制動(dòng)主缸、制動(dòng)輪缸等組成，如下圖所示。 ?

（圖片來(lái)源：https://www.xinjianglink.com/index.php/sjzj/5255.html） ? 這其中的定海神針?lè)钦婵罩ζ髂獙?，真空助力器位于制?dòng)踏板的后方，通過(guò)膜片隔出兩個(gè)腔，前腔連接標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(0.101MPa)，后腔連接發(fā)送機(jī)進(jìn)氣歧管的負(fù)壓(0.05～0.07MPa)。作用就是通過(guò)前后腔的氣壓差，來(lái)將制動(dòng)踏板的輸入力放大，從而實(shí)現(xiàn)以小博大、杠桿撬起地球的效果。寫(xiě)到這塊不禁產(chǎn)生了一絲感嘆，推動(dòng)汽車百年文明發(fā)展的不就是這些看似平平無(wú)奇，但又巧奪天工的發(fā)明嗎！ ? 如下圖所示，制動(dòng)過(guò)程中，駕駛員踩下制動(dòng)踏板，在真空助力器的作用下，推動(dòng)制動(dòng)主缸里的活塞移動(dòng)，并將液壓力通過(guò)制動(dòng)管路傳遞給各制動(dòng)輪缸，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)摩擦片壓向制動(dòng)盤。在液壓壓強(qiáng)一定的情況下，由于制動(dòng)輪缸受力面積大，由壓力=壓強(qiáng)x受力面積可知，其表面將產(chǎn)生足夠大的制動(dòng)壓力。 ?

（圖片來(lái)源：https://www.xchuxing.com/article/48019） ? 當(dāng)然，現(xiàn)在機(jī)械液壓制動(dòng)系統(tǒng)一般還會(huì)通過(guò)增加傳感器、控制器、制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器等部件來(lái)實(shí)現(xiàn)常用的ABS/ESP的功能。 ?

二、電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)

? 但是汽車的電動(dòng)化打破了這一平衡，電動(dòng)汽車由于沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)，機(jī)械液壓制動(dòng)系統(tǒng)中的真空助力器便沒(méi)有了負(fù)壓的源頭。如果繼續(xù)采用真空助力器，那么就必須額外增加一套電子真空泵(Electronic Vacuum Pump，EVP)，來(lái)提供真空助力器的負(fù)壓。這對(duì)成本、體積、重量三重敏感的乘用車主機(jī)廠來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)直是個(gè)噩耗。 ? 同時(shí)為了提高電動(dòng)汽車的續(xù)航里程，工程師無(wú)所不用其極，制動(dòng)系統(tǒng)也未能幸免于難。燃油車時(shí)代，工程師只能眼見(jiàn)制動(dòng)能量通過(guò)摩擦發(fā)熱浪費(fèi)掉，有一種眼看他起高樓、眼看他宴賓客、眼看他樓塌了的無(wú)可奈何。但是到了電動(dòng)車時(shí)代，制動(dòng)減速時(shí)可以通過(guò)反拖電機(jī)來(lái)進(jìn)行能量回收，做到發(fā)電減速兩不誤。 ? 另一方面，輔助駕駛和自動(dòng)駕駛抱著解放人類雙手雙腳的偉大理想而奮發(fā)前進(jìn)，而其理想得以實(shí)現(xiàn)的前提條件之一就是需要有一套制動(dòng)系統(tǒng)不僅可以聽(tīng)制動(dòng)踏板的差遣，也可以隨時(shí)聽(tīng)候智駕域控制器的指揮，也就是制動(dòng)系統(tǒng)需要具有主動(dòng)制動(dòng)的能力。 ? 而在主動(dòng)制動(dòng)的時(shí)候，L3~L5級(jí)別的自動(dòng)駕駛具有一個(gè)無(wú)情的計(jì)算大腦，時(shí)刻在根據(jù)感知到的外界環(huán)境的變化，做出精準(zhǔn)的決策規(guī)劃，如果這時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不能及時(shí)精準(zhǔn)的響應(yīng)，則會(huì)表現(xiàn)一種手腳不聽(tīng)使喚的癥狀。所以為了達(dá)到和自動(dòng)駕駛大腦的高度協(xié)同，還要求制動(dòng)系統(tǒng)這只腳具有更快速的響應(yīng)和更精準(zhǔn)的走位。 ? 在這樣的背景下，傳統(tǒng)巨頭Tier1都開(kāi)始了下一代制動(dòng)系統(tǒng)的布局和研發(fā)，以便可以在未來(lái)幾十年時(shí)間繼續(xù)在自己的強(qiáng)勢(shì)領(lǐng)域收割一茬茬新的韭菜，坐享漁翁之利。傳統(tǒng)巨頭Tier1也不負(fù)眾望，經(jīng)過(guò)最近這十來(lái)年的努力，均有了EHB的量產(chǎn)產(chǎn)品。如Bosch的IPB、ZF TRW的IBC、Continental的MK C1、日立的E-ACT等。 ? EHB系統(tǒng)是電控+液壓制動(dòng)的混合體，目前各家方案略有不同，包括制動(dòng)踏板是部分解耦還是完全解耦，助力方式是高壓蓄能器間接型還是純電機(jī)直接型。但是制動(dòng)原理基本一致，都是在駕駛員踩下制動(dòng)踏板后，踏板傳感器將力和位移信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)送入電控單元。電控單元結(jié)合整車其他信息，計(jì)算出需要的助力大小，并利用助力機(jī)構(gòu)施加助力，產(chǎn)生和真空助力器相同的功能。 ? 同時(shí)會(huì)計(jì)算模擬一個(gè)反饋力給到剎車踏板，用以模擬駕駛員真實(shí)的制動(dòng)效果。部分廠家EHB產(chǎn)品還保留了傳統(tǒng)的機(jī)械液壓制動(dòng)系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)安全冗余。在EHB系統(tǒng)失效時(shí)，駕駛員可通過(guò)大力踩剎車進(jìn)入傳統(tǒng)機(jī)械液壓制動(dòng)模式。 ? Bosch在線控制動(dòng)領(lǐng)域毫無(wú)意外的又充當(dāng)了無(wú)情的超級(jí)韭菜收割機(jī)，根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)研數(shù)據(jù)，2020年博世占全球線控制動(dòng)產(chǎn)品份額65%以上，大陸、采埃孚分別為23%、8%。在Bosch線控產(chǎn)品矩陣?yán)?，ibooster+ESP的Two-box方案應(yīng)用最廣。2016年發(fā)布的二代產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)在150毫秒（機(jī)械液壓制動(dòng)：300~500ms）內(nèi)傳導(dǎo)制動(dòng)壓力、100%制動(dòng)能量回收，同時(shí)ibooster與ESP還互為制動(dòng)冗余。 ? 2020年Bosch量產(chǎn)了集ESP+ibooster一體的One-box產(chǎn)品IPB，體積更小、成本更低。配合其RBU（Redundant Brake Unit，剎車冗余），最高支持L4自動(dòng)駕駛。如此一來(lái)，Bosch便完成iBooster在L2，IPB在L3/L4的完整線控制動(dòng)布局，國(guó)內(nèi)廠商的突圍之路依舊任重而道遠(yuǎn)。 ?

（Bosch IPB，圖片來(lái)源：https://www.bosch-mobility-solutions.com/en/solutions/driving-safety/integrated-power-brake/）

? 三、電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)

? EHB系統(tǒng)其實(shí)不能算是嚴(yán)格意義上的線控制動(dòng)系統(tǒng)，它僅是將制動(dòng)踏板與助力器之間的機(jī)械連接替換為電信號(hào)連接，但是助力器到輪邊制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間制動(dòng)力傳遞依舊是傳統(tǒng)的液壓方案。而嚴(yán)格意義上的線控制動(dòng)系統(tǒng)，是指制動(dòng)踏板到輪邊制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間全部由電信號(hào)連接，這也就是制動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域的璀璨明珠——EMB系統(tǒng)。 ? EMB系統(tǒng)的一種典型裝車方案如下圖所示。主要包括模擬電子踏板，四套（兩兩互為冗余）EMB機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)、四個(gè)輪速傳感器、兩個(gè)控制單元（ECU，互為冗余）及兩套供電系統(tǒng)等組成，部件之間通過(guò) CAN 總線或其他時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò)通信。 ?

? 模擬電子踏板一方面采集制動(dòng)踏板被踩下的力信號(hào)和位移信號(hào)，發(fā)送給ECU；另一方面提供一定的反饋力給駕駛員，以模擬真實(shí)的路感。 ? EMB機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)是整個(gè)EMB系統(tǒng)的機(jī)械核心部分，每一套機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)都包括自己的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（電機(jī)）、減速增力機(jī)構(gòu)（力放大）、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)（旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)直線運(yùn)動(dòng)）、制動(dòng)鉗體、制動(dòng)墊塊等組成。 ? EUC是整個(gè)EMB系統(tǒng)的控制核心部分，EMB系統(tǒng)的整體性能直接取決于控制單元中算法性能的好壞。 ? 制動(dòng)過(guò)程中，駕駛員踩下模擬電子踏板，ECU通過(guò)分析各路傳感器信號(hào)，并根據(jù)車輛當(dāng)前行駛狀態(tài)以及路面狀態(tài)計(jì)算出每個(gè)車輪制動(dòng)時(shí)不抱死所需的最佳制動(dòng)力，并發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)給電機(jī)控制器，電機(jī)產(chǎn)生的力矩經(jīng)過(guò)減速增力機(jī)構(gòu)以及運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)后，將最終的制動(dòng)力矩施加在制動(dòng)盤上。 ? 在這套方案中，每個(gè)車輪處都安裝有一套可獨(dú)立控制的 EMB機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通常前輪的兩個(gè)EMB機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)和后輪的兩個(gè)EMB機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)各有一套獨(dú)立的供電系統(tǒng)和控制單元。這樣可以保證在一套供電系統(tǒng)或控制單元失效時(shí)，另一套供電系統(tǒng)或控制單元仍可完成基本的制動(dòng)功能，以防止危險(xiǎn)事故地發(fā)生。同時(shí)兩個(gè)控制單元之間可以通過(guò)CAN總線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)及時(shí)相互通信，實(shí)現(xiàn)故障診斷功能。 ?

EMB系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用前景

? EMB作為制動(dòng)領(lǐng)域人人都追逐的“鐵王座”，與傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)相比，EMB系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢(shì)： ? （1）EMB系統(tǒng)去掉了冗雜的液壓管路及液壓元件，降低了車輛整備質(zhì)量；機(jī)械連接少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置方便；采用模塊化結(jié)構(gòu)，易于裝配與維修。 ? （2）EMB系統(tǒng)可以與汽車其它電控系統(tǒng)共享輪速傳感器、ECU等硬件。因此，通過(guò)修改 ECU中的軟件程序，易于實(shí)現(xiàn) ABS、TCS（牽引力控制系統(tǒng)）、ESP（電子穩(wěn)定性程序）等復(fù)雜電控功能。并且易于匹配安裝有制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的電動(dòng)汽車。 ? （3）EMB系統(tǒng)采用電信號(hào)傳遞控制信號(hào)以及能量，因此響應(yīng)迅速，加上其機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)反應(yīng)靈敏，EMB系統(tǒng)能極大地提高車輛的制動(dòng)效能。 ? （4）EMB系統(tǒng)采用的模擬電子踏板，能有效避免ABS介入時(shí)的打腳現(xiàn)象。 ? （5）EMB系統(tǒng)中沒(méi)有制動(dòng)液，避免了因制動(dòng)液泄漏而帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題。 ? 然而，在EMB系統(tǒng)的應(yīng)用道路上，還存在著一些亟需克服的難題： ? （1）由于車載電子設(shè)備的增加，汽車電力系統(tǒng)已趨于飽和，而EMB系統(tǒng)的原理決定了其制動(dòng)力地產(chǎn)生需要消耗大量的電能，目前車載12V電源已無(wú)法滿足EMB系統(tǒng)的需要。因此，車載48V電源的技術(shù)成為 EMB系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵。 ? （2）在制動(dòng)過(guò)程中，EMB執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)需要工作在大電流堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下，并且需要在各種惡劣工況下安全可靠地提供制動(dòng)力矩，這對(duì)電機(jī)的設(shè)計(jì)、制造、控制來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。 ? （3）從現(xiàn)有專利中公布的EMB系統(tǒng)機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)看，大都機(jī)械零件繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。如何設(shè)計(jì)一款結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、體積小巧并能有效可靠地傳遞足夠大的制動(dòng)力矩的EMB機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是EMB系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵。 ? （4）隨著高性能電機(jī)、ECU、傳感器等各種硬件設(shè)備地增加，整車成本勢(shì)必提高。如何降低EMB系統(tǒng)成本，成為EMB系統(tǒng)應(yīng)用道路上不能忽視的問(wèn)題。 ? 由以上我們可以看出，汽車EMB系統(tǒng)雖然有著廣闊的應(yīng)用前景以及傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)無(wú)法企及的優(yōu)勢(shì)，但是其自身也面臨著一些亟需解決的問(wèn)題。只有解決了一些制約EMB系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵性問(wèn)題，EMB系統(tǒng)的應(yīng)用道路才能越走越遠(yuǎn)。 ?

寫(xiě)在最后

? 國(guó)內(nèi)可以提供L4自動(dòng)駕駛解放方案的公司不能說(shuō)多如牛毛，但也稱得上遍地開(kāi)花；國(guó)內(nèi)可以提供線控制動(dòng)解決方案的公司不能說(shuō)九牛一毛，但也稱得上屈指可數(shù)。既然線控制動(dòng)是未來(lái)自動(dòng)駕駛的剛需，國(guó)內(nèi)為何很少有初創(chuàng)公司立志攻破此機(jī)電產(chǎn)品壁壘？而大都選擇了輕裝上陣的提供代碼解決方案？ ? 無(wú)論以后汽車上有幾億行代碼，無(wú)論汽車被賦予什么的功能屬性，這一切的基礎(chǔ)都是組成汽車的那一萬(wàn)多個(gè)零件。歷史也證明，供應(yīng)商無(wú)論在哪一個(gè)零件上掌握點(diǎn)核心技術(shù)，不會(huì)讓你大富大貴，但足以保證小康水平。百年汽車，要想玩的明白，還是需要一點(diǎn)沉淀，一點(diǎn)耐心的。 ? ?

03

線控制動(dòng)，一位忠于自動(dòng)駕駛且身手敏捷的“保鏢”

接下來(lái)，我就來(lái)挖掘下線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的花邊新聞，科普一下內(nèi)卷同事的硬核知識(shí)。

傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在各大學(xué)《汽車構(gòu)造》這本書(shū)中的定義大致如下：用來(lái)改變或者恢復(fù)汽車行駛方向的專設(shè)機(jī)構(gòu)，保證汽車能按駕駛員的意愿進(jìn)行直線或轉(zhuǎn)向行駛。但在輔助駕駛和自動(dòng)駕駛?cè)肭趾?，后半句可能要改成“保證汽車能按駕駛員的意愿或智駕域控制器的意愿進(jìn)行直線或轉(zhuǎn)向行駛”。 ? 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也如汽車制動(dòng)系統(tǒng)一樣，做大做強(qiáng)之后開(kāi)始招聘行政秘書(shū)來(lái)分擔(dān)日常工作，行政秘書(shū)的要求也由踏實(shí)穩(wěn)重變成機(jī)靈活潑?；谶@個(gè)套路，經(jīng)過(guò)上百年的緩慢演進(jìn)，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由無(wú)助力的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（MS）逐漸發(fā)展出有助力的機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS，Hydraulic Power Steering）、電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS，Electro Hydraulic Power Steering）和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS，Electric Power Steering）三種動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 ? MS已經(jīng)功成身退，但它的原理永遠(yuǎn)回蕩在車輛工程專業(yè)的課堂中，它的優(yōu)秀代表也順利進(jìn)入大小汽車博物館供后人參觀。HPS、EHPS、EPS作為動(dòng)力轉(zhuǎn)系統(tǒng)的三杰，因各有千秋，截至當(dāng)前，誰(shuí)都沒(méi)能消滅誰(shuí)，一同活躍在各自合適的舞臺(tái)。HPS和EHPS由于動(dòng)力十足、價(jià)格低廉，一同統(tǒng)治著商用車的江山。EPS由于體積小、耗電少、輕便靈活，是乘用車市場(chǎng)的土皇帝。 ? 下文我們逐一對(duì)上述四種汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。 ?

一、機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（MS）

? MS可以稱得上是汽車轉(zhuǎn)向帝國(guó)的開(kāi)國(guó)將軍，在20世紀(jì)50年代動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)成熟之前，一直承擔(dān)著汽車帝國(guó)的開(kāi)疆拓土。在MS中，轉(zhuǎn)向輪所需要的力必須全部由駕駛員通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤來(lái)提供，中間所有傳遞力的構(gòu)件都是機(jī)械的。 ? 下圖是古董級(jí)的紅旗CA7220橋車上的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，是大學(xué)《汽車構(gòu)造》課本里的常駐嘉賓，雖說(shuō)僅代表一種機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但對(duì)理解轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理足矣。由下圖看出，MS主要由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成。 ?

(圖片來(lái)源網(wǎng)絡(luò)) ? （1）轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)。和駕駛員接觸最親密的部分，主要由方向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向管柱等組成，主要作用是將駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的力傳遞給轉(zhuǎn)向器。 ? （2）轉(zhuǎn)向器。將轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)傳遞過(guò)來(lái)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)承擔(dān)著減速增扭的作用。轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)五花八門，經(jīng)典結(jié)構(gòu)有齒輪齒條式、循環(huán)球式和蝸桿滾輪式，哥仨占據(jù)轉(zhuǎn)向器市場(chǎng)90%以上的份額。 ? 我就拿最簡(jiǎn)單的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器舉例，來(lái)簡(jiǎn)單說(shuō)明下轉(zhuǎn)向器的原理。如下圖所示，轉(zhuǎn)向操作機(jī)構(gòu)帶動(dòng)上面齒輪旋轉(zhuǎn)，上面旋轉(zhuǎn)齒輪帶動(dòng)下面齒條左右移動(dòng)，就是這么一個(gè)簡(jiǎn)單原理。雖看著賊簡(jiǎn)單，但針對(duì)某一款車進(jìn)行齒輪齒條轉(zhuǎn)向器參數(shù)設(shè)計(jì)，可是車輛工程專業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)繞不過(guò)去的難題。 ?

(圖片來(lái)源網(wǎng)絡(luò)) ? （3）轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要包括轉(zhuǎn)向橫拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂等組成，作用是將轉(zhuǎn)向器輸出的力和運(yùn)動(dòng)傳到轉(zhuǎn)向橋兩側(cè)的轉(zhuǎn)向節(jié)，驅(qū)動(dòng)兩側(cè)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，且使兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角按一定關(guān)系變化，以保證汽車轉(zhuǎn)向時(shí)車輪與地面的相對(duì)滑動(dòng)盡可能小。 ? MS飽受詬病的最大缺點(diǎn)就是費(fèi)力，而且路況越復(fù)雜，轉(zhuǎn)向越費(fèi)力，這可能也是那個(gè)年代女司機(jī)非常少的原因之一。 ?

二、機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）

? HPS是最早被應(yīng)用的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，誕生于1902年，比第一輛汽車發(fā)明的時(shí)間1886年，僅晚了十幾年，由此可見(jiàn)，省力的訴求自汽車誕生之初便被提了出來(lái)。但直到1951年，克萊斯勒才將驗(yàn)證充分、成熟可靠的HPS作為選配裝置裝配在其Imperial車系上。半個(gè)世紀(jì)的打磨，一代汽車人青絲變白發(fā)。 ? HPS在MS的基礎(chǔ)上主要增加液壓助力泵、油壺等助力裝置，其中液壓助力泵直接與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出相連。在轉(zhuǎn)向過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)輸出部分動(dòng)力驅(qū)動(dòng)助力泵給液壓油加壓，再由液壓油將動(dòng)力傳遞給轉(zhuǎn)向助力裝置，為駕駛員提供助力。這與機(jī)械液壓制動(dòng)利用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管的負(fù)壓有異曲同工之妙，難怪發(fā)動(dòng)機(jī)被稱為汽車的“心臟”，轉(zhuǎn)向、制動(dòng)全與其息息相關(guān)。

(圖片來(lái)源網(wǎng)絡(luò)) ? 優(yōu)點(diǎn)：方向盤與轉(zhuǎn)向輪之間全部機(jī)械連接，不僅操控精準(zhǔn)、而且路感反饋清晰；轉(zhuǎn)向助力的動(dòng)力源頭為發(fā)動(dòng)機(jī)，因此可以利用的轉(zhuǎn)向動(dòng)力澎湃且源源不斷；技術(shù)成熟，可靠性高，即使助力系統(tǒng)失效，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)依然可以依靠機(jī)械連接進(jìn)行無(wú)助力轉(zhuǎn)向。難怪即使在今天，還是商用車領(lǐng)域的“寵兒”。 ? 缺點(diǎn)：只要發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，無(wú)論車是否轉(zhuǎn)向，發(fā)動(dòng)機(jī)都帶著液壓助力泵玩，做了很多無(wú)用功，整體能耗較高；復(fù)雜的液壓管路結(jié)構(gòu)、繁多的油液控制閥門，導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，裝配空間要求較大；整套油路經(jīng)常保持高壓狀態(tài)，壽命會(huì)受到影響，且存在液壓油泄漏而污染環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。 ?

三、電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）

? EHPS是基于HPS升級(jí)而來(lái)，基本轉(zhuǎn)向原理類似于HPS，主要升級(jí)的是HPS源源不斷消耗發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的問(wèn)題。在EHPS中，液壓助力泵不再使用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，而是由新增的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。電控單元收集輪速傳感器等數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)綜合處理后控制液壓閥的開(kāi)啟程度來(lái)改變油液壓力，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力力度的大小調(diào)節(jié)。 ? 優(yōu)點(diǎn)：繼承了HPS操控精準(zhǔn)、路感反饋清晰的優(yōu)勢(shì)；與HPS相比，大幅降低了能耗；且轉(zhuǎn)向助力可以根據(jù)轉(zhuǎn)角、車速等參數(shù)自行調(diào)節(jié)，反應(yīng)更加靈敏。 ? 缺點(diǎn)：增加了較多的電子單元，導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜度增加，成本略有上升，可靠性不如HPS；且液壓油泄漏的問(wèn)題依舊存在。 ? 四、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS） ? EPS是目前乘用車上應(yīng)用最廣泛的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。EPS完全拋棄時(shí)不時(shí)來(lái)個(gè)液壓油小泄露從而污染環(huán)境的液壓系統(tǒng)，完全改由電機(jī)提供轉(zhuǎn)向助力。 ? EPS主要由力矩傳感器、EPS控制單元、帶有電機(jī)位置傳感器的電機(jī)、減速器、轉(zhuǎn)向器等組成，下圖展示了一種典型EPS結(jié)構(gòu)。 ?

（圖片來(lái)源：https://mp.weixin.qq.com/s/Klw_WwtyTg26RUZmrH2WdA） ? 轉(zhuǎn)向過(guò)程中，駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的力矩大小，轉(zhuǎn)向柱、轉(zhuǎn)向齒輪和轉(zhuǎn)向輪的準(zhǔn)確位置都被傳感器采集并傳輸至EPS控制單元，EPS控制單元經(jīng)過(guò)汗流浹背的運(yùn)算后，得出需要施加多大的助力。并啟動(dòng)和控制電動(dòng)機(jī)來(lái)幫助轉(zhuǎn)向柱或轉(zhuǎn)向齒輪隨著方向盤的轉(zhuǎn)速而更快地轉(zhuǎn)動(dòng)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力。 ? EPS還會(huì)結(jié)合輪速傳感器信號(hào)，以便在低速行駛時(shí)提供較大的轉(zhuǎn)向助力，在高速行駛時(shí)則會(huì)減少轉(zhuǎn)向助力。 ? EPS有兩種實(shí)現(xiàn)方式，一種是對(duì)轉(zhuǎn)向柱施加助力，是將助力電機(jī)經(jīng)減速增扭后直接連接在轉(zhuǎn)向柱上，電機(jī)輸出的輔助扭矩直接施加在轉(zhuǎn)向柱上，相當(dāng)于電機(jī)直接幫助我們轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤。另一種是對(duì)轉(zhuǎn)向拉桿施加助力，是將助力電機(jī)安裝在轉(zhuǎn)向拉桿上，直接用助力電機(jī)推動(dòng)拉桿使車輪轉(zhuǎn)向。后者結(jié)構(gòu)更為緊湊、便于布置，目前使用比較廣泛。 ? 優(yōu)點(diǎn)：只在轉(zhuǎn)向過(guò)程消耗電力，整體能耗較低；可以很輕易地實(shí)現(xiàn)助力效果與車速相匹配，能夠兼顧低速時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時(shí)的操縱穩(wěn)定性，回正性能好；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，易于布置，易于裝配，易于維修；徹底解決了液壓油泄漏問(wèn)題，順應(yīng)了“碳中和”的潮流。 ? 缺點(diǎn)：依靠控制單元模擬轉(zhuǎn)向手感和力度，會(huì)因此損失部分路感；電子部件較多，系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性總體不如機(jī)械部件。 ?

小結(jié)：這些機(jī)械系統(tǒng)在進(jìn)化的過(guò)程中，優(yōu)化了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力傳遞特性，為轉(zhuǎn)向控制提供了助力，提升了汽車的操縱穩(wěn)定性和平順性。但是，受限于機(jī)械結(jié)構(gòu)，它們無(wú)法改變轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角傳遞特性，即汽車的轉(zhuǎn)向特性，因此難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛所要求的主動(dòng)控制。

? 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng) ?（SBW）

輔助駕駛和自動(dòng)駕駛的入侵，打破了動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)建立的圍墻。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)不能只聽(tīng)方向盤的指揮，還需要能夠隨時(shí)聽(tīng)從智駕域控制器中算法的安排。駕駛員操作和轉(zhuǎn)向執(zhí)行器解耦成為傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)下一步升級(jí)不得不克服的難題。 ? 另一方面，算法基于環(huán)境感知給出對(duì)轉(zhuǎn)向更細(xì)膩的控制策略，如果執(zhí)行結(jié)構(gòu)響應(yīng)不夠及時(shí)，控制精度不夠準(zhǔn)確，那么整車轉(zhuǎn)向過(guò)程會(huì)有一種心有余而力不足的挫敗感。而這種心有余而力不足在緊急轉(zhuǎn)向情況下將會(huì)被無(wú)限放大，成為影響駕乘人員的生命安全問(wèn)題。 ? 基于以上際遇，一種可以響應(yīng)算法安排、響應(yīng)時(shí)間更短、轉(zhuǎn)向更加準(zhǔn)確的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SBW，Steering-By-Wire System）快速走紅。在SBW中，轉(zhuǎn)向力矩完全依靠轉(zhuǎn)向執(zhí)行器來(lái)輸出，而控制指令既可以來(lái)自方向盤傳感器輸出的電信號(hào)，也可以來(lái)自智駕域控制器算法輸出的電信號(hào)，深刻詮釋了有奶便是娘的含義。 ? 而在SBW走紅之前，其實(shí)他已經(jīng)默默成長(zhǎng)了半個(gè)多世紀(jì)。20世紀(jì)50年代時(shí)，美國(guó)TRW公司提出了SBW的概念，但受限于電子控制技術(shù)，直到20世紀(jì)90年代，SBW技術(shù)才有了較大突破，各種汽車展會(huì)上開(kāi)始出現(xiàn)了一些采用SBW的概念車。 ? 高光時(shí)刻是在2014年，英菲尼迪的Q50上裝配了和Koyaba合作研發(fā)的線控主動(dòng)轉(zhuǎn)向（Direct Adaptive Steering，DAS），成為第1款應(yīng)用線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的量產(chǎn)車型，每篇SBW介紹文章都不得不提的時(shí)間、地點(diǎn)和事件。但是Q50的線控轉(zhuǎn)向并沒(méi)有獲得市場(chǎng)歡迎，甚至在初期還發(fā)生過(guò)多次缺陷召回，可以說(shuō)不僅是先驅(qū)，還是先烈。 ?

? ?該線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由路感反饋總成、轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)和3個(gè)電控單元組成，其中雙轉(zhuǎn)向電機(jī)的電控單元互相實(shí)現(xiàn)備份，可保證系統(tǒng)的冗余性能，轉(zhuǎn)向柱與轉(zhuǎn)向機(jī)間的離合器能夠在線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)接合，保證緊急工況下依然可實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛轉(zhuǎn)向的機(jī)械操縱。 ? 而最近上市的豐田bZ4X純電動(dòng)車型搭載線控轉(zhuǎn)向則可以說(shuō)意義重大。因?yàn)樗状卧诹慨a(chǎn)車型中完全取消了方向盤和轉(zhuǎn)向軸之間的機(jī)械連接，同時(shí)它也會(huì)隨著豐田的純電動(dòng)整車平臺(tái)迅速在集團(tuán)內(nèi)的多款車型上大面積推廣應(yīng)用。 ? SBW最顯著的特征就是解雇了轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向執(zhí)行器之間笨重但忠誠(chéng)可靠的機(jī)械連接先生，聘任了靈巧但不夠穩(wěn)重的電信號(hào)姑娘來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向信息的傳遞和控制，整套系統(tǒng)主要由路感反饋總成、轉(zhuǎn)向執(zhí)行總成、控制器以及相關(guān)傳感器組成。 ? （1）路感反饋總成。主要包括轉(zhuǎn)向盤、路感電機(jī)、減速器和扭矩轉(zhuǎn)角傳感器。驅(qū)動(dòng)路感電機(jī)實(shí)現(xiàn)控制器給出的反饋力矩指令，對(duì)駕駛員施加合適的路感。 ? （2）轉(zhuǎn)向執(zhí)行總成。主要由轉(zhuǎn)向電機(jī)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向拉桿等部件組成。該部分工作原理為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向電機(jī)快速、準(zhǔn)確地執(zhí)行控制器給出的轉(zhuǎn)向角指令，實(shí)現(xiàn)車輛的轉(zhuǎn)向功能。 ? （3）線控轉(zhuǎn)向控制器。功能包括路感反饋控制策略和線控轉(zhuǎn)向執(zhí)行控制策略。路感反饋控制策略根據(jù)駕駛意圖、車輛狀況與路況，過(guò)濾不必要的振動(dòng)，實(shí)時(shí)輸出路感反饋力矩指令。線控轉(zhuǎn)向執(zhí)行控制策略依據(jù)車輛運(yùn)動(dòng)控制準(zhǔn)則，提供良好的操縱穩(wěn)定性，實(shí)時(shí)輸出車輪轉(zhuǎn)向角指令?？紤]到可靠性，保證車輛在任何工況下均不失去轉(zhuǎn)向能力，線控轉(zhuǎn)向執(zhí)行控制的冗余防錯(cuò)功能至關(guān)重要。 ? 優(yōu)點(diǎn)：采用電機(jī)直接控制車輛轉(zhuǎn)向，使其更容易與車輛其他主動(dòng)安全控制子系統(tǒng)進(jìn)行通訊和集成控制，可以為自動(dòng)駕駛汽車實(shí)現(xiàn)自主轉(zhuǎn)向提供了良好的硬件基礎(chǔ)。由于不受機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，可以實(shí)現(xiàn)理論上的任意轉(zhuǎn)向意圖，增大了轉(zhuǎn)向力傳遞特性和角傳遞特性的設(shè)計(jì)自由度，更方便與自動(dòng)駕駛其它子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成，在改善汽車主動(dòng)安全性能、駕駛特性、操縱性以及駕駛員路感方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。 ? 缺點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)性可能并不會(huì)更好，因?yàn)榫€控需要部署冗余裝置。其次安全性可能有所降低，畢竟機(jī)械連接在人們的心目中還是更安全的存在。 ? 寫(xiě)在最后 線控轉(zhuǎn)向和線控制動(dòng)作為高級(jí)別制動(dòng)駕駛的基石，必將于無(wú)聲處聽(tīng)驚雷，必將成為自動(dòng)駕駛崛起路上的左臂右膀。??

04、線控懸架，可甜可鹽也遭“嫌”

2022年6月21日，理想L9發(fā)布，標(biāo)配的自研自適應(yīng)空氣懸架系統(tǒng)，讓車身高低調(diào)節(jié)范圍達(dá)到了80毫米。這套空氣懸架系統(tǒng)可以在高速行駛時(shí)自動(dòng)降低車身來(lái)節(jié)省能耗，提升操控性。在停車的時(shí)候，可以更大幅度地降低車高，讓老人和孩子便捷地上下車。 ? 李想本人在發(fā)布會(huì)上也是不吝贊美：“放心好了，L9的懸架表現(xiàn)在500萬(wàn)以內(nèi)的全尺寸SUV里沒(méi)對(duì)手。包含舒適性、穩(wěn)定性、操控性全面勝出，甚至連解決暈車的能力都是最好的。” ? 2022年7月16日，理想L9全國(guó)試駕首日，一臺(tái)重慶門店的試駕車在通過(guò)路面坑洞后，空氣懸架系統(tǒng)內(nèi)的氣腔發(fā)生破裂泄漏，最終導(dǎo)致車輛空氣懸掛系統(tǒng)故障，使得車輛無(wú)法正常行駛。理想的公關(guān)回應(yīng)是：“車速90km/h的狀態(tài)過(guò)了一個(gè)20厘米深度的坑，導(dǎo)致空氣彈簧內(nèi)的緩沖環(huán)破損；試駕車用的緩沖環(huán)不是量產(chǎn)狀態(tài)的零件，量產(chǎn)版的強(qiáng)度是這個(gè)的2.5倍”。 ? 本來(lái)車輛上的各種“斷”大家已習(xí)以為常，但是上述忽悠消費(fèi)者、欺侮圈內(nèi)人的公關(guān)言論迅速收獲了一眾質(zhì)疑。小米汽車胡崢楠親自下場(chǎng)手撕：“現(xiàn)在做汽車行業(yè)公關(guān)的同學(xué)真的是要好好補(bǔ)補(bǔ)專業(yè)課，否則說(shuō)出來(lái)的話不是在滅火，而是變向抹黑。20厘米什么概念，您的離地間隙也沒(méi)這么大吧，正常人會(huì)對(duì)著20厘米的坑高速行進(jìn)嗎？” 扯了這么多，其實(shí)就是想表達(dá)：空氣懸掛作為線控懸掛的一種，雖然和自動(dòng)駕駛沒(méi)有直接的血緣關(guān)系，但是在線控制動(dòng)和線控轉(zhuǎn)向都悉數(shù)亮相后，最近又有這個(gè)熱的話題傍身，我理應(yīng)炒個(gè)冷飯，科普一下線控懸架，并為線控底盤三劍客系列文章做一個(gè)收尾。 ?

定義及組成

? 汽車懸架系統(tǒng)是連接車輪（或車橋）和車架（或車身）的一套傳力連接機(jī)構(gòu)的總稱，是汽車底盤四大系統(tǒng)（傳動(dòng)、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)和懸架）之一。一套經(jīng)典的汽車懸架系統(tǒng)主要包括彈性元件、減震器、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)（縱拉桿、橫拉桿等）和橫向穩(wěn)定器等組成，如圖1所示。 ?

圖1 懸架系統(tǒng)組成（圖片來(lái)源：TheMustangSource.com） ? （1）彈性元件：作為一種儲(chǔ)能元件，主要用來(lái)直接支撐車架以及緩沖來(lái)自路面的沖擊。剛度是衡量懸架抵抗變形能力的一種量度，等于懸架承受的載荷與該載荷引起的懸架的變形的比值。形式上分為剛度不可變的被動(dòng)式彈性元件（扭桿彈簧、螺旋彈簧等）以及剛度可實(shí)時(shí)改變的主動(dòng)式彈性元件（空氣彈簧等）。普通轎車最常用的為螺旋彈簧，部分高級(jí)轎車（比如最近上市的理想L9）開(kāi)始使用空氣彈簧。 ? （2）減振器：作為一種耗能元件，通過(guò)抑制彈性元件的來(lái)回?cái)[動(dòng)，來(lái)迅速衰減車架或車身的振動(dòng)，防止車架或車身因彈性元件的伸縮造成反復(fù)顛簸，從而提高乘坐舒適性。阻尼則是懸架能量消耗的一種量度，形式上分為阻尼不可調(diào)的被動(dòng)式減振器（液壓減振器、氣壓減振器）和主動(dòng)式減振器（CDC減振器、MRD減振器等）。普通轎車最常用的為液壓減振器，部分高級(jí)轎車開(kāi)始使用電磁減振器。 ? （3）導(dǎo)向機(jī)構(gòu)（縱拉桿、橫拉桿等）：用于傳遞縱向載荷和橫向載荷，保證車輪相對(duì)于車架或車身的運(yùn)動(dòng)。 ? （4）橫向穩(wěn)定器：也叫防傾桿或平衡拉桿，防止車身在轉(zhuǎn)向等情況下發(fā)生過(guò)大的橫向擺動(dòng)，簡(jiǎn)單講就是防側(cè)傾。

懸架分類

懸架按導(dǎo)向機(jī)構(gòu)不同可以分為獨(dú)立懸架（每一側(cè)車輪都單獨(dú)地通過(guò)彈性元件掛在車身或車架下面）與非獨(dú)立懸架（兩側(cè)的車輪都與一根整體式的車橋連接），按控制形式不同可以分為被動(dòng)式懸架、半主動(dòng)式懸架和主動(dòng)式懸架。本文以后一種方式來(lái)展開(kāi)介紹。半主動(dòng)式懸架及主動(dòng)式懸架均屬于線控懸架（或電控懸架）范疇。

? 一、被動(dòng)式懸架

乘用車領(lǐng)域，市面上最常見(jiàn)的被動(dòng)式懸架多采用螺旋彈簧+液壓減振器的結(jié)構(gòu)形式，如圖2所示。被動(dòng)式懸架在汽車在行駛中無(wú)法依據(jù)路面狀況隨時(shí)調(diào)節(jié)懸架的剛度和阻尼，智商、情商、逆商從出生那一刻起就被寫(xiě)死，不具有可塑性和可造性。如果前期調(diào)教偏操控性，那么舒適性就會(huì)欠佳，如果前期調(diào)教偏舒適性，那么操控性能就會(huì)欠佳，是魚(yú)和熊掌不可兼得的關(guān)系。 ?

圖2 被動(dòng)式懸架結(jié)構(gòu)（圖片來(lái)源：《空氣懸架，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)有望快速增長(zhǎng)》，華泰證券） ? 但是被動(dòng)式懸架的成本低、技術(shù)穩(wěn)定、可靠性高特點(diǎn)而讓其成為絕大多數(shù)平民車型的量產(chǎn)選擇。 ? 二、半主動(dòng)式懸架 ? 半主動(dòng)式懸架，顧名思義，就是部分性能可調(diào)?？梢允遣捎眠B續(xù)阻尼控制減振器（CDC）或磁流體變阻尼控制減振器（MRD）替代傳統(tǒng)減振器而讓?xiě)壹茏枘岽笮∽兊每烧{(diào)，也可以是采用空氣彈簧替代傳統(tǒng)螺旋彈簧讓剛度變得可調(diào)，一種結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。

圖3 半主動(dòng)式懸架結(jié)構(gòu)（資料來(lái)源：《空氣懸架，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)有望快速增長(zhǎng)》，華泰證券） ? （1）CDC ? 連續(xù)阻尼控制減振器（Continuous Damping Control，CDC），是薩克斯（SACHS）開(kāi)發(fā)的一種阻尼力可調(diào)阻尼器。 ? CDC分為內(nèi)外兩個(gè)腔室，里面充滿液壓油。內(nèi)外腔室的油液可以通過(guò)之間的空隙流動(dòng)。而當(dāng)車輪在顛簸時(shí)，減震器內(nèi)的活塞會(huì)在套筒內(nèi)上下移動(dòng)，腔內(nèi)的油液便在活塞的作用力下在內(nèi)外腔室間流動(dòng)。在這個(gè)過(guò)程中，內(nèi)外腔室間小孔的大小決定了減震器的阻尼特性。玩過(guò)針筒的人會(huì)深有體會(huì)，帶針頭和不帶針頭時(shí)，推動(dòng)針筒所需的力是不一樣的。 ? 以CDC為核心，輔以電子控制單元、電磁控制比例閥、車身加速度傳感器、車輪加速度傳感器等法器，便構(gòu)成了一套完整的半主動(dòng)式CDC懸架。CDC懸架阻尼大小的改變就是通過(guò)控制CDC兩個(gè)腔室間小孔的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 ? 電子控制單元首先基于外部輸入數(shù)據(jù)及內(nèi)部算法算出控制信號(hào)，并向CDC懸架中的電磁控制比例閥發(fā)送控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電磁控制比例閥里的閥芯做上、下移動(dòng)。上下移動(dòng)過(guò)程中閥體的節(jié)流面積會(huì)發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)阻尼力的改變。工作原理如動(dòng)圖4所示 ?

圖4 CDC懸架工作原理（圖片來(lái)源：https://mp.weixin.qq.com/s/8kIsiZCt66gtB20aWkboUg） ? （2）MRD ? 磁流體變阻尼控制減振器（Magneto-rheoloical damper，MRD），是通用和德?tīng)柛Ｂ?lián)姻生下的皇子，曾在1999獲得世界一百大科技成果獎(jiǎng)。這位皇子天生怪異，不愛(ài)耍刀、槍、劍、棒，只愛(ài)耍磁流變液(Magneto-rheological Fluid，MRF)，讀起來(lái)都拗口的玩意。 ? 磁流變液主要由磁性微粒懸浮體（直徑3-10μm、高磁導(dǎo)率、低矯頑力）、母液（磁性微粒懸浮的載體，低粘度、高沸點(diǎn)、低凝固點(diǎn)和較高密度）、表面活性劑三部分組成。磁流變液有一種顯著的特性，就是在外加磁場(chǎng)下，可在短時(shí)間內(nèi)（10ms）由低粘度的牛頓流體變?yōu)檎扯容^高的Bingham半固體，外界稱其為磁流變效應(yīng)。磁流變效應(yīng)如動(dòng)圖5所示。 ?

圖5 磁流變效應(yīng)（圖片來(lái)源：https://www.lord.com/products-and-solutions/active-vibration-control/industrial-suspension-systems/how-does-mr-damper-work） ? 如圖6所示，一種MRD結(jié)構(gòu)示意圖。圖中MRD使用精密設(shè)計(jì)的電磁線圈作為活塞，沒(méi)有傳統(tǒng)的卸載閥和單向閥。當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，腔內(nèi)磁流變液受到擠壓后通過(guò)活塞的環(huán)形阻尼通道、常通孔和環(huán)形間隙由壓縮腔流動(dòng)到拉伸腔，活塞向上運(yùn)動(dòng)類似。當(dāng)磁流變液在活塞中阻尼通道中流動(dòng)時(shí)，通過(guò)改變活塞電磁線圈磁場(chǎng)的大小，可以控制磁流變液的流動(dòng)特性（流速越快→減振器越軟→懸架越舒適，反之類似），從而阻尼力大小的控制。 ?

圖6 一種MRD結(jié)構(gòu)示意圖（圖片來(lái)源：https://mp.weixin.qq.com/s/jkjTBQxi_rYrICDncOiiHw） ? 在MRD的身邊，再配上加速度傳感器、控制器及配件等一眾隨從，便構(gòu)成了一套完整的半主動(dòng)式電磁懸架系統(tǒng)。通用率先應(yīng)用，并起名為MRC（Magnetic Ride Control）系統(tǒng)，最可恨的居然還申請(qǐng)了名稱商標(biāo)專利，以至于后面法拉利和奧迪使用時(shí)只能叫做SCM和AMR，徒增了世人理解的難度。 ? MRC可以根據(jù)不同的駕駛需求和當(dāng)前路況進(jìn)行快速響應(yīng)，響應(yīng)時(shí)間高達(dá)1ms，響應(yīng)速度大概是以CDC為核心的半主動(dòng)式懸架（響應(yīng)時(shí)間為10ms）的十倍。這樣的特點(diǎn)既可以支撐起賽道上刷圈拿好成績(jī)（迅速調(diào)整懸架阻尼值，增強(qiáng)過(guò)彎支撐的效率，減少車身側(cè)傾并提升輪胎側(cè)向的抓地力），也能兼顧日常駕駛時(shí)的操控性和舒適性。 ? 好的代價(jià)就是貴，MRC過(guò)萬(wàn)的價(jià)格，不僅遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)減振器的不到千元，也高于以CDC為核心的減振系統(tǒng)的大幾千元價(jià)格。貴帶來(lái)的系統(tǒng)復(fù)雜，導(dǎo)致故障率居高不下。 ? 發(fā)熱量大導(dǎo)致油封失效帶來(lái)的漏液?jiǎn)栴}；磁流變液的顆粒物雜志堵塞活塞空隙導(dǎo)致性能下降的問(wèn)題；磁流變液本身的環(huán)境問(wèn)題……。 ? （3）空氣彈簧 ? 空氣彈簧是在柔性密閉容器內(nèi)充入惰性氣體或者油氣混合物，利用橡膠氣囊內(nèi)部壓縮空氣的反力作為彈性恢復(fù)力的一種彈性元件，是空氣懸架的核心部件?？諝鈴椈芍饕蓺饽液蜐L動(dòng)活塞組成，氣囊內(nèi)充滿壓縮空氣，活塞連接車橋或集成在懸架支柱上?？諝鈴椈山Y(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示。

圖7 空氣彈簧結(jié)構(gòu)示意圖（圖片來(lái)源：https://www.qcwxjs.com/qicheyuanli/222404.html） ? 空氣彈簧工作時(shí)，氣囊內(nèi)沖入壓縮空氣，形成一個(gè)壓縮空氣柱。載荷量增加時(shí)，彈簧高度降低，氣囊容積減小，有效承載面積加大，從而導(dǎo)致空氣彈簧的剛度增加，承載能力增大；載荷量減小時(shí)，彈簧高度升高，氣囊容積增大，有效承載面積減少，從而導(dǎo)致空氣彈簧的剛度減少，承載能力減小。 ? 因此空氣彈簧在其工作行程內(nèi)具有優(yōu)秀的非線性剛度特性，并且其剛度特性曲線可以根據(jù)整車需求，通過(guò)調(diào)整活塞截型設(shè)計(jì)成理想的剛度曲線。首先可以保證空氣彈簧在標(biāo)準(zhǔn)高度附近具有較低的剛度，提升車輛平穩(wěn)行駛時(shí)駕乘舒適性；同時(shí)在車輪上跳、空氣彈簧壓縮過(guò)程中，空氣彈簧剛度增大，又可以有效抑制路面通過(guò)車輪傳遞給車身的沖擊，防止緩沖塊被擊穿，從而進(jìn)一步提升乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性。 ? 概括下來(lái)就是空氣彈簧在壓縮行程中所需的壓力呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。這就意味著需要更高的壓力來(lái)壓縮接近行程末端的空氣彈簧，從而獲得整體舒適的駕駛體驗(yàn)。如果再加上可改變其內(nèi)部沖氣量的氣泵和泄氣閥，就可以實(shí)現(xiàn)車身高度不隨載荷增減而變化，從而實(shí)現(xiàn)高度自我調(diào)節(jié)。 ? 但是空氣彈簧昂貴的成本以及較高的故障率，讓很多人望而卻步。 ?

三、主動(dòng)式懸架

? 主動(dòng)式懸架，人如其名，非常主動(dòng)，支持剛度和阻尼同時(shí)可調(diào)。主動(dòng)式懸架的優(yōu)秀代表就是目前褒貶不一、處于輿論漩渦的空氣懸架，一種結(jié)構(gòu)形式如圖8所示。 ?

圖8 一種主動(dòng)式懸架結(jié)構(gòu)（資料來(lái)源：《空氣懸架，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)有望快速增長(zhǎng)》，華泰證券） ? 空氣懸架系統(tǒng)主要由空氣泵、電磁閥、空氣彈簧、減振器和電子控制單元構(gòu)成，如圖9所示。電子控制單元分析傳感器的數(shù)據(jù)（車身高度和車身速度傳感器等數(shù)據(jù)），輸出對(duì)懸架的剛度及阻尼大小的控制需求。并通過(guò)空氣泵和電磁閥來(lái)調(diào)整空氣彈簧氣缸里的空氣量和壓力，改變空氣彈簧的硬度和彈性系數(shù)，實(shí)現(xiàn)車身底盤高度調(diào)節(jié)。 ?

圖9 空氣懸架系統(tǒng)組成（圖片來(lái)源：國(guó)海證券） ? 裝配了主動(dòng)式懸架的汽車，可以在如下典型行駛工況，改善汽車行駛平順性和操作穩(wěn)定性： ? （1）在坑洼路面的顛簸路況下，通過(guò)主動(dòng)降低阻尼力，提升車輛乘坐舒適性； （2）在鋪裝路面的平順路況下，通過(guò)主動(dòng)增大阻尼力，提升行駛穩(wěn)定性； （3）低摩擦路面，處于不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，減小減震器的阻尼力輸出，車輛側(cè)向加速度和橫擺速度減少，從而使車輛處于穩(wěn)定； （4）緊急變線時(shí)，遇到前方突發(fā)情況緊急變線時(shí)，阻尼力增大，讓車輛轉(zhuǎn)向更靈活，駕駛更安全； （5）急加減速時(shí)，通過(guò)調(diào)整節(jié)流閥位置產(chǎn)生高阻尼力來(lái)控制車輛俯仰角度，給予最佳車輛駕駛感受。 ? 空氣懸架響應(yīng)更快、 舒適性更高， 廣泛應(yīng)用于豪華品牌車型上。然而結(jié)構(gòu)復(fù)雜的弊端就是壽命不長(zhǎng)（通常只有五年），此外故障率也較高（傳感器故障、氣動(dòng)減震器損壞、連接部件泄漏等），在現(xiàn)在看來(lái)是一種老司機(jī)頭疼的配置。

市場(chǎng)

線控空氣懸架，當(dāng)前技術(shù)已經(jīng)比較成熟，受限于成本目前絕大多數(shù)應(yīng)用于高端車輛。行業(yè)格局穩(wěn)定，且主要是大的零部件供應(yīng)商巨頭在此領(lǐng)域，對(duì)自動(dòng)駕駛的意義不明顯，屬于非關(guān)鍵部件。 ? 國(guó)外Tier1線控懸架布局早，研發(fā)底蘊(yùn)深，且已有量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和配套用戶。德國(guó)威巴克公司、 AMK公司和Continental公司是線控懸架領(lǐng)域全球前三。目前大陸已經(jīng)研發(fā)進(jìn)展到第二代，其集成度相對(duì)于第一代產(chǎn)品有了極大的提高，空間更小，該系統(tǒng)的技術(shù)壁壘比較大。 ? 自主供應(yīng)商目前大多集中于線控懸架的零部件供應(yīng)。中鼎股份收購(gòu)AMK部分業(yè)務(wù)后，提升了汽車電子領(lǐng)域的技術(shù)水平，初步具備空氣懸架總成的量產(chǎn)能力，目前已獲得東風(fēng)和蔚來(lái)的訂單；保隆科技則主要供應(yīng)減振器和空氣彈簧，已有配套客戶；天潤(rùn)工業(yè)和拓普集團(tuán)尚未有乘用車配套車型。 ? 但是由于自主供應(yīng)商技術(shù)快速追趕、響應(yīng)速度較國(guó)外Tier 1更快，且更加符合自主品牌主機(jī)廠降成本的需要，自主供應(yīng)商有望加速國(guó)產(chǎn)替代。 ?

編輯：黃飛

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