线控底盘，被忽视的自动驾驶关键技术

作者 / MAX

高阶自动驾驶系统将替代驾驶员完成驾驶任务，而这意味着驾驶员不再控制汽车，需要实现真正的人机解耦。

当前，在自动驾驶的感知、决策、控制三个核心环节上，关注度主要集中于感知、决策部分，控制的重视程度相对不足。但实际上，一个能够与之交互、无需人力操作、自动完成相应控制指令的线控底盘，才是自动驾驶系统的基石。

线控底盘实现人机解耦

线控（drive-by-wire）技术，也正因此成为底盘人机解耦的关键。所谓线控，就是通过电信号、电控机构，取代传统机械连接装置的硬连接。设备端可以根据电信号，通过电控机构自主完成相应操作，但原本的操作端也有传感器，识别人工指令。

通俗说，线控技术将由人力直接控制的整体式机械系统，变成了操作端和设备端相互独立的两部分，设备端可以由人传递的信号操作，也能由其它来源的电信号操作。这种技术起源于飞机的电传操纵系统，但随着电子油门、ADAS等新功能的出现，也开始被越来越多的汽车使用。

线控底盘也是高阶自动驾驶的基础，通过刹车、油门、转向、挡位、悬挂五个关键部分的线控设计，实现电信号控制车辆完成所有横向和纵向动作。

在发展初期，林肯MKZ成为大部分自动驾驶公司所选择的车辆，也正是因为其支持线控油门、线控转向、线控制动这三个最关键技术，这使得MKZ的硬件高度适配自动驾驶公司的控制系统。

此后，随着线控系统供应商Dataspeed推出越来越多的改装套件，通过将他们开发的控制器安装上车，无需再添加任何执行器，就可以实现线控改装，进而使得更多车辆底盘具备线控能力。

正向研发，五个关键部分完全线控

然而，在将传统机械底盘做线控改装的过程中，也要面临设计浪费和适配问题。比如，方向盘、踏板在自动驾驶时的空间占用；传动连杆等部分机械装置被取消，但让出的空间很难再被有效利用等。

原生线控对于未来的自动驾驶布局同样重要。今年6月，长城汽车已经发布了自主研发的智慧线控底盘，该技术以L4-L5级自动驾驶的为目标进行设计，根据规划将在2023年量产。

长城汽车表示，因为人车解耦，他们可以依托中央控制单元和车辆传感器自行形成各种控制闭环。中央处理单元自主思考或依据人体的输入信号作为整车目标参考，来协调控制进行各系统动作分解，实现整车级的自主协调控制。

据了解，长城汽车智慧线控底盘基于GEEP 4.0全新电子电气架构打造，实现了五个关键部分的线控设计：线控转向、线控制动、线控换挡、线控油门、线控悬挂。该系统可涵盖车辆前后左右上下六个自由度的运动控制，做到一个大脑协调所有底盘驾驶动作。

支持方向盘、踏板收折，主动可调转向比

作为原生设计，长城汽车智慧线控底盘在实现五关键部分的线控以外，还做出了更多适配于高阶自动驾驶和未来出行场景的思考，而这也正是之前基于机械底盘做线控改装所欠缺的部分。

首先是转向系统，传统的机械结构是以驾驶员的操作为基础，通过转动方向盘、转向器中的减速器放大力矩，再由拉杆控制转向节完成车辆转向。而线控转向则通过转矩传感器、转向角传感器、角位移传感器、转向电动机等设备，实现两端的物理解耦。

因此，长城的线控转向取消了转向器与转向管柱之间的转向传动轴，采用私有CANFD完成系统内信号传递。由于两端的物理解耦，该技术在自动驾驶系统控制车辆的时候，可以支持方向盘自动收折，给车内提供更宽裕、无遮挡的空间。与之原理类似，长城也实现了踏板的收折能力。

此外，针对英菲尼迪Direct Adaptive Steering线控主动转向系统曾被诟病的缺乏路感问题，长城在方向盘端配备了可以真实反馈路感的电机，模拟机械传动结构的操作体验。但用户想要舒适驾驶时，该系统也可以完全关掉反馈，隔绝所有车轮的振动。

由于取消了转向传动轴，转向比也不再是固定不变，长城的线控转向可以在9-16之间主动调节或自由设置。这不仅能够提升驾驶体验，也是未来高阶自动驾驶改变方向盘形态，所需要的必备技术。

今年早些时候，特斯拉Model S Plaid的轭式方向盘因为缺少上半部分，被大量用户指出在转动超过半圈时，方向盘存在较高的脱手几率，而且低速时的转弯、调头、停进车位都很困难。通过调整转向比，减少低速时方向盘所需的转向角度，被认为是可以解决该难题的技术。

此外，长城还开发了全球首个量产的电子机械线控制动系统（EMB）。不同于采用液压系统的EHB线控制动系统，该技术是通过电机直接夹紧摩擦片，从而取代了EHB线控制动系统中的ESP、ibooster、液压管路和EPB四大部件，可实现减重10%，同时控制精度更高，响应速度更快，响应时间可缩短0.35s，100km/h-0制动距离可缩短4.8m。

三冗余备份+跨系统冗余

交由电信号控制，在实现物理解耦、适用于自动驾驶系统的同时，也将面临电子故障所带来的隐患。多套系统的安全冗余一直都是解决该项难题的方案，长城在与驾驶安全强相关的线控转向和线控制动部分，提供了从电源到传感器、控制器、执行器的三套冗余。

此外，针对备份全部失效的可能，长城还设计了跨系统的安全冗余。比如，当转向系统全部失效时，能通过线控制动系统对两侧车轮施加不等的制动力，使两侧车辆形成转速差，从而实现转向动作；当制动全部失效时，能够通过提高动能回收力度来实现车辆减速等。

据长城介绍，智慧线控底盘通过三冗余系统设计配合跨系统冗余，已经达到了最高的汽车安全完整性等级ASIL D级，相较主流的ASIL C级产品，安全性要高出百倍。

人机物理解耦是实现高阶自动驾驶的前提，相比感知决策，线控底盘的发展速度相对较慢。但前两者并不能离开线控底盘执行能力的支持，只有实现整套系统的闭环，才能做出更好的自动驾驶产品。