自动驾驶趋势下汽车控制系统的发展方向

汽车控制系统(制动、转向等)的发展方向在自动驾驶的趋势下

车辆控制执行部分的核心任务是通过纵向和横向控制系统的配合使汽车能够按照决策部分规 划的轨迹稳定行 驶,并且同时能够实现避让、保持车距、超车等动作。车辆制动系统的发展经历了从真空液压制动(HPB)到电控和液压结合(EHB),到新能源汽车发展的阶段逐步转向纯电控制的机械制动(EMB) 和更智能化的线控制动。2017 年全球汽车制动系统市场规模超 280 亿美元,中国超 580 亿人民币,已经进入平稳增长阶段。汽车制动系统单车价值大概 2000 元,电子液压 制动系统成 为行业发展的主要拉动力量。随着涡轮增压发动机的 渗透率 提升以及汽车电气化的发展,电子液压制动系统拓展了市场空间,2020、 2025 年国内市场规模分别可达 258 亿元、375 亿元。

转向系统的技术路径与制动系统有类似之处 ,传统纯机械转向系统几乎被替代,由机械液压助力转向系统(HPS),升级至电子液压助力转向系统(EHPS)之后,由电力驱动的电动助力转向系统(EPS)逐步占据主流。 随着汽车电子化程 度不断 加深, 转向系统电子化渗透率加速, 电动助力转向逐步占据主流,而未来自动驾驶时代的到来,进而进入线控转向。2017 年全球汽车转向系统市场规模超 300 亿美元,中国超 430 亿人民币, 已经进入平稳增长阶段。汽车转向系统单车价值大概 1500 元,电动助力 转向系统相对价值量较高,EPS 可以避免许多 HPS 需要的部件,如泵、 软管、传 动带等, 简化了 转向系 统的设 计和构造 ,节约 成本,减少体 积,减轻重量。EPS 在传统车渗透率的提升以及在新能源车的应用成为行业发 展的主要拉动力量,预计2020、2025 年国内市场规模分别可达 328 亿元、 453 亿元。二 、 制动:制动系统电子化是自动驾驶的必由之路 车辆纵向控制是在行车速度方向上的控制,即车速以及本车与前后车或障碍物距离的控制。 驱动与制动控制都是典型的纵向控制 ,可通过对电机驱动、发动机、传动和制动系统的控制来实现。而除去电动车独有的电机电控驱动的部分,制动系统由传统系统电子化升级,继而进入线控时代。

2.1 制动系统发展历程及电子化趋势 制动系统原理:当驾驶者踩下刹车踏板时与其连接的推杆将力传递到真空助力器。 真空助力器是一个通过大气压和真空的压力差将力矩放大然后传送给液压制动总泵从而进行制动的装置。对于传统车来说 ,真空源是由发动机的负 压产生的;而涡轮增压发动机的进气歧管内负压很低 ,自动变速箱低温启动时真空度不够 ,并且电动车或者纯电行驶的插电式混合动力汽车 ,由于没有发动机或者发动机不工作 ,无法获得稳定的真空 源,同时新能源车本身还需要尽量通 过动力电机进行制动能量回收 , 为此的解决方案, 一 是使用 电子真 空泵 ,但需要持续运转 ,相对能耗较高,并且一旦电子真空泵发生故 障,整个刹车系统将失去真空度;另一 种方案则是电子线控刹车系统。

车辆制动系统的发展经历了从真空液压制动(HPB)到电控和液压结合(EHB),到新能源汽车发展的阶段逐步转向纯电控制的机械制动( EM B) 和更智能化 的线控制动。

2.2 市场空间大,电子液压制动系统为主要增长点 2017 年全球汽车制动系统市场规模超 280 亿美元,中国超 580 亿人民币, 已经进入平稳增长阶段。汽车制动系统单车价值大概 2000 元,电子液压制动系统成为行业发展的主要拉动力量。随着涡轮增压发动机的渗透率提升以及汽车电气 化的发展,电子液压制动系统拓展了市场空间,2020、2025 年国内市场规模分别可达 258 亿元、 375 亿元。

整车企业对于新供应商更 为保守 ,尤其是制动涉及到安 全,国内自主零部件很难较快进入配 套体系 。目前 国内企 业尚停留 在配套 部分零 部件的 水平 上,如制动系统刹车盘、刹车鼓。市场竞争激烈,同质化严重;采埃弗、 博世、大 陆等占据了系统的主要市场; 国内技术储备 弱,中 国品 牌受到合资品牌的挤压,以商用车、单一件供应为主,乘用车供应商有亚 太股份, 商用车为万安科 技;拓 普集团 由电子真 空泵研发,已经进入量产装车阶段,并且持续投入智能刹车系统的开发。

三 、转向:电动助力转向占据主流,未来方向为线控系统 车辆横向控制指垂直于运动方向上的控制,对于汽车也就是转向控制 。目标是控制汽车自动 保持期望的行车路线 ,并在不同的车速、载荷、风阻、 路况下有很好的乘坐舒适性和稳定性。

3.1 转向系统的发展路径及 EPS 和线控趋势 转向系统的技术路径与制动系统有类似之处 ,传统纯机械转向系统几乎被替代,由机械液压助力转向系统(HPS),升级至电子液压助力转向系统(EHPS)之后,由电力驱动的电动助力转向系统(EPS)逐步占据主流。 随着汽车电子化程 度不断 加深, 转向系 统电子化 渗透率 加速, 电动助力转向逐步占据主流,而未来自动驾驶时代的到来,进而进入 线控转向。相比于制动系统,转向系统需要施加的力相对较 小,并且不存在制动过程中产生高温等对电动机来说比较恶劣的环境,因此EPS的商业使用更广泛。

传统纯机械转向系统几乎被替代 ,小型卡丁车还在继续使用; 机械液压转向HPS 适用范围最广,可以匹配各类商用车和乘用车,因为其助力较大的 特点,在重型车辆上应用尤为广泛;电子液压转向 EHPS 主要适用于中大 型商用车、大型 MPV和 SUV;电动助力转向EPS传动效率高(90%+), 能 耗低、 装配简单 方便、 操纵稳 定性舒 适性的优 势及无 刷电机 、主动回正的趋势,主要适用于轿车以及小型 MPV 和 SUV,是现在的主流配置,在 欧美日韩的渗透率已经非常高,国内还处于渗透率提升的过程中;EPS 或 EHPS 是纯电动车的必选,是混合动力车的最优选择,未来的线控转向系 统 会 成 为连接整个自 动驾驶横向运动控制的枢纽。四、智能传动

4.1 轮毂电机 轮毂电机是传动领域较领先的技术路线,从传统的单一、中置发动机和 传动系统技 术转变为 电机直接 安装于 轮毂内提 供动能, 可以理解 为一种 “分布式” 的动力技 术,可以 通过计 算机为四 轮提供不 同的动力 ,可以 实现更精准的加速、制动、转向等功能。

我们认为轮毂电机是未来先进的自主新能源汽车的自然传统解决方案，因为自动驾驶的决定是由计算机给出的。单、中发动机和传动系统的技术路线限制了计算机输出的自由度，而轮毂电机可以最大限度地发挥车载计算机多线程输出的优势。计算机可以更精确地控制车辆。然而，由于算法和电机性能的限制，成熟的微分解在短期和中期仍将处于重要地位。

4.2轮毂电机的优缺点