编者按：2022年5月27日，由盖世汽车主办的2022汽车智能底盘-云论坛如期举行。苏州盖茨电子科技有限公司副总经理付勇受邀出席并发表《智能底盘悬架系统的研究与应用》的主题演讲。盖世汽车根据演讲整理成文，以分享读者。
盖茨电子致力于汽车智能底盘核心电控系统的创新开发，产品包括底盘的智能悬架控制系统，线控转向控制系统，线控制动控制系统，轮毂电机控制系统以及底盘集成的域控系统。盖茨电子核心团队来自于博世、大陆，在汽车电控，尤其是底盘电控深耕多年。
汽车底盘系统的进化路径
汽车产业正在进行电动化、智能化、数字化的转型与升级，聚焦到汽车上的底盘，正在迎来从之前的传统底盘到现在的电动底盘，再到未来的智能底盘，进行深度的技术变革，智能底盘成为汽车电动化、智能化转型的一种融合载体，也是汽车智能驾驶落地的基础，更与汽车安全、可靠行驶、节能减排息息相关。
未来智能底盘的特征是什么？盖茨电子认为是具有如下特征的，是以无人驾驶，大数据，AI学习等新的功能，使汽车成为人类更紧密的第二空间。汽车智能底盘需要更加智能化，适应更多的模态。
聊一下智能底盘存在的价值，车轮与地面相互作用是汽车不同于其他运载的工具，也不同于其他智能体的最本质的属性，智能底盘作为一个载体，是为自动驾驶系统，为座舱系统，为动力系统提供承载的平台。
它具备认知、预判和控制车轮与地面间相互作用，管理自身运行状态的能力，是具体实现车辆智能行驶任务的系统。它是实现自动驾驶的基本执行单元，也是底盘域最重要的角色。在自动驾驶系统中，L4级别以上的自动驾驶系统需要更高灵敏度，更高执行精度的执行机构完成相应的动作，由前端感知层，比如说激光雷达、摄像头、毫米波雷达，未来的夜视雷达发出数据的探测，由中央决策层发出相应的指令，由底部执行层，也就是智能底盘中的执行机构，比如说线控悬架，线控转向，线控制动做出一些最优化的执行动作。回到底盘域内，在整车XYZ三个方向实现动作连动，可以进行更多场景的实现，如AHC主动悬架，高度控制等。
智能底盘相关产品目前以线控的趋势为主，如X方向的线控转向，SBW，Y方向的线控制动，EHB，One/Tow box，Z方向的线控悬架，以空气弹簧，与CDC的联动组合，以及匹配的控制器或者集成的域控制器。
汽车底盘悬架系统的发展进程
悬架指车身与车轮之间的所有传力连接装置的总称，智能底盘悬架系统主流是通过ECU控制悬架执行机构，调节车辆在Z方向的一些参数，比如说阻尼，高度，刚度等，甚至一些主动的侧倾力矩等，使悬架系统处于最佳的减振状态，保证车辆的舒适性和操控的稳定性。下图从左往右代表悬架在一个技术先进性上的变更和增加，左下角的图是传统的被动悬架减振器，一般应用于经济型车辆上。
第二个图片是双模式减振器，一般用于中级车，也属于被动悬架，它采用两段的阻尼控制，目前新能源车上理想ONE1在采用双模式减振器，它的控制模式比较简单，不需要太多的复杂算法，也是出于成本的考虑。
第三张图是连续阻尼可调节减振器，简称CDC，也是目前主流控制的一种悬架系统，应用于中高级车，它属于半主动悬架，可采用连续的阻尼控制，采用抑制振动的方式来保证车辆的舒适性以及操控的稳定性。
第四张图片是单腔空气弹簧与CDC的联动组合，也是目前主流的控制方式，主要用于高级车辆，盖茨电子预测3-5年可能会到下探到20-30万的空间，它属于主动悬架的一种，可以采用连续阻尼控制，高度多级可调。它是采用消除振动的方式保证车辆的舒适性和操控的稳定性。
最后一个图片是多腔空气弹簧与CDC的组合，它主要用于豪华车，这也是未来盖茨的主攻方向。它和单腔空气弹簧-CDC相比除了可以做连续阻尼控制，高度多级可调，消除振动之外它多了一个刚度可以多级控制，更能优化保证车辆的舒适性和操控的稳定性。在更高级的车上面通过ECU控制一些执行机构，施加主动的测倾力矩。盖茨电子认为在未来更高维度上，四个轮是完全解耦的，每个轮都可以主动施加主动侧倾力矩，可以优化车辆的相关性能。
当前主流有两种悬架系统，一个是CDC，连续阻尼可调式悬架，它是通过独立控制四驱的阻尼力，吸收路面的凸凹和冲击，实现驾驶的舒适性，同时在车辆加速，减速和转弯时可以有效的控制车辆的变化，从而提升操控的稳定性。目前主流的减振器是为单电磁阀的减振器，未来可能出现双电磁阀，更好的双向控制，它属于半主动悬架，也可以通过ECU算法实现与主动悬架类似的闭环控制。
操纵稳定性是指，车辆在转弯行驶，或者车道变更的时候，针对一些大幅度的转向操作可以降低车体的摇晃，一般路况指山路，转弯的路面对车体产生大幅度摇晃的路面。驾驶的舒适性指的是在颠簸道路行驶时可以降低大幅度的车体摇晃，比如说隔离带的路面，以及坑洼路面，通过CDC减振器可以缓冲车辆的点头，类似于左右摇晃这种情况，或者行驶在恶劣路面可以降低从路面传来的微振动，或者转向装置的微振动，一般适用路况是石板路、鱼鳞路或者带接缝的路面。
车高可调式悬架是通过独立控制车高调节装置与阻尼可变的减振器，具备CDC减振器的悬架特性外，还可以自动调整车身的高度，适应不同的场景。盖茨电子认为场景主要分为五个方面。
一是舒适模式，是指车辆维持一个标准的底盘高度，标准底盘高度是可以定义的，根据每个人的个性化进行参数的调节，目的是维持驾驶舒适和稳定性。
第二是越野模式。是指车辆在野外郊游，越野行驶时可以提升底盘的高度，保护车身与底盘。
第三是运动模式，是指车辆在高速行驶时根据车辆的速度降低底盘的高度，有的车厂的逻辑是行驶在120公里每小时时速情况下行驶30秒就自动降低底盘高度，一是为了减少燃料的消耗，二是提升车辆的操控稳定性。
第四种是迎宾模式。是指车辆在驻车时降低底盘的高度，方便乘客或者司机上下车。
第五种是装载模式。是指在车辆驻车时可以主动降低后轮的高度，方便装卸货物，还有一些充电模式等，这里不一一赘述了。
目前主流的悬架类型是空气悬架，也就是空气弹簧+CDC，也可以通过一些算法主动实现相应的闭环控制。
结合汽车行业的基本准则，电动化，智能化，数字化，网联化，系统安全化，盖茨电子做了六项发展预判。
第一个预判是指控制软件会集中化，会集成于底盘的域控制器，或者整车的中央控制器VCU，控制器具备AI自学习的功能。
第二个预测是高清摄像头，车路云的协同以及高精度地图的协同融合，能够提前识别路况，进行底盘控制。目前现在的趋势怎么能够低成本的有效控制，提前预测路面的识别。
第三个预测方向是底盘域内部的联动，比如说控制转向，制动等，能实现高灵敏度的转向，制动等动态的一些控制。
第四个预测指整个悬架系统闭环产生高精度的系统控制，底盘升降速度会有大幅度的提升，在未来几年内提升每10厘米每秒升降的速度。
第五个预测是整车电压的提升，由传统的12伏，24伏，慢慢变成混动的48伏，甚至高压的系统400伏，800伏，甚至现在还有超高压系统。盖茨电子目前在参与950V超高压系统项目研发，未来有可能会出现1000V的系统。
第六个预测是指安全冗余技术的全面应用，目前功能安全ISO26262，预期安全ISO21448，以及相关的网络信息安全，这也是对整个底盘悬架系统，电控系统的挑战。
盖茨在底盘悬架电控系统的产品案例
盖茨电子目前拥有两款主流产品，第一款是连续阻尼可调式悬架电控系统。整个系统的构成如下图所示，核心还是由整个电控的ECU，通过CAN通讯，来获取VCU上的一些信息，比如说司机的意图，有没有踏板的信号，有没有踏板的压力，包括一些车辆的转角，同时结合车身上的传感器，比如说车身加速度传感器，车轮垂直加速度传感器，也有OEM会偏向使用车身高度传感器，具体的数量，包括使用传感类型，与成本和算法是有关系的，每个OEM都有自己的偏好和诉求。
通过结合这些信号，控制相应的减振器，前后左右各四根，通过盖茨电子独特的阻尼力平稳控制算法，来提升整车舒适性，还有操控的稳定性。盖茨目前产品的特性，防护等级做的还是比较高的，到达IP54的等级。EMC可以做到Cispr25，Level5的等级，重量比较轻，在500克以内，符合轻量化的需求，未来可能会减重到400克，整个软件架构是采用Autosar架构，也符合现在目前主流的OTA、UDS等相应的在线云端升级服务，硬件采用平台化设计。相应的控制模式，除了系统状态管理、故障探测、降级、温度补偿，还可以做冲击余振的控制，全行程预防控制，根据车速和路面做加减速度的控制。同时防倾斜、防俯冲，对驾驶性能做控制，对弹簧质量、非簧质量估算、非簧载质量阻尼控制，最后还有节能控制，符合目前节能减排的要求。
盖茨空气悬架电控系统的构成和特性，和CDC一样，整个系统的核心还是控制器，当然还是通过CAN/CANFD通讯，同样也是从整车的VCU获得相应的信号，再结合车上的一些传感器，通过调配蓄压气里的气体，通过控制气泵，气泵目前方向为做无刷电机，通过气泵分配到前空气弹簧和后空气弹簧上，给整车进行多模式的策略，比如我前面讲的舒适性策略，个性化策略，越野的策略。盖茨电子这款产品做的防护等级非常高，做到IP6K9K的防护等级，目前也是采用Autosar架构，盖茨电子和国外、国内主流的Autosar都有深度的合作。功能安全盖茨电子现在也目前在考虑，采用ASIL-B和D的冗余设计。目前芯片方面，盖茨电子和国内的芯片设计公司有前沿的预研（基于RISCV架构），在积极布局使用。
同时，除了兼容CDC控制以外，还有一些车高控制算法，随速调节算法，载荷识别策略，车高禁用策略，全行程预防控制。同时可以对气泵的无刷电机进行保护，对气阀压力和和蓄压器的压力进行探测，下图是控制器的架构。
盖茨电子在底盘悬架创新场景的探索
第一个场景探索是在电池一体化底盘上，现在CTC、CTB、滑板底盘这些以电池为主体的电池结构件，装到车辆上后，车辆前后仰角比较小，地形穿越能力比较弱。盖茨目前的解决方案，是以空气悬架为执行主体做车辆的避障系统，趋势是以高清摄像头融合，目前盖茨电子是用TOF来做低成本的方案，目前盖茨也申请了一些专利，进行数据的采集设备，可以提前进行车辆的障碍预判，减少底盘的受损，售后维修率也可以下降。
第二个应用场景是应用在Robotaxi上，盖茨认为智能底盘最先落地的场景，就是无人驾驶汽车的Robotaxi，其复杂的环境没有办法进行高自由度的停车，以及全地形解锁，这个方向是盖茨电子重点布局的。这个需要整个系统进行联动，需要XYZ三个方向进行融合控制，主要是以空气悬架、线控转向、轮毂电机三个方式做融合控制，可以实现停车多自由度解锁，比如说斜移模式、双阿克曼、横移，自驱、自己转动，在狭窄地形的情况下，甚至可以实现山路上面两个轮抬起来，两个轮行驶在路面上特殊场景的停车，停车的环境是比较方便的。
第三种应用场景在智能驾舱，汽车作为人类第二空间，无人驾驶共享汽车为主体的新兴智能座舱，要给后排的乘客，甚至相应的成员赋予更多的体验。盖茨电子目前的解决方案也是以空气悬架为执行主体，增加一个车辆的体感，结合智能座舱的座椅，包括风扇、风机，通过振动控制实现4D的体验效果，甚至可以达到5D，增加一些赛车运动类游戏的体感，更让车辆娱乐化，给它赋予一些更新型的体验。
最后一个场景在智能充电的场景，新能源汽车、无人驾驶汽车，现在充电的模式还是到充电站进行手工充电，既然车辆都无人了，充电能不能无人化？如果真有全解耦的智能充电解放双手，得这对未来降低人力成本，提升整个其他的工作效率也是非常有意义的。目前的解决方案也是以空气悬架为执行主体，结合车内外的摄像头数据采集装置，可以与充电装置进行联动。要对充电装置进行标定，根据数据、车高、位置的关系，最后做相应的充电导引，来实现相应完全的自动充电。
本文来源：盖世汽车资讯
