還是隻聊自動駕駛本身?線控底盤瞭解一下|投資筆記第199期

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以下是投資筆記系列第199期。
每一輛汽車都是整車廠與多級供應商的技術和勞動結晶,而智慧汽車則要加個“更”字——從智慧駕駛解決方案提供商,到雷達、攝像頭等智駕感測器供應商,再到線控制動、線控轉向等線控底盤執行器供應商,智慧汽車的出現,帶來最大的變化就是讓車裡的各個系統和部件都更加智慧化,極大地豐富了人們的駕駛體驗,也提升了駕駛安全性。

為了幫助汽車擺脫沉重的機械化束縛,同馭汽車瞄準了能夠實現更安全、更舒適、更智慧的“線控底盤系統”領域。作為數十家車企的重要一級供應商,同馭汽車以“線控電子液壓制動系統(EHB,Electro-Hydraulic Braking System)”的突出表現成功切入市場,並針對制動、轉向、懸架、底盤域控等各個系統推出了一系列創新產品。
對同馭來說,“星辰大海”正是實現智慧駕駛的關鍵執行控制領域——線控底盤。

靠剎車(制動)殺入市場

舒強,作為同馭汽車的創始人、董事長兼總經理,早在同濟大學研究生二年級時便懷揣著對汽車的熱愛與夢想,創辦了同馭。他的創業之路得到了兩位重量級師長的鼎力支援:原同濟大學校長助理、原汽車學院院長、中國汽車工程學會首批會士餘卓平教授,以及同濟大學汽車學院副院長、新能源汽車工程中心副主任熊璐教授。餘卓平教授擔任同馭的首席科學家,而熊璐教授則出任首席技術官,他們的專業指導與寶貴經驗為同馭的建立和發展奠定了堅實基礎。
同濟大學,作為一所享有盛譽的高等學府,在汽車行業的人才培養上一直走在前列,培養了眾多傑出人才。作為同濟大學重點孵化的企業之一,同馭在初創階段就得到了母校的鼎力支援,同濟大學更是其重要的早期股東之一。
舒強認為2016年是中國智慧駕駛起步的元年,恰好他也在這個絕佳的創業時機創辦了同馭。“智慧駕駛會誕生一大波新的機會,我們必須要抓住。底盤線控化不僅是一個新誕生的技術領域,更是掀起底盤行業百年未有之大變局。”智慧駕駛的三大環節是“感知、決策與執行”,同馭切入的正是執行層,即專注於研發生產線控底盤的核心零部件。

舒強將同馭的願景定為“成為線控底盤關鍵技術領跑者”。核心零部件背後是對關鍵技術的掌握。以線控制動系統為例,舒強認為同馭的線控制動所擁有的關鍵技術包括以下幾點:
1)擁有自主智慧財產權的構型方案;
2)高精度、快響應、高魯棒性的壓力控制演算法;
3)高效率、高安全性的制動能量回收演算法,可顯著提高續航里程;
4)滿足高效能智慧駕駛的縱向動力學控制演算法;
5)滿足最高功能安全等級的軟硬體開發能力。
同馭最初打動車廠客戶的產品也是線控制動系統。傳統的剎車系統是比較機械化的,當駕駛員踩下剎車踏板後,即促動真空助力器的閥門,在真空助力器前後腔氣壓差的作用下,真空助力器輸出制動力,使車輛停下來。這套真空助力器的方案已經應用了大約一百年了,而它的缺點是機械化帶來的無法通訊和主動控制,不能滿足智慧駕駛的要求;以及無法解耦,制動能量回收率低等問題。
線控制動系統的顯著特點是,它是一個由機械、電子、軟體、演算法相融合的產品。除了駕駛員腳踩剎車踏板觸發車輛制動外,還支援主動制動功能,即智慧駕駛控制器可透過訊號線發指令給線控制動系統,線控制動系統能夠快速地、精確地進行主動制動。要實現自動駕駛,必定離不開線控制動系統。如今,美團、京東的無人駕駛車輛都採用了同馭的線控制動系統,市場上超過七成的無人駕駛快遞車、外賣車、清掃車、巡邏車、接駁車也都在使用同馭的線控制動系統。
此外,同馭的線控制動系統的另一個顯著特點是,它是自身解耦的,可以非常方便地實現協調式制動能量回收,顯著提高新能源汽車的續航里程。
當“剎車”環節實現智慧化後,可實現20餘項高階拓展功能,如:舒適停車功能——主要解決傳統剎車過程中的“剎車點頭”問題,在車輛即將剎停時,以平滑的方式主動減小制動力,減小剎車點頭量,提升了駕駛的舒適性,讓乘客不容易暈車。

進階的產品路線

制動系統是同馭征戰“星辰大海”首先展開的重要部分。利用“底盤線控”的共性技術積累,同馭先後推出了更多核心產品。
在“線控制動”之後,同馭開發了電子駐車制動系統(EPB,Electrical Parking Brake),其中的拉索式電子駐車制動系統(CP-EPB,Cable Puller Electrical Parking Brake)已經被廣泛應用於商用車,同馭汽車是行業之中為數不多的擁有CP-EPB成熟量產經驗的供應商之一,引領商用車電子駐車的技術升級;另一種為卡鉗整合式電子駐車制動系統(MOC-EPB,Motor On Caliper Electrical Parking Brake),同馭可以提供單控或冗餘雙控兩種EPB控制器,均已處於大批次持續供貨中。
此後,同馭先後推出了防抱死制動系統(ABS,Anti-lock Braking System)和電子穩定性控制系統(ESC, Electronic Stability Control System),並透過自主創新的研發迭代,使ABS、ESC具備了優秀的效能表現,可保證汽車在極限工況下,擁有安全穩定的操控效能。同馭在成功完成上述一系列產品的研發和量產後,又開始做整合創新和技術融合,例如將EPB控制模組,整合到了線控電子液壓制動系統(EHB)中,形成了整合電子駐車的電子液壓制動系統(EHB-EPBi,Electronic Hydraulic Braking System with Integrated Electrical Parking Brake),此舉不僅大幅降低了成本,還提升了行車制動系統和駐車制動系統之間的協同性,該系統已銷售超過20萬臺,並獲得了“上海市高階智慧裝備首臺/套突破”的認定。此外,同馭還推出了整合式電子液壓制動系統(iEHB,Integrated Electronic Hydraulic Braking System),該系統集成了EHB、EPB、ESC三大制動產品的功能,可實現高品質的基礎制動、線控制動、線控駐車、穩定性控制等功能,並整合胎壓檢測功能,是一款高度整合、物美價廉的先進產品。
當前,同馭正在研發兩項“顛覆性”的新產品——電子機械制動系統(EMB, Electronic Mechanical Braking System)和線控轉向系統(SBW,Steering By Wire System)。EMB是下一代線控制動系統的方案,也被業內稱為制動系統的終極方案。與EHB相比,EMB拋棄了制動油管、制動液這套液壓系統,直接將制動電機+一套傳動機構佈置在輪端制動器上,由於傳動鏈短,制動響應時間將會縮短到90毫秒,比基於液壓的線控制動EHB縮短了40%。另外EMB更適合汽車角模組、電動輪的發展趨勢,對汽車開發的平臺化更加友好,分散式的EMB可更好地實現各個車輪制動力的獨立控制。

制動系統之後,舒強將轉向系統也列入了同馭的產品佈局。在他看來,隨著自動駕駛的技術發展,尤其是達到L3級別或更高級別的自動駕駛後,線控轉向系統有獨特的亮點和優勢。線控轉向系統的特點是將中間的傳動軸取消,使上端的方向盤和下端的轉向器之間沒有機械連線,完全靠通訊指令進行互動。方向盤更像是遊戲方向盤或手感模擬器,將駕駛員打方向的角度和扭矩作為“輸入”,檢測到,再發指令給下端的轉向執行器,從而拉動車輪進行轉向。
線控轉向系統可以實現“轉向傳動比”的靈活可變。在倒車入庫或小空間掉頭等場景下,駕駛員通常需要多次正反打方向盤,而且需要雙手交叉打好幾圈。而線控轉向可以讓此時的轉向傳動比調得很小,方向盤最多隻會打到150度,車輪即可轉到底,轉向很輕鬆快捷。而在高速行駛時,線控轉向可以讓此時的轉向傳動比調得很大,讓車輪對應方向盤轉角不太敏感,駕駛員就不必很緊張地把穩方向盤了。線控轉向帶來的低速轉向靈活性與高速轉向穩定性是此前的轉向系統所無法做到的。

面向自動駕駛的創新

除了制動系統、轉向系統之外,同馭也開始佈局懸架系統。“制動系統、轉向系統和懸架系統,這三個系統分管汽車運動的X軸、Y軸與Z軸,意味著同馭正在努力實現XYZ三軸運動控制的閉環。”舒強介紹,當前還處於L2級智慧駕駛階段,汽車的制動、轉向、驅動等操作,都是由駕駛員根據自己觀察到的周邊交通環境以及自身駕駛經驗做出的,駕駛員是汽車底盤運動控制的關鍵決策者。隨著智慧駕駛向L3及更高等級發展,駕駛員將逐步退出對汽車的操控,此時就需要底盤域控制器來協調控制制動、轉向、懸架、驅動四大系統的運動,底盤域控制器就像是人類的小腦,專門負責肢體動作的協調控制。智慧汽車透過雷達、攝像頭等感測器來感知車輛周邊的交通情況,智駕系統猶如大腦,據此做出運動路徑的決策,將運動路徑指令發給底盤域控制器,底盤域控制器猶如小腦,協同控制制動、轉向、懸架、驅動四大系統,使汽車按照規劃的運動路徑行駛,即為路徑跟蹤。
目前階段,L3~L5高級別自動駕駛的線控底盤技術是同馭技術創新的重要方向。
一旦L3級自動駕駛“人機共駕”成為日常,那麼很多情況下,駕駛員將變得輕鬆很多,方向盤也不必時時刻刻地擺在座位前。在舒強看來,在自動駕駛模式下,為了讓駕駛位更加寬敞,方向盤可以被摺疊收起,嵌入在儀表盤下方。為了便於收納,未來方向盤的形狀很可能從圓形變成類似賽車方向盤的長方形,儘可能的小巧,只能放下兩隻手的大小。之所以未來方向盤設定為最大轉角150度,是因為一旦超過180度時駕駛員不得不交叉換手,而長方形的方向盤不利於交叉換手打方向盤的操作。

想要實現方向盤摺疊收起,就必須配備線控轉向系統。線控轉向系統實現了方向盤與轉向器之間斷開機械連線(也叫機械解耦),從而保證了在自動駕駛模式下,方向盤摺疊收起不能轉動後,車輪仍然可以自主轉向,這也是線控轉向系統與傳統的電動助力轉向系統最顯著的區別。而斷開機械連線又帶來了新問題:手感模擬和路感反饋。方向盤連線在手感模擬器上,在轉方向盤時,由電機帶動傳動機構來給方向盤帶來一定的轉動阻力,轉動阻力的大小跟方向盤轉角、轉速都有關,模擬傳統轉向系統的手感。另外,還需要將路感反饋到方向盤上,比如,一旦車輪壓到路障,會給轉向系統帶來一個外力擾動,應該在方向盤上模擬這種擾動,從而讓駕駛員更加直觀地感受到路障的情況。
在舒強看來,想要實現自動駕駛,“解耦”是一個重要的創新基礎。解耦相當於將系統的輸入和輸出原本一對一的關係打破。就像人類創造智慧手機一樣,正是應用軟體與硬體的解耦,使得老一代作業系統被逐漸淘汰,以iOS與Android為主的作業系統大行其道,讓手機可以自由地下載安裝更多各種功能的新App,為智慧裝置帶來了更多的想象空間。在舒強看來,汽車本身包含了很多執行系統,這些執行系統透過線控化的改變從而也讓汽車變得更加靈活。一旦執行系統都實現解耦,更多創新功能也將不斷湧現。

與車廠的相互嘗試與信任

剛剛創業時,大學生創業者的身份曾經讓舒強多次受挫。同馭對自己的定位是“一家集研發、生產、銷售於一體的線控底盤一級供應商”,而它直接面對的客戶又是極其專業、嚴謹的汽車廠商。對於底盤系統來說,在挑選供應商時車廠都會將“安全可靠”排在首位,也因此更傾向於尋找國際大廠合作。況且這個領域長期被海外巨頭壟斷,生存環境對創業公司來說並不理想。
不過,同馭以優秀的產品效能、可靠的產品質量、快速的服務響應、物美價廉的價效比,逐漸被市場接受、認可,並逐步與一線車廠都建立了合作。目前同馭匹配的車型已經超過100款。

整車廠對於供應商,會在軟硬體架構、效能指標、測試要求、工藝規範、質量體系、供應鏈管理、包裝物流、產能保障等方方面面,提出嚴格詳細的規範要求,這對於一家創業公司來說,挑戰極大。但反過來,當同馭經過千錘百煉,成功戰勝了種種挑戰,贏得了車廠的嚴格驗收後,將會與車廠建立起緊密的合作關係。當在這家車廠的一款車型上成功量產,並表現出很好的質量穩定性後,該車廠的“復購率”也通常會較高,這也構築了一道很高的商業壁壘。
與車廠的合作也推動了同馭的創新。例如,曾經一家輕卡企業希望在7噸的電動輕卡上嘗試將氣壓制動系統替換為線控制動系統,從而大幅實現制動系統的輕量化。
在此之前,從未有廠家開發過如此重的車型的線控制動系統,這也使舒強開始琢磨,如何滿足如此大的制動力的需求?最後,舒強創造性地提出了一個創新方案,即採用雙EHB線控制動系統,前軸、後軸各用一套線控制動系統EHB,其中前軸EHB作為主控,負責接收並傳遞剎車指令到後軸EHB,後軸EHB作為從控,前後軸EHB同時制動,從而實現更大的制動能力。在雙EHB設計方案基礎上,同馭還進一步設計了更好的冗餘安全策略,即當任何一套EHB故障時,另一套EHB仍可獨立工作,保證車輛還有大約一半的制動能力,提高了車輛安全性。同馭全球首創的“雙EHB協同線控制動技術”,巧妙地解決了輕卡難以實現線控制動的難題。後來,同馭又進一步開發了“多EHB協同線控制動技術”,可以滿足幾十噸的特種車型線控制動的需求。
同馭汽車以其高瞻遠矚的戰略眼光和不斷突破的技術創新,正逐步實現其線上控底盤領域的“星辰大海”夢想!
*頭圖及封面圖來源於“周鎣”


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