浅谈线控底盘发展历史及发展趋势

来源 | 智能运载装备研究所

自动驾驶迈入 SAE L3 及以上级别，线控底盘迎来集中爆发机会

线控底盘通过传递电信号对汽车底盘进行控制，从而适用于自动驾驶车辆的需求，包括线控转向、线控制动、线控驱动、线控悬架4个核心底盘系统。传感器感知驾驶员操作意图，将控制指令传递给电子控制器，控制执行机构完成汽车的转向、制动、驱动等功能并对其操作情况进行监测，整个过程由电信号经过导线传递。由于线控系统取消了中间环节的传统气动、液压及机械连接，取而代之的是传感器、控制单元及电磁执行机构，所以具有安全、响应快、维护费用低、安装测试简单快捷的优点。

图1 线控技术基本原理图

随着消费需求不断提升，消费者对于更智能的驾驶体验提出更高的诉求，汽车智能化成为终端销售的核心卖点。基于对消费者需求的洞察，如今各车企纷纷布局智能汽车业务，开展差异化竞争，不断追求高度智能和技术创新已经是大势所趋。

—— 线控制动系统 ——

线控制动渗透率快速提升，行业规模持续扩容

线控制动系统（Brake-By-Wire）是电子控制的制动系统，汽车底盘域的核心部件，是实现高级自动驾驶的关键部件之一。其主要特征是取消了制动踏板和制动器之间的机械连接，以电子结构上的关联实现电控信号的传送、制动能量的传导，通过踏板位置传感器或者总线指令接收驾驶员或者上位机的制动意图，产生的制动电控信号传递给控制系统进而控制执行机构，实现主动制动行为，同时根据一定的算法模拟踩踏感觉反馈给驾驶员；分为液压式线控制动系统（Electro-Hydraulic Brake, EHB）和机械式线控制动系统（Electro-Mechanical Brake, EMB）两种。

其中EHB以传统的液压制动系统为基础，电子器件替代了部分机械部件的 功能，使用制动液作为动力传递媒介，同时具备液压备份制动系统，是目前的主流技术方案；在EMB中，ECU根据制动踏板传感器信号及车速等车辆状态信号，驱动和控制执行机构来产生所需要的制动力，无液压备份制动系统，为保证安全，现主要采用前轴EHB+后轴EMB的制动方案。根据集成度的高低，EHB可以分为Two-Box和One-Box两种技术方案，二者的主要区别在于ABS/ESC系统是否和电子助力器集成在一起。传统制动系统与线控制动系统的区别如图2所示。

图2 传统制动系统与线控制动系统的区别

由于线控制动系统通过控制器实现系统控制，控制器的可靠性、抗干扰性、容错性以及多控制系统之间通信的实时响应等特性，都有可能对制动控制产生影响，对驾驶员的操作判断产生影响，因此线控制动系统需要较长时间迭代和系统匹配，这也是线控制动技术广泛推广的核心难点。

目前，国产替代已成为行业共识，其中在线控底盘核心零部件中，线控制动已经率先开启国产化，整车厂的搭载意愿也在持续增强，预计接下来几年会逐渐爆发。

—— 线控转向系统 ——

智能化推动线控转向发展，商业化进程持续加速

油门、换挡、制动系统主要负责汽车的纵向控制，转向系统负责汽车的横向控制。与制动系统类似，汽车转向系统经历了“机械-液压助力-电动助力-线控”的发展历程。自1894年乘用车安装第1款现代意义上具备方向盘的转向系统开始，转向系统从早期的纯机械转向系统、福特最早提出的液压助力转向系统（HPS）、丰田首推的电子液压助力转向系统（EHPS）、新一代的电动助力转向系统（EPS）发展到摆脱机械连接的线控转向系统（SBW）等。线控转向系统（Steer-By-Wire，SBW）在电子助力转向系统（EPS）的基础之上发展而来，将驾驶员的操纵输入转化为电信号，无需通过机械连接装置，转向时方向盘上的阻力矩也由电机模拟产生，可以自由地设计转向系统的角传递特性和力传递特性，完全实现由电信号实现指令传递从而操纵汽车。

目前最先进的量产转向系统为电动助力转向系统（EPS），线控转向系统仍处于技术验证阶段，虽有部分应用但尚未实现大规模量产。

对于L3及以上等级智能汽车，部分或全程会脱离驾驶员的操控，智能驾驶控制系统对于转向系统要求控制精确、可靠性高，只有线控转向可以满足要求，因此成为转向系统未来的发展趋势。另一方面，消费者对车辆的驾乘体验要求也越来越高，现阶段，线控后轮转向成为转向系统另一个发展趋势，可以看到，当前配备后轮转向的车辆价格一直在下探，在不远的将来有可能成为10万元级别家用车的标配。

线控转向系统是指，在驾驶员输入接口（方向盘）和执行机构（转向轮）之间是通过线控（电子信号）连接和控制的转向系统，即在它们之间没有直接的液力或机械连接。线控转向系统主要分为三个部分：

1）转向盘系统，包括转向盘、转矩传感器、转向角传感器、转矩反馈电动机和机械传动装置；

2）电子控制系统，包括车速传感器，也可以增加横摆角速度传感器、加速度传感器和电子控制单元以提高车辆的操纵稳定性；

3）转向系统，包括角位移传感器、转向电动机、齿轮齿条转向机构和其他机械转向装置等。

—— 线控驱动系统 ——

线控驱动系统（Drive By Wire，DBW），是智能网联汽车的必要关键技术，为智能网联汽车实现自主行驶提供了良好的硬件基础，是保证车辆正常加速、爬坡的核心零部件。

线控驱动作为最成熟的线控技术之一，可通过直接扭矩通讯、伪油门安装、 节气门调节等方法实现。针对开放发动机和电机扭矩通信接口协议的车辆，线控驱动控制器直接通过CAN网络向发动机或者电机发送目标扭矩请求，实现整车加速度控制。此种方案无需进行机械改装，结构简单可靠。现阶段，分布式驱动是未来线控驱动系统的主流发展方向。

—— 线控悬架系统 ——

汽车悬架系统连接车身与车轮，主要起到承载、衰减振动和导向等作用。汽车悬架系统在车辆操控性、舒适性和安全性等方面起着至关重要的作用，是汽车关键部件之一。

线控悬架系统（Suspension By Wire），也称为主动悬架系统，是智能网联车辆的重要组成部分，可实现缓冲振动、保持平稳行驶的功能，直接影响车辆操控性能以及驾乘感受。

在乘用车领域，空气悬架作为一种高级配置，一直以来应用于豪华车型上，比如奔驰的S级、GLS级，保时捷的卡宴、帕拉梅拉，奥迪的A8、Q7，宝马7系等；绝大多数应用空气悬架的车型售价都在50万元以上级别。随着中国新能源汽车的崛起以及自主可控路线的实施推广，自2018年国内主机厂开始出现搭载空气悬架的蔚来ES8和红旗HS7等车型，空气悬架配置正逐步向25～35万元价位区间车型渗透，可以预见，在不远的将来有可能成为20万元级别家用车的标配。

总结来看，在国家大力发展新能源汽车大战略的背景之下，配合国家碳中和、碳达标的国策，发展新能源汽车是大势所趋，而新能源汽车的推广为自主品牌走出国门带来了前所未有的发展契机。同时年轻汽车消费者日趋追求用户体验和消费升级，以上背景均大力推动了乘用车空气悬架市场规模的迅速扩大。线控悬架完全国产化以后，成本会持续下降，随之该配置会逐步向中端车型渗透普及，市场规模会显著提升，未来三年国内乘用车空气悬架市场将会处于一个井喷式发展阶段。我们预判未来三年内，国内市场的乘用车空气悬架渗透率将由现在的2.5%增长至15%-25%，待燃油车完全停止生产后，市场份额将会达到25-35%左右。

—— 线控底盘展望 ——

在汽车产业的发展进程中，传统底盘受限于机械连接形式，其执行操控决策信息的效率会受到限制。而线控底盘的出现，则可以提升整个车身对于获知操控决策后的动态执行效率，简单理解即驾驶者甚至ECU决策出的操控信息经过传感器转变为电信号，最终通过电路快速高效传输至执行机构。

线控底盘是智能化和电动化两个赛道的交汇点。线控底盘是自动驾驶汽车主要的控制执行机构，其通过控制器、电源线、信号线和电机等电气部件对自动驾驶汽车进行操控，一旦电能不足或电气零部件出现故障，整个线控系统将失去控制，出现严重安全隐患。

当前，业界已基本达成共识，线控执行端是自动驾驶非常重要的环节。智能电动汽车发展的三大趋势，除了更安全、更智能以外，就是在软件定义汽车背景下的电控架构从分布式向集中式发展、执行机构从集中式向分布式发展，线控底盘就是这一趋势的代表产品之一。

随着自动驾驶技术进化，从已经广泛应用的L2级到L3级乃至L5级自动驾驶，对技术的冗余和安全要求越来越高，同时对线控底盘也提出了更高的要求。作为自动驾驶汽车控制单元，线控底盘包括线控转向、线控制动、线控驱动、线控悬架，其中转向和制动则是面向自动驾驶执行端方向最核心的产品，线控制动技术难度最高，而线控驱动、线控悬架的技术相对成熟，但最关键的转向和制动系统当前适用于L4级以上自动驾驶的稳定的量产产品还较少。

当前全球范围内较为领先的线控底盘零部件供应商——博世、采埃孚、大陆等跨国公司从20世纪90年代末开始研发，在底盘控制领域具有丰富的技术积累和供应经验。线控底盘作为自动驾驶汽车的核心零部件，综合了软件、硬件以及机械的能力，具有较高的技术门槛。

但令人欣喜的是，近年来随着国内自动驾驶技术的快速进步，线控底盘技术迭代的驱动力也在增多。同时国内自动驾驶量产车型日益增多，新能源汽车自主化替代已成为行业趋势，这为国内相关零部件企业的线控底盘自主研发带来了很大的机遇。而突破线控底盘技术自主开发的困境，是汽车智能化和电动化变革的重中之重。

未来在市场与政策的持续调节下，智能汽车将持续在市场中发酵。根据工信部的推测，我国汽车产量在2025年保守估计将达到2700万辆左右，可以肯定，整车线控底盘的渗透率将呈现几何式增长趋势，行业前景广阔。