2023年8月23日,电动汽车智能底盘大会在深圳会展中心(福田)开幕,大会由中国汽车工程学会主办,电动汽车产业技术创新战略联盟、中国汽车工程学会智能底盘分会、智能绿色车辆与交通全国重点实验室连横承办。
在当天上午的开幕式论坛中,清华大学教授、中国汽车工程学会智能底盘分会主任委员张俊智教授分享了2025电动汽车智能底盘技术平台与产品平台定义。
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非常感谢各位领导、专家对行业智能底盘的支持,感谢各位莅临本次大会。
智能底盘分会和工作组今年的一项主要任务是集聚行业代表性力量开展面向2025智能底盘的技术平台和产品平台的定义。今天,我把大家共同工作的成果向诸位专家、领导、同仁进行介绍,包括智能底盘技术平台的定义、乘用车智能底盘产品平台定义和商用车智能底盘的产品定义。
智能底盘为自动驾驶、座舱系统、动力系统提供承载平台,具备认真、预判和控制车轮与地面间的相互作用、管理自身运行状态的能力,具体实现车辆智能行驶任务。智能底盘的基本属性需要重构,包括安全、体验、低碳3个方面。今年6月2号,国务院总理李强召开的国务院常务会议指出要加强新型底盘架构。随着电动化的深化和智能化的发展,我国底盘及关键零部件技术也踏上了掌控能力快速提升的新征程。须破除长期在底盘方面形成的跟随的惯性,为此借助于行业的力量研制完成了智能底盘技术路线图,这也非常感谢参与路线图制定工作的执行组、总体组等各个工作组的辛勤工作,感谢学会和电动车联盟对这项工作的支持,也非常感谢机械工业出版社的支持,在座许多专家已经拿到了这本技术路线图,机械工业出版社也在展厅有展览,大家可以翻阅。
路线图包括了五大部分,包括智能底盘总体路线图、乘用车智能底盘的路线图、商用车智能底盘技术路线图、线控制动和线控转向的技术路线图、开发测试平台与标准规范技术路线图五大部分共十五章的内容。
基于路线图确定了2030年智能底盘产品一流、技术引领的总体目标。针对2025年装载自主品牌的线控制动、线控转向的智能底盘在有行业影响力的企业实现批量应用;智能底盘关键技术指标达到国际先进水平;关键部件产业链实现自主可控。随着产品和技术的发展,仍需集聚行业优势力量,聚焦行业当前关键难题和未来竞争技术需求,进一步定义清晰面向2025年的智能底盘平台。
在技术路线图组织架构的基础上,也建立包括了咨询组、总体组、技术平台组、乘用车产品平台组、商用车产品平台组、线控制动、线控转向、开发与测试、标准规范等组成的组织架构。
技术平台组的主要任务是定义面向2025年的智能底盘的技术平台、细化描述牵引性技术、确定牵引性指标。牵头单位是清华大学,成员单位包括智能底盘平台定义各组长单位、各平台牵头单位、新势力和高技术代表单位、代表性零部件、高校和研究机构。
乘用车产品平台组成员包括乘用车平台组的各平台协同单位和组长单位、代表性零部件、高校、测试机构,主要任务是开展乘用车产品平台的细化描述及对应的牵引性技术,由比亚迪牵头,其中极限运动小组由比亚迪负责,高端公务小组由红旗牵头,城市运行小组由吉利牵头,智能越野小组由比亚迪牵头。
商用车产品平台组由商用车产品平台各平台牵头代表、各组长单位、代表性的零部件、高校、研究测试机构组成,主要任务是乘用车产品平台细化的描述及对应的牵引性技术,由解放来牵头,分四大类,重卡小组由解放牵头,轻卡小组由福田牵头,客车小组由宇通牵头,矿用等特种车小组由SANY牵头。
技术平台与产品平台的关系,技术平台是2025年达到量产水平的智能底盘牵引性技术,来推动整个底盘的技术和产品的变革。产品平台是2025年大规模应用的智能底盘代表性产品技术。今年3月份启动了工作,6月底7月初进行了框架的发布,今天向整个行业征求意见,在此基础上逐步完善,在年会的大会上进行正式的发布,年底形成文字稿。
下面向大家汇报智能底盘技术平台定义。
核心目标是定义面向智能驾驶的智能底盘牵引性技术,包括五大部分、10项内容,具体有智能底盘关键零部件技术、智能底盘总体框架设计技术、智能底盘切换控制技术、智能底盘健康状态管理技术和智能底盘开发测试技术。
大家都知道,关键零部件是底盘的基础技术,关键零部件的技术趋势是,要支撑高阶自动驾驶、全电制动、跨系统转向、自适应悬架等底盘关键零部件的全新设计与控制是重要发展方向。
首先,在制动方面,牵引性的技术是轮边电机与EM B集成的双电制动系统,包括双电制动与EPB的冗余架构及容错控制、面向应急制动需求的失效状态监测、干式踏板模拟器及个性化制动模式设计。牵引性指标,单点失效制动最大减速度不低于0.8g。
在转向方面的牵引性技术是线控转向与差动转向集成的多模转向系统,包括线控转向与差动转向的融合架构,转向失效状态监测及容错控制,路感模拟器及个性化转向模式控制。牵引性指标是线控转向失效切换到差动转向响应时间不高于25ms。
在悬架方面,牵引性的技术是可变行程和可变特性的自适应主动悬架,包括取消横向稳定秆的自动悬架构型设计、基于路面状态预瞄的极限路况悬架协同控制,高可靠性和低摩擦主动作动器设计。牵引性指标是主动悬架带宽不低于20Hz。
技术平台的第二大板块是总体架构的设计技术。技术趋势是由机械构型到电子电器架构的分立设计,变为包括机械、电子电气、软件、算法等总体架构设计。
在智能底盘的软硬件架构设计方面,包括底盘域与自动驾驶域、座舱域的融合设计,底盘域软硬件分离与集成设计,面向功能安全的底盘电子电气设计。牵引性指标是软硬件架构支撑底盘动力学与自动驾驶的深度协同控制。
另一项技术是新构型底盘的集成设计,包括动力与底盘的一体化设计,驱动、制动、转向、悬架的一体化设计,模块化底盘与车身的高被动安全设计。牵引性指标是满足最新版碰撞五星标准要求,轻量化系数小于等于2.0。
技术平台的第三大板块是底盘的切换控制技术,技术趋势是由当前的纵横垂动力学控制变为面向正常运行过程、诊断过程、失效运行过程的切换控制,实现多过程多域控制策略的融合。
代表性的技术有健康、异常、容错多模式时序协同的底盘切换控制,包括了多模式切换底盘安全边界的量化,面向模式切换的底盘状态参数协同估计与失效监测,多模式时序协同的底盘容错切换控制。牵引性指标是单轮故障模式下车辆任意方向仍具备轨迹跟踪能力。
还有自驾、座舱、底盘多域融合控制,包括基于传感器共用的底盘状态参数高精度联合观测,基于动力学安全边界的底盘自主决策方法和二次运动规划方法,底盘域、自驾域、座舱域的冗余交互机制。牵引性指标,单一系统部分失效60千米每小时短距离跛行大于等于80千米。
技术平台的健康状态的管理技术,关键技术的趋势是无人化后智能底盘健康状态的感知与管理成为新的技术增长点。
首先是底盘关键部件的寿命预测与性能演化,包括长服服役与极端环境下底盘性能的退化机制,底盘性能衰减演化数字孪生模型,基于实时云监测的底盘性能衰减模型的自进化。牵引性的指标,轮胎磨耗寿命预测精度大于等于90%,这是无人化后要想实现智能车的大规模产业化必须面临的新挑战。
还有底盘异常状态的感知与管理,包括了底盘异响的感知与定位,底盘关键部件松动、断裂等性能异常的识别,底盘健康状态的分级管理机制,牵引性指标是车轮松动识别准确率大于等于90%。
技术平台的开发测试技术,趋势是在实车道路实验主导的开发体系中,基于驾驶模拟器与执行机构在环结合的研发装备,成为安全、体验两大属性研发的重要支撑装备。
代表性的技术是执行机构在环的驾驶模拟器测试,包括驾驶模拟器,驱动/制动硬件在环,转向硬件在环,牵引性指标是底盘关键执行能力拟真度不低于90%。
在技术平台定义的过程之中,也开展了两项技术试点工作,第一项是底盘功能安全整车集成与测试工作,由比亚迪、红旗牵头,来测试分析冗余制动和冗余转向关键指标。下半年要针对冗余制动和冗余转向开展相应的测试工作。第二项工作是面向2025年的智能底盘的软件参考架构,以清华大学牵头定义面向2025年智能底盘的软件架构,代表性的特征是针对动力学控制工况、底盘域与自驾域的协同及底盘执行机构故障工况底盘域与自驾域的协同,10月确定初步参考架构,年底完成初步的仿真验证工作。
第三方面乘用车智能底盘产品平台定义,包括了极限运动、高端公务、城市运行、智能越野四类智能底盘。
极限运动,打造极致的驾乘体验,提升极限工况操作安全边界,拓展驾驶乐趣,增强专业赛道体验。系统的架构特征,悬架系统,前后独立悬架、操控性的悬架设计与调校、更好的车身运动支撑;驱动系统是后/四驱,动力输出强、响应快;转向系统低转向传动比、大扭矩刚度;轮胎是大侧偏刚度、抓地性强。
功能特征一是漂移功能,通过主动调节驱动系统的前后扭矩分配和制动力矩,使后轮进入稳定的饱和侧滑状态,前轮反转向抑制质心侧偏角的增大,维持后轴稳定侧滑的平衡态。评价指标,以面向典型B级纯电轿车,干沥青定桩漂移下后轮内外侧轮速差小于等于50公里每小时,干沥青定桩漂移下后轮平均的滑转率小于等于80%。
功能特征二是赛道功能,基于整车的运动状态,实时调节前后轴动力分配、四轮制动力矩、悬架高度和阻尼,使得车辆在直线和弯道均可充分利用四轮地面的附着,以保证极限工况下整车的加速性能和稳定过弯性能。评价指标,代表性的有弯道最大G值提升10%,弯道最高通过车速提升5%。
功能特征三是弹射功能,要通过协调控制电机驱动扭矩、机械制动与主动悬架,保证车辆最佳的起步姿态,使驱动电机在起步瞬间爆发最大扭矩,实现车辆快速与稳定起步。
第二类产品平台是高端公务,由红旗牵头,搭载最先进的底盘装备和控制技术,实现智能化功能体验,打造极致舒适、极致安全的驾乘体验。系统架构特征,悬架系统,前双叉臂,后五连杆/梯形臂独立悬架,搭载电控减震器、空气弹簧等,实现路面“零”冲击、转弯“零”侧倾。驱动系统,分布式驱动,智能扭矩控制实现“零”纵感、“零”侧滑,融合安全,支持功能安全、信息安全、实现全场景、全功能安全。电子电气架构,中央计算+区域控制,车云一体化。
极致舒适,基于高端公务底盘平台架构,电子电气架构,利用智能悬架、冗余/线控转向和线控制动等先进装备,通过横纵垂融合控制技术,实现极致舒适性,以面向典型的C级纯电轿车为例,在横纵垂融合控制、智能悬架、智能转向和智能制动方面确定的牵引性的指标。
极致安全,基于高端公务底盘融合安全技术、秉持“全链、可探测、可控制”的安全研发理念,打造全功能、全场景、动态防控的车辆综合安全技术平台,利用底盘和各子系统的冗余容错技术,结合底盘跨系统的冗余控制技术实现极致安全。面向典型的C级纯电轿车也有相应的牵引性指标。
城市运行主要是由吉利牵头,全场景高效能量管理,轻量化集成设计,智能网联支持,实现经济性、舒适性及便利性的提升。系统架构特征,制动系统低拖滞阻力、智能舒适制动。驱动系统,高效率、高能量回收率,轻量化高集成多合一电驱动系统。悬架系统,结构轻量化设计,节约化空间布置,高疲劳耐久性。轮胎是耐磨性、低噪和低滚阻。
功能特征一是智能能量管理功能,基于驾驶场景的快速识别,及对未来工况的预测,通过构建整车多热源、多负载、多相精细化的能量管理物理模型,利用在线优化控制算法规划控制目标、实现整车最优的能量管理。
功能特征二是智能舒适行驶功能,基于电机的驱动、机械制动和主动悬架控制,根据驾驶员的意图,动态控制车身俯仰,降低制动点头和驱动抬头的效应,坡道工况通过电机控制车辆的纵向运动,改善起步与停车的驾乘舒适性、便利性,也有相应的牵引性指标。
功能特征三是智能驾驶辅助功能,针对城市工况的场景需求,基于电机控制与底盘的控制融合,降低响应时延,提升响应精度,在不同车速和运行环境条件下全面支撑智能驾驶的辅助功能,也有相应的牵引性指标。
第四大产品平台是智能越野,由长征牵头,面对多地形、各种复杂道路,能给驾驶者带来独特的驾驶体验,硬件设计和软件功能具备越野特色。驱动系统,采用四驱系统,前后均带差速锁,引入分布式矢量控制技术,实现越野驱动系统电动化升级。悬架系统,电控减震器+主动弹簧+可断稳定秆组合,悬架刚度可调,提升越野通过性,同时断开稳定秆,左右轮解耦释放行程,提升接地性。根据越野指标要求,可选定承载式车身和非承载式车身。
功能特征一是全地形控制功能,基于车辆所处的路面类型和越野路况,选择标准、经济、极限运动、智能越野等不同的驾驶模式,整体协同驱动、转向、制动、悬架等各系统协同控制,并根据驾驶员的驾驶风格自动匹配控制的类型,实现“人车合一”,达到最佳的驾驶体验。
功能特征二是智能越野的辅助功能,代表性的是越野巡航,基于车辆视觉传感器判断周边环境,联合车辆横/纵/垂向传感器识别车辆,协同控制驱动和制动扭矩,以实现车辆各自由度越野动态的控制,解放驾驶员双脚,使车辆以安全速度平稳通过越野路段。另外是坦克转弯,监测到驾驶员的极限转向意图时,扭矩矢量四轮转向系统协同工作,减小极限转弯半径。
功能特征三是智能地形的识别功能,根据车辆行驶路况,智能识别路面信息,自动切换最适合当前路面的驾驶模式,保持车辆最优的驾驶性能。
以上是乘用车产品平台的定义。
下面是商用车智能底盘产品平台定义,主要分为公路重卡、城区轻卡、客车、特种车辆四类产品平台。
公路重卡由解放牵头,针对干线物流和高速公路,跟车、超车、会车、避障等代表性的工况,满载、半载、空载等多种载荷,夜晚适应性需要适应雨雪雾等多种天气。在安全方面,这些状况的测量安全辅助,部件免维护或预见性维护。舒适方面是垂向振动加速度抑制,横摆运动控制,俯仰加速度抑制,还有降低成本的要求。代表性的技术,高冗余线控制度,包括高灵敏、长寿命的新构型气压电磁阀,高精度控制、高响应速度的EMB制动器,满足不同驾驶等级的系统架构及冗余方案,基于差动制动的整车动力学控制,主挂一致控制,高效率能量回收,制动跑偏抑制等功能开发。还有大扭矩的线控转向、高功率的集成电驱、主动悬架等关键技术。
城市轻卡产品平台由福田牵头,针对城市内的人员货物运输,自主行驶,自动化调度,跟车、超车、会车、避障等工况。牵引性关键技术,包括大排量液压制动,有高压蓄能式的EHB制动系统及高压蓄能式的One Box系统,电机直推式EHB One Box系统,线控制动冗余控制技术,还有相应的牵引性指标,以及高精度的线控转向技术、半主动悬架技术。
客车运行工况以城市、城郊、山区等为主,运行地区涵盖高寒、高温、高原气候,需要焦米段/吨位跨度大、装载质量变成大、道路工况差异大等问题。牵引性的技术,有高安全线控制动、高精度线控转向、高效率集成电驱,还有高集成线控底盘等技术。
还有特种车辆,主要针对港口和矿山,由SANY牵头,自主行驶、自动化调度与港口设备的交互、跟车、超车、会车、避障等,24小时连续作业。关键技术包括制度系统的超大轴距,多轴车轴荷高精度估算及减速度精准控制,非铺装路面的附着识别及滑移率估算及校验技术,极致能量回收技术等。也包括电驱动系统,有后轮转向以及全轮转向技术,还有双路或多路电控转向的协同控制技术,转向高精度控制算法等。还包括了电驱动系统。
在这个过程之中,感谢各位专家和各位代表性单位,也期待行业提出宝贵的意见和建议,我们把这个技术平台和产品平台的定义进一步完善,共同推动行业的进步。
各位同仁,没有青藏高原就没有世界最高峰的云集,没有高峰的云集,就没有世界的屋脊。让我们转变思路,潜心工作,借智能底盘的高原,筑智能底盘的高峰,谢谢大家!
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