线控技术安全性,让人欢喜还是让人忧

图片来源:企业官网

8月8日,新上市的瑞虎8新能源冠军版用上了线控制动系统,8月下旬将上市的吉利睿蓝7搭载了线控制动系统,将在9月上市的新款特斯拉Model 3也新增线控转向系统……线控技术作为汽车智能化电动化的技术支撑之一,正逐渐出现在越来越多的新车型上。如同汽车上其他新技术一样,安全始终是备受关注的焦点。有人认为,线控技术取消了机械传导装置,制动、转向、底盘涉及整车安全性能,改由线控方式传导,总感觉在安全性上会打折扣。那么,线控技术安全性究竟如何?是否存在一些尚待解决的瓶颈?如何更好地提升线控技术安全性?带着这些行业和消费者普遍关心的问题,记者对相关整车及零部件企业、行业专家、消费者作了采访调查。

企业:保障安全持续改进

所谓线控技术,简而言之即主要以导线柔性连接代替原来的机械、液压连接,电信号传递速度要大大快于机械传递速度,理论上具备更为安全的优势。

作为整车企业,整车安全始终是首要考虑的设计制造要素,选择线控系统的初衷也是为了提升安全性。“从整车安全角度出发,线控等系统均需冗余(备份)设计。”东风汽车集团有限公司技术中心党委副书记、副主任杨彦鼎向记者表示,冗余设计提升了整车安全保障。线控系统涉及到多个子系统,一是线控油门、线控换挡,技术相对成熟,应用率较高;二是线控悬架,包括空气悬架、主动稳定杆、自适应可调减震器等技术已经出现并应用,未来结合高精度路面识别技术,会得到进一步发展;三是线控转向和线控制动,是面向自动驾驶执行端方向最核心的产品,线控制动技术难度较高,现阶段最关键的线控转向和线控制动系统适用于高级别自动驾驶的量产产品还较少,是整车企业和各大零部件供应商争相布局的赛道。

近两年,美国造车新势力Rivian带火了线控滑板底盘,也在一定程度上推动了企业在线控技术上的研发。“线控底盘各子系统将走向标准化。”对于线控技术的演进及其对于整车安全的作用,长安汽车线控底盘总工程师余斌认为,目前各子系统的成熟度均有待继续提升。一是线控制动,技术整体上还不太成熟,目前电子液压制动(EHB)是主流,电子机械制动(EMB)还在研发改进中,只有当EMB取代EHB成为主流后,才更利于控制的实时性、软硬件解耦及用于自动驾驶的控制。二是线控转向,尚未大规模量产和应用,主要技术难点是其安全性和可靠性,目前以电子助力转向系统(EPS)为主,未来将向线控转向系统(SBW)发展。虽然EPS是机械式连接,但可以认为EPS已经是线控产品,它可以通过软件做很多接口化操作。三是线控悬架,悬架技术本身并不是线控底盘的必须配置,整车企业根据车辆不同的定位、不同的需求去选配主动液力悬架(CDC)、主动电磁感应悬架(MRC)和电控空气悬架(ECAS)等线控悬架系统,将逐步与车体融合。

在东风汽车旗下的猛士电动越野车上,已出现线控制动和线控转向系统。“线控底盘技术是汽车智能化发展的必然趋势,当前处于快速发展上升期,可以说处于相对成熟的阶段。”杨彦鼎认为,国内企业目前均处于将研究成果转化落地阶段,且已有初步成效。

线控技术出现早期主要由汽车零部件企业研发。早在20世纪60年代,美国天合等转向系统厂商、德国Kasselmann等供应商就开始开发将方向盘与转向车轮之间用电信号控制代替原有的机械连接。1990年,奔驰公司开始深入研究前轮线控转向系统,并将其开发的线控转向系统安装于F400 Carving的概念车上。

目前,国内从事线控技术开发的零部件企业中,伯特利汽车安全系统股份有限公司(以下简称“伯特利”)于2019年在中国品牌中率先发布线控制动系统(WCBS)。“线控系统比传统的机械系统更安全,还能提高驾驶感和节约成本。”从事汽车技术研发出身的伯特利董事长兼总经理袁永彬介绍,线控系统的确要凭借冗余设计提升安全性。WCBS集成双控电子驻车系统(EPB),进一步提升了驻车系统可靠性,即使主制动失效,根据驾驶员踏板输入,系统仍然可对EPB自动实施线性夹紧,有效提升制动效果。同时具有“2+2”轮速信号处理备份,备份行车制动时,仍具有EPB防抱死功能,可以提升自动紧急制动(AEB)性能。同时,WCBS通过解耦,彻底解决了制动系统“踏板行程-踏板力-制动减速度”长期难以调和的匹配关系。踏板脚感由模拟器产生,可提升驾驶者在制动时的舒适性,模拟器由非橡胶元件组成,在-40℃至120℃范围内,踏板特性稳定。同时,WCBS还能有效降低电机系统制动噪音,消除真空助力器噪音。而且,基于双控EPB专利技术,整车可取消P挡锁止机构,支持遥控泊车、特定场景的自动驾驶及防盗功能,进一步提升了安全性。特别是WCBS还具备回收制动能量功能,综合工况下平均可以增加电动汽车15%的续驶里程,降低了相应成本。

“智能线控底盘系统技术路线首先强调的是安全。”作为智能线控底盘开发供应商的格陆博科技有限公司董事长刘兆勇认为,正是因为涉及安全、算法和复杂的结构,线控制动和线控转向的技术开发难度较高。线控底盘之所以尚未像智能座舱那样快速推广,正是因为涉及汽车安全,而底盘是安全等级要求最高的部分,同时由于智能化电动化及冗余设计,带来的成本相对较高。

或许正是感到线控技术对于汽车安全带来的提升作用,因此,近期国内相关企业在线控技术开发及量产上都在加速布局。今年3月,悠跑科技发布了可量产全线控滑板底盘;4月,利氪科技在上海车展期间亮相智能化线控底盘产品;5月,拿森推出了智能底盘新产品……

对于线控技术发展,杨彦鼎认为,这对于提升整车安全性有重要价值,并看好该技术未来发展。他表示,近年来,政策对新能源、智能网联汽车的推动作用凸显,线控底盘受益于长期政策导向,有望进入快速增长期,国内线控底盘相关供应商有望实现弯道超车。当前国内企业包括整车和相关零部件企业陆续推出线控底盘相关产品,并实现在自主品牌车型上的搭载。东风汽车对当前技术路线和车辆最终发展形态即高度集成化进行了充分分析,选择了一条适合自身的发展路线,瞄准线控底盘发展趋势,分阶段布局实施。

业内人士:广泛应用仍需时日

安全指标要求较高的汽车底盘,正沿着从传统机械式底盘到电气化线控底盘,再到一体化智能线控底盘的路线演进。因此,线控技术也得到了行业专家的高度关注,尤其是线控技术的安全性问题。

“当前线控技术在国内外的智能电动汽车上已经开始逐步应用,安全性是有保障的。”同济大学汽车学院副院长熊璐向记者表示,要实现全解耦的线控转向,还需要在安全性方面做更多的技术研发工作,尤其是功能安全方面,目前的失效要求是10fit(即1亿小时失效1次),这需要进一步技术研发。目前,在较高级别辅助驾驶系统中,线控转向可以通过增强型的电动助力转向系统(EPS)来实现,全线控方式可能会在2~3年内实现。

其实,从企业到院校都对线控技术进行了研发。2009年,吉林大学开发了线控转向试验车;2010年第25届世界电动车展览会上,吉林大学展示了全线控电动概念车。“尽管已经应用的线控技术是安全的,但还没有达到100%放心的程度。”吉林大学汽车工程学院教授赵健指出,保障线控技术的安全性主要依赖冗余设计,目前市场在用的线控制动系统(EWBS)有机械式的冗余备份,一旦线控制动出现问题,可以使用机械到液压制动系统直接连接,法规对此有要求,在制动系统失效时,要有0.25g(g为重力加速度单位)的减速,没有冗余备份是不符合法规要求的,由此保证了安全。

整车安全,与线控底盘紧密相关,而线控底盘各子系统的成熟度并不一致。“在安全性方面,线控技术本身凭借更快的反应速度、更快的信号传输速度提升了系统安全性,但系统自身可靠性带来的安全隐患不容忽视,这会随着技术研发及不断优化的进程,强化线控底盘的功能安全,减少其可靠性风险。”罗兰贝格全球合伙人、大中华区副总裁袁文博向记者谈到,线控底盘各子系统的技术成熟度存在较大差异,线控换挡和线控油门技术成熟度较高,在乘用车上基本实现完全覆盖。线控悬架技术相对成熟,但规模化应用存在成本较高的问题。线控制动和线控转向还存在很多改进的地方。从发展方向看,线控底盘替代机械连接是大势所趋,线控底盘也是实现高级别自动驾驶的先决条件,只有通过电信号实现驾驶员操作与底盘控制的解耦,才能由计算指令替代驾驶员实现自动驾驶。

总体上看,线控技术是智能电动汽车提高安全保障的基础,已经成为行业的主流共识。“汽车要实现智能化电动化,必然需要线控化。”熊璐表示,从自动驾驶对汽车的加速减速,到能量回收,再到底盘性能相关的软件,很多方面都与线控技术紧密相关。线控底盘的很多性能可以由软件来决定,车辆的响应会更加灵敏,线控制动速度可以达到100毫秒,实现1g的减速度,机械制动的响应速度是无法与之比拟的,线控技术可以实现车辆性能的提升,包括安全性能。而且国内相关标准法规在不断健全,这对于提升线控系统安全性是个重要基础。

近年来,博世、大陆、采埃孚等企业,都推进了线控技术的开发。其中,博世量产了线控制动系统iBooster产品,大陆推出了线控制动系统MKC1,采埃孚收购的天合推出了线控制动系统IBC。“从安全角度看,国内企业的线控技术与国外的差距正在缩小,已经没有20年前那么大。”赵健表示,在线控技术上,国内起步较晚但发展快,目前无论是工艺和加工能力,还是线控技术中必需的非金属材料等方面都有了很大提升。若干年前,如果是国内自主品牌供应商给整车企业供货,整车企业还比较犹豫,对自主品牌供应商的线控系统的安全性心里没底。但是现在情况不一样了,国内的线控系统供应商基本都有了较为稳定的客户。除了国内标准法规在不断完善,我国也参与了智能网联及自动驾驶汽车国际标准的制定,因此会给线控安全水平提升、国内相关产业发展带来利好。

“安全性与可靠性始终是线控技术研发的重点。”在袁文博看来,线控系统需要冗余系统来支持安全,就带来了成本问题。而且,技术方面还有多个瓶颈,一是线控使用的电子液压制动系统(EHB)的生产工艺需要提高,要对其中多个零部件的复杂系统的总成装备提高精度,同时软件的稳定性和模拟器算法也是制约线控制动的因素。二是线控制动(EMB)的规模化应用还需要5年左右,主要是取消机械连接后,对通信连接、设备可靠性及抗干扰能力提出了更高要求,目前有个别电子元器件的可靠性是无法满足的。同时,车规级要求的工作温度与震动环境,要求系统有更强的耐热性、散热性和抗震性,这些要求会反映在核心零部件芯片及制动电机上,目前尚未达到EMB系统应用标准。三是线控转向的大规模应用仍需数年。尽管转向系统执行单元可以沿袭传统电动转向,但控制单元和冗余单元存在颠覆性技术要求。控制单元指令输入逻辑由电流闭环转变为角闭环,对传感器感知信号分析要求极高,同时传感器精密原件在巨震环境中失效率问题较大。而冗余单元的电子部件可靠性难以达到机械部件水平。

消费者:线控安全性看法不一

国内汽车市场已经出现了搭载线控系统的新车,众多车主及消费者也对线控系统的安全性有着自己的体验和感受。据预测,到2025年,线控制动装车率将突破50%。因此,消费者的看法也为企业技术开发提供了重要参考。

很多车主对此表示,线控系统会比机械系统更安全。“新技术一定会比过去的技术更安全,使用更方便。”北京“90后”电动汽车车主宋捷向记者谈到,买车时就了解到,国内造车新势力的一些车型上使用了博世等国外品牌的线控制动系统,也有的车型上用的是国内自主品牌的线控制动或线控转向系统,曾经去试驾过多款车型,几乎感觉不出有什么区别。因为现在的线控制动最终还是要通过机械刹车组件来达到制动,只要机械部分做好,就会给消费者带来更好的驾乘体验。客观上,价格较高车型的制动部分就很柔顺,要比廉价车型的体验感好得多。由于线控制动基本都有冗余备份,又加上电动汽车基本在市内上下班通勤使用,所以不担心线控制动的安全问题。“如果不符合法规要求,使用线控系统的新车肯定是不能上市的,我相信线控技术的安全性。”他说。

其实,线控技术的应用近20年来逐渐增多。2001年第71届日内瓦国际汽车展览会上,意大利Berstone汽车设计及开发公司展示了线控技术的新型概念车FILO。2003年,丰田汽车在纽约国际车展上展出了装配线控转向系统的Lexus HPX概念车。2014年,英菲尼迪在Q50轿车中首次推出了线控技术,成为全球首款搭载线控转向技术的量产车型。眼下,包括传统车企、造车新势力的新车型上,带有线控系统的车型正在呈现上升趋势。

“买车时看了多款电动车,也听了销售人员介绍,基本上搭载L2级辅助驾驶系统的车型上才会选择使用线控转向、线控制动系统,我的理解是线控系统是与智能驾驶系统绑定的,在当前法规要求下,辅助驾驶系统也有使用的边界及条件要求。只要消费者不超越使用边界,线控系统应该是安全的。”消费者佟骏生告诉记者,自己一般只有在高速路况和环境较好时使用辅助驾驶系统,而且手不离方向盘。有线控系统的支持,相信更高级别的自动驾驶一定会到来,体验到无人驾驶车辆的舒适和惬意。

但是,也有车主对线控系统带来的问题进行“吐槽”。“去年买了一辆较为便宜的国产车型,其搭载的线控制动系统体验感不是太好。”车主刘逸冬表示,车上的线控制动与油门踏板有共振问题,很不舒适,后来经销商通知可以到4S店去做维修来改进问题。车主群里还有人说线控制动会导致刹车失灵,这可能是因为他不了解车上有备份系统,线控失效会有传统的机械制动起作用。

专业研究预测,线控系统的市场前景看好,到2025年国内市场规模约为700亿元。到2026年,线控转向、制动和悬架三个子系统的国内市场规模将超800亿元,年均复合增长率达到62%,全球市场规模将超过1500亿元。这一潜力巨大的市场和快速发展的趋势,使消费者对线控系统的安全体验更为关切。

“一二十年前国外品牌汽车使用线控转向有过相关故障的报道,现在这样的安全问题可能不太容易出现了。”在一家电子研究所工作的电动汽车车主张康介绍,线控系统所使用的芯片、电子元器件等相关技术近20年有了突飞猛进的发展,技术水平及可靠性有了很大程度提升,线控系统应该不会有太大问题,总体上安全系数越来越高。因此,自己买车时了解了多个品牌带有线控系统的车,最终选定了国产品牌电动汽车,已经使用了一年多,没发现有“槽点”。现在智能电动汽车技术及相关的自动驾驶、线控技术都在快速发展,相信众多企业的研发对于提升线控技术安全性会有很大帮助,随着线控技术的快速迭代升级,相信线控技术会越来越安全。

文:赵建国 编辑:张彦武 版式:赵方婷

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