自动驾驶关键技术—执行

执行层是指系统在做出决策后,按照决策结果对车辆进行控制。车辆的各个操控系统都需要能够通过总线与决策系统相连接,并能够按照决策系统发出的总线指令精确地控制加速程度、制动程度、转向幅度、灯光控制等驾驶动作,以实现车辆的自主驾驶。

作者 / 开拓者 出品 / 公众号“AI汽车人”(ID:aiqicheren)

执行控制是自动驾驶真正落地的基础。感知定位如同驾驶员的眼睛,规划决策相当于驾驶员的大脑,而执行控制就好比驾驶员的手脚。并且规划决策无法和执行控制剥离,对执行控制缺乏了解,决策就会无从做起。

执行控制机构的核心技术线控执行主要包括线控制动、转向和油门。某些高级车上,悬架也是可以线控的。

线控执行中制动是最难的部分。

(1) 线控油门

现在已经很成熟了,通过发送电信号来控制节气门的开合程度或者电动机,。

线控油门(电子油门)相当简单,且已经大量应用,凡具备定速巡航的车辆有电子油门。电子油门通过用线束(导线)来代替拉索或者拉杆,在节气门那边装一只微型电动机,用电动机来驱动节气门开度。

电子油门的主要功能是把驾驶员踩下油门踏板的角度转换成与其成正比的电压信号,同时把油门踏板的各种特殊位置制成接触开关,把怠速、高负荷、加减速等发动机工况变成电脉冲信号输送给电控发动机的控制器 ECU,以达到供油、喷油与变速等的优化自动控制。

电子油门控制系统主要由油门踏板、踏板位移传感器、ECU(电控单元)、数据总线、伺服电动机和节气门执行机构组成。

在自适应巡航中,则由 ESP(ESC)中的 ECU 来控制电机,进而控制进气门开合幅度,最终控制车速

(2) 线控转向

线控转向普及程度不高,有一些乘用车的量产产品。比如说英菲尼迪Q30等。

一般来说目前的EPS与线控转向相比,差距只在方向盘与车轮之间的连接并非采用线控,而是依然采用机械连接,所以很多都是在EPS上进行改造。线控转向的缺点是需要模拟一个方向盘的力回馈,因为方向盘没有和机械部分连接,驾驶者感觉不到路面传导来的阻力,会失去路感,不过在无人车上,就无需考虑这个了。

成熟EPS技术一般都掌握在国外主流供应商手中,所以很多自动驾驶企业的车辆基本上都是外包。真正自己有核心技术的比较少。在商用车上,现阶段还没有量产产品。目前的电子助力转向(EPS)非常接近线控转向了。

(3) 线控制动

制动组件的发展里程:

因为制动技术比较复杂,在ADAS功能中,许多技术都集中于制动技术,比如ACC,AEB,ESP,APA等。

线控制动是以电子元件来取代液压或者气压控制单元,主要包括

EHB(electronic hydraulic brake)电子液压制动,

EMB(mechanical)电子机械制动两种。

线控液压制动器(EHB)

EHB(Electro-Hydraulic Brake)即线控液压制动器,是在传统的液压制动器基础上发展而来的。EHB 用一个综合的制动模块来取代传统制动器中的压力调节器和 ABS 模块等,这个综合制动模块就包含了电机、泵、蓄电池等等部件,它可以产生并储存制动压力,并可分别对 4 个轮胎的制动力矩进行单独调节。

比传统的液压制动器, EHB 有了显著的进步,其结构紧凑、改善了制动效能、控制方便可靠、制动噪声显著减小、不需要真空装置、有效减轻了制动踏板的打脚、提供了更好的踏板感觉。由于模块化程度的提高,在车辆设计过程中又提高了设计的灵活性、减少了制动系统的零部件数量、节省了车内制动系统的布置、空间。可见相比传统的液压制动器,EHB 有了很大的改善。但是EHB 还是有其局限性,那就是整个系统仍然需要液压部件,其基本的还是离不开制动液。

bosch的iBooster,大陆的MK C1以及ZF的IBC都是EHB范畴。

电子机械制动(EMB)

如果把 EHB 称为「湿」式 brake-by-wire 制动系统的话,那么EMB就是「干」式 brake-by-wire 制动系统。

EMB 全称 Electro Mechanical Brake,和 EHB 的最大区别就在于它不再需要制动液和液压部件,制动力矩完全是通过安装在 4 个轮胎上的由电机驱动的执行机构产生。因此相应的取消了制动主缸、液压管路等等,可以大大简化制动系统的结构、便于布置、装配和维修,更为显著的是随着制动液的取消,对于环境的污染大大降低了。

EHB和EMB主要区别在于制动力来源。EHB的制动力是由液压蓄能器提供,而EMB的制动力是由电机来提供。

EMB相比传统液压制动,电信号响应速度快,制动性能得到优化,结构简化,省去复杂液压控制结构,所以维护成本低,此外,电动机驱动的方式便于增加电控功能,便于进行系统改进设计。更重要的是EHB由于技术复杂,所以基本上都是国际巨头控制,所以新兴市场EMB更有竞争优势。

当然EMB也有不少缺点的

(1)线控制动功率受限于电动机功率,很多车内空间有限,所以永磁电动机尺寸受限,功率也不高,最终导致制动力不足。

(2)制动片一直处于高温的工作情况下,同样因为空间问题,在电机选择上必须使用永磁电动机,刹车时,长期高温会导致永磁电动机消磁。

(3)EMB系统有半导体元件被安装在制动片附件,高温对半导体元件是一个非常大的考验。

(4)需要独立驱动电源,12V提供不了所需能量,一般24V或者48V。

(5)线控制动的可靠性还没有得到完全的测试和验证。

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