张杰:冗余智能制动系统研发与创新

  6月27日-29日,2022中国汽车供应链大会暨首届中国新能源智能网联汽车生态大会在湖北武汉经开区举办,本届大会主题为“融合创新、绿色发展——打造中国汽车产业新生态”。大会由工业和信息化部、湖北省人民政府、中国机械工业联合会联合指导,中国汽车工业协会和武汉市人民政府共同主办,武汉市经济和信息化局、武汉经济技术开发区管理委员会、武汉市智能汽车产业促进会和汽车纵横全媒体协办,东风汽车、黑芝麻智能和地平线为合作伙伴。岚图Free、岚图梦想家和东风风神皓极作为本次大会的官方服务用车,为大会嘉宾提供出行服务。其中,在6月29日上午举办的“智能线控—构建智能汽车新底盘”主题论坛上,中汽创智科技有限公司智能底盘事业部高级总监张杰发表精彩演讲。以下内容为现场演讲实录:

  各位行业的专家朋友们,上午好,我的议题直接把“冗余”点出来了,冗余智能制动系统的研发创新。刚才现场有个停电小插曲,表现出了做电源冗余备份的必要,我主要分享的内容就是冗余制动系统设计开发以及对高阶驾驶的重要性。
  首先说下智能电动汽车对底盘的新需求,智能网联车辆需求底盘执行不完全依赖人力的主动制动/转向等,并要求安全冗余、fail-operational;新能源车需求底盘不依赖于发动机真空源的助力、提高能量回收效率、提升整车性能及个性化配置。所以新一代线控化智能底盘系统是实现自动驾驶的必备条件、也是增加新能源车续驶里程的关键系统。
  当前主机厂已在布局智能线控底盘技术,自主供应商的线控电液制动系统开始量产应用。那么智能底盘发展到当前所面临的挑战是什么呢?首先车辆具有架构的多样化,怎么实现兼容性以及功能性的安全可靠。第二,线控底盘有多个执行器,它们之间如何实现高效协同。第三,对于高级自动驾驶在特定场景失效以后,线控底盘的安全运行机制怎么样保障。针对这三方面挑战,线控底盘呈现出软硬件解耦及软件分层化、异构冗余、线控执行单元模块化及集中计算控制等新特征。
  线控制动系统产品类型有Two Box和one box、EMB。对于two box,有非解耦式和电液解耦式电子助力器两者,前者需要搭配针对电动车辆的ESPhev系统,对于解耦式电子助力器可以搭配传统常规的ESC,对于成本和功能上不具有竞争优势;现在面向L2自动驾驶应用的主要是one box模块,这是当前市场的主流。针对L3以上自动驾驶的应用,有两种方案,一体式电控冗余和分体式全冗余。当前EMB仍面临着电机技术及基于电机的功能模块控制算法实现、安全性、法规要求和成本的问题,EMB或许是更完美的技术方案但发展缓慢。
  接下来介绍一下中汽创智对于智能底盘发展规划情况。中汽创智是三大央企汽车公司(一汽、东风、长安)联合投资组建的新型创新体,致力于智能底盘、氢燃料动力和智能网联三大核心领域,开展“前瞻、共性、平台、核心”技术研发及产业化。在中汽创智首批规划攻关的12项核心技术之中,
  智能底盘、智能制动作为公司的首要项目。
  中汽创智在智能底盘方面,定位是行业Tier0.5,意在开创未来汽车产业合作的全新格局。我们基于四点考虑,一是国家战略下创立的关键技术创新企业,以立足自主创新,突破卡脖子技术,提升国内汽车零部件产业竞争力为使命;二是三大央企整车企业技术中心的延伸,可以提供系统集成产品与整体解决方案;三是“产学研用”市场化的核心纽带,将研发成果转化进行产业化突破;四是Tire1/2的共创共赢伙伴,寻求与各级供应商在各层次上的战略合作。
  中汽创智对于智能底盘研发的整体规划如下:开发面向高级别自动驾驶、具有自主知识产权的底盘集成控制系统,掌握关键核心技术,解决“卡脖子”问题,满足国内市场供应需求,充分参与国际市场竞争,打造自主可控的国内产业链和世界一流的产品竞争力。第一阶段在2023年Q3实现冗余智能制动系统IBC+RBU量产应用,第二阶段实施冗余转向DP/R-EPS及与制动协同控制研发;第三阶段融合集成制动、冗余转向、主动悬架,形成智能底盘动力域控制系统iCCS。
  中汽创智底盘域控制系统分为三层架构,第一层是域控制器层DCU,第二层是各驱动控制器ECU,第三层是机电液智慧执行器。我们从各个单元电控的突破到底盘集成控制、智能控制,最终实现针对用户个性化差异的定制化控制突破。对于域控制器的功能,可包括驾驶特性管理、侧纵垂三向运动控制、智能底盘控制、预测性控制等功能。
  在智能制动系统方面,中汽创智开发面向高阶自动驾驶冗余架构IBCU+RCU制动系统,制动产品一定要讲究安全可靠,我们产品所追求的三个目标,首先是安全可靠,二是软件稳健鲁棒,三是成本竞争力强,要有高的性价比。主模块IBC集成了电子制动助力、主动制动、车辆稳定控制、再生制动、双控驻车、机械备份等功能于一体,冗余模块RCU具有主动制动、稳定控制ABS、单控EPB的功能。采用平台化、系列化设计,可满足3.5吨以内乘用车的应用。
  这是我们产品特性的介绍,首先是安全可靠,建压能力大于20MPa、使用寿命大于220万次;其次是结构紧凑,集成化轻量化的设计,比行业竞品轻10%;另外响应快速,主动制动响应时间小于140ms。在自主创新方面,采用电机直驱助力、自主线性电磁阀,40多项功能个性化定制,可智能迭代、远程升级,基于车端自学习和云端大数据应用,可实现远程监控和预测性控制。
  在已经突破的核心技术方面,包括三级冗余安全架构,高效低噪音的电机直驱助力,高度集成化和轻量化的机电液耦合结构,还应用了感应式传感器,高精度线性电磁阀阀,双控冗余EPB设计,在安全电路方面包括三轨供电、大电容智能预充,电机断电保护设计等;在软件算法方面,包括多核异构锁步软件实时任务控制策略、高频率线性电磁阀调控和PMSM电机三闭环与弱磁控制技术等。目前已经申请了接近百余项发明专利,已授权了6项发明专利。
  这里重点讲一下针对高等级自动驾驶冗余智能制动系统架构设计,我们采用的是三级冗余安全架构设计,IBCU主模块+RCU冗余模块+双控EPB,主制动系统的失效判断时间小于100毫秒,主冗系统切换小于20毫秒,满足L3以上自动驾驶所需求的Fail-operation功能。针对双控EPB系列化配置,设计了IBC单控制器主从MCU交叉互检架构的全冗余双控EPB方案,以及IBC+RBU双控制器各自单控的分布式冗余控制方案。
  在软件功能开发方面,基于多核异构MCU分配不同的任务以提高并行计算速度,功能上分成九大模块,包括:基础助力功能,主动安全,增值功能、支持ADAS/HAD功能、驻车功能、客户定制功能、系统服务功能、HMI人机交互、客户端自学习和云端应用。可实现个性化的定制,针对不同车型,设置了低中高三种软件配置;车辆交付之后可以推送小程序至用户,增加主机厂的附加值。搭建了软件算法全栈开发测试工具链,以ASPICECL3为基础,融入ISO26262功能安全开发流程,形成软件开发V-Model的完全覆盖,提升软件质量。
  将”车端自学习+云端大数据AI算法”应用于底盘制动系统,在云端通过数字孪生技术建立虚拟模型进行仿真,把实际数据实时上传到云端进行分析比较,从而拓展新的功能,可实现驾驶习惯分析与跨平台移植、远程监控诊断以及预测性控制等亮点功能;基于大数据统计,针对制动系统的部件维修保养可提前告知用户。
  在测试验证方面,目前具备关键零部件/组件/总成系统测试能力,拥有精测理化、性能与耐久、硬件在环、环境测试设备等设备,配置了针对电机和电磁阀的专用测试台,覆盖产品研发需求。
  尤其要提到加速耐久验证,对220万次全寿命耐久工况进行筛选,基于疲劳损伤,磨损损伤,老化损伤理论,转化为30万次的快速耐久测试,从而可以提高测试效率。
  针对匹配和算法优化方面,我们已经搭载实车开展了IBC冬夏季匹配测试,过程中结合主客观评价的反馈,对算法进行优化以快速迭代,加快算法的稳定。产业化方面,目前已经投建了两条线中试线,基于“中试线-小批量生产线-大批量工艺验证中心”的定位进行建设。采用柔性化的设计,通过模块化换型以适应系列品种,可复制瓶颈工位以快速升级产能。
  我们正在加速推进中汽创智IBC产品的量产,也谢谢行业内朋友们的支持,我的分享就到这里,谢谢大家!
  (注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅)
  
版权声明:本文系汽车纵横网原创文章,如需转载请注明出处和作者,并加上指向链接:http://www.autoreview.com.cn,谢谢合作。

地址:北京市丰台区五圈南路30号院1号楼D座3层302室 邮编:100160 电话:010-63429223 E-mail:autoreview@caam.org.cn
《汽车纵横》杂志社有限公司 京ICP备05030302号-2