开车时刚喝一口咖啡,车轮恰好压过一处路面凸起,咖啡便洒到了衣服上。TI在一期三人对话栏目中,用这个日常场景引出了智能底盘:如果车辆能够提前感知道路变化,并及时调整悬架,乘员感受到的冲击就有机会减小。
在这段访谈中,TI汽车系统总监Mark Ng与动力总成及底盘部门总经理Jerry Shi从悬架、转向和制动谈起,介绍了线控系统、电子机械制动以及主动悬架背后的半导体技术。
底盘系统逐步引入电子控制
底盘决定了汽车如何转向、制动,以及如何应对路面变化。Mark在访谈中解释,智能底盘涉及悬架、转向和制动系统的协同,而这些系统中的许多功能,目前仍然依靠机械或液压结构实现。
传统液压制动就是一个例子。驾驶员踩下制动踏板,通过液压系统传递压力,再由车轮上的制动机构完成动作。智能底盘的发展方向,则是逐步引入X-by-wire,也就是线控技术。其中的“X”可以代表制动、转向或悬架,对应线控制动、线控转向等系统。驾驶员的操作由传感器读取,控制器计算后,再交给电气执行器完成。
Mark用飞机的电传操纵系统作了类比。飞机已经使用这类技术多年,电子系统可以根据控制指令操作方向舵、襟翼等部件。类似的控制方式也正在进入汽车底盘,改变车辆各个执行系统的工作方式。
在他看来,这个变化已经持续了很长时间。车窗控制、电池管理和车内信息娱乐系统都经历了电子化与智能化升级,底盘则是汽车中需要进一步发展的重要领域。随着车辆具备更强的环境感知与计算能力,底盘也需要能够执行相应的控制要求,支撑车辆在日常驾驶和复杂条件下的操控与制动。
悬架体现了这种协同关系。车辆通过感知系统识别前方坑洼,再通过电子控制调整悬架状态,可以减轻路面变化带来的冲击。访谈中的“避免洒咖啡”,描述的正是这种希望改善的乘坐体验。
EMB是一套带有安全要求的电机控制系统
访谈中,Jerry以线控制动为例,介绍了从驾驶员操作到车轮执行的控制过程:驾驶员踩下踏板,传感器检测踏板位置,再通过CAN或以太网向中央计算系统发送制动请求。中央计算系统完成处理后,向各个车轮的执行器发出指令。
其中一个技术方向是EMB,即电子机械制动。它通过电机驱动机械机构产生制动力,电机控制也就成为制动系统中的关键环节。
Jerry将EMB与牵引逆变器作了比较。两者都可能采用三相电机控制,但EMB的功率比牵引系统低得多,同时需要具备相应的安全功能。从半导体构成看,系统需要功率器件、电机驱动器、微控制器和电源管理器件,共同完成电机驱动、控制与供电。
在功率级方面,Jerry提到了TI的GaN FET;在控制与供电方面,则介绍了支持功能安全设计的电机驱动器、微控制器和电源管理产品。访谈没有列出具体型号,重点是说明这些器件如何共同构成EMB系统。
主动悬架有不同的执行方式
主动悬架同样需要将电子控制与机械执行结合起来,但具体实现有不同路线。Jerry在访谈中介绍了电子控制空气悬架,以及基于电机的主动悬架。
空气悬架通过阀调节空气压力,进而调整底盘状态。系统中的多个阀需要相应的控制器驱动,Jerry提到,TI的相关方案可以控制多达约20个阀。
电机式主动悬架则通过电机调节悬架和车身状态。TI提供的48V电机控制方案,可以用于这类系统的设计。两条路线采用不同的执行机构,分别形成了对多通道阀控制和电机控制的需求。
当这些执行系统与道路感知结合时,车辆就有机会在驶过坑洼之前调整悬架,而不只是等到车身受到冲击后再作出响应。对乘员来说,这些技术最终体现在车辆的平稳程度与乘坐感受上。
冗余和诊断支撑底盘安全
制动、转向与悬架的电子控制,也让系统安全成为访谈中的重要话题。Jerry介绍,相关设计需要采用冗余,并通过系统诊断支持功能安全。
在器件层面,TI将诊断功能集成到半导体产品中,相关器件也提供相应的功能安全认证,为系统开发提供支持。访谈并未展开具体认证等级或冗余架构,而是强调了安全设计需要贯穿底盘控制与执行环节。
Mark认为,驾驶员最直接感受到的变化,将是更灵敏的车辆响应和更舒适的乘坐体验。智能底盘也为自动驾驶提供执行基础,让车辆能够根据感知与计算结果完成转向、制动和悬架调整。至于车辆承担更多驾驶任务、乘员能够在途中阅读或处理邮件,则是访谈中描述的未来应用场景。 |