汽車底盤自主開發技術淺見

前言

自2009年開始，中國汽車產銷量已經連續十一年蟬聯世界第一，汽車產業已然成為我國國民經濟的重要支柱。然而，從2018年出現的首次下降到現在，歷經2年時間，汽車市場正在經歷寒冬也已成為事實。這對自主品牌汽車形成了更大壓力，迫使企業進一步強化創新驅動，全面形成正向開發能力，真正打造自主品牌的高品質智慧汽車。在此過程中，底盤效能作為 “品牌基因”的核心、智慧駕控的關鍵執行層，是車輛平臺的重要基礎之一，更要率先發展自主核心技術，完善現有開發體系，形成具有自主特色的研發路線，最終實現汽車產業的“換道超車”。

多方協同聯合開發

隨著自主汽車企業研發能力與深度的逐步升級，正向開發逐漸成為主流，在設計開發初期，充分利用模擬分析、綜合匹配最佳化、虛擬試驗場等技術手段進行車輛的效能開發及評估，可大大提升產品效能、縮短研發週期、降低開發成本。為全面、高效、同步進行整車效能的開發及驗證，在車輛開發的早期，整車企業應需要協同供應商進行全方位的同步匹配設計，共同建立標準化開發流程及資料管理體系，搭建多方協同聯合開發的“智慧化協同平臺”，實現全體系的正向同步設計，保障總體效能與系統約束的最優平衡。“智慧化協同平臺”要涵蓋從車輛前期效能定義、到中期效能分解以及後期精細最佳化調校的底盤效能開發全流程，也要包括複雜的各專業子系統資料處理分析模組、整車效能匹配評價模組、DOE及靈敏度分析模組、穩健性綜合匹配最佳化模組等，以此為基礎搭建互聯雲平臺進行多方資訊互動、模型建立、效能分析、引數最佳化分解，實現具有獨有品質效能基因的精準開發，而後經過多輪多車型資料及經驗積累，使得產品效能夠持續迭代升級。

目前，本團隊自主開發的車輛動力學雲平臺，已經擁有前期低自由度效能定義動力學模擬模組、中期效能分解的動力學轉化模組以及基於商用軟體的全面深度二次開發模組，如圖1所示；同時，在輪胎動力學領域進行了系列自主專用工具開發，形成TireSim產品家族，如圖2所示。

圖1 車輛動力學智慧開發平臺

圖2 TireSim輪胎動力學模擬&分析軟體家族

底盤效能開發的靈魂：動力學

汽車作為應用最為廣泛的交通工具，其終極目標就是要在各種工況下都能夠實現符合控制意圖的運動，因此動力學是設計開發的靈魂，不能深入理解動力學機理就無法實現全面精準的正向設計，所以需要有自主、開源的軟體作為基礎，幫助工程師掌握機理，實現真正意義的深度正向設計。“智慧化協同平臺”透過二次開發將動力學開發人員從繁多的建模、模擬、最佳化工作中解放出來，繼而將更多精力用於動力學效能機理的深入研究、品質升級的持續探索等方面。在車輛開發過程中，利用全面自主、多維度的開源動力學軟體平臺進行輔助開發研究，突破傳統的“在現有商用動力學軟體黑箱、灰箱環境下，常規輸入輸出的反饋操作”固有路線，形成以動力學效能機理為總體指導與分析框架，最大限度地發揮動力學機理的基礎性與全域性性作用的具有自主特性的研發路線，圍繞“品牌效能基因“，在底盤約束範圍內，運用不同維度動力學軟體開發工具，完成車輛的最優設計及效能綜合調校，實現”靈魂“與”基因“深度融合。

圖3 面向效能的開源車輛動力學模型

底盤控制技術：突破國外壟斷

汽車電子行業飛速發展，智慧駕駛、智慧網聯汽車得到全行業的高度關注，為加快推進智慧汽車創新發展，國家11部門聯合印發了《智慧汽車創新發展戰略》，將此提升到國家戰略層面，是新一輪科技革命關鍵技術之一。底盤控制系統作為智慧駕控的關鍵執行層，是實現全面可靠智慧駕駛的必經之路，是智慧駕駛的核心技術，因此必須要突破國外在此領域的技術壁壘。自主控制系統供應商繼續跟隨國外的技術開發路線，將無法形成良好的應用生態，為此應深刻把握 “底盤控制的核心就是對輪胎力的精準控制”，以此為切入點，克服現有系統無法精確獲取輪胎力與路面實時狀態的不足，進而高效精準的達到最終控制目標，實現“換道超車”。此外，底盤應用最為廣泛的側縱向耦合控制系統 ESP/ABS，長期被國外供應商壟斷，造成自主整車企業話語權不高、難以掌握控制系統與整車開發的深度匹配技術。為此，需建立完善的底盤控制系統自主整合測試、評價與匹配體系，透過結合傳統效能與電控系統測試（HIL），進行先期效能匹配的探索與研究，在此過程中可以逐步深度解析其動力學機理及核心演算法，建立控制系統深度整合匹配能力，向供應商提出更全面更精準的效能要求，最終實現汽車底盤電控系統匹配測試、開發的全面自主化。

近年來，團隊在輪胎與底盤控制系統性能匹配測試及開發方面做了一些初步探索，依靠在輪胎動力學領域的長期積累，結合前期的測試經驗，開發了多臺效能及控制系統測試裝置，包括輪胎室外力學特性測試拖車（圖4）、輪胎與控制系統匹配效能檢測試驗檯（圖5）等。同時，進行基於智慧車輪系統的整車協同控制系統開發研究（圖6），實時精準獲取輪胎多分力及路面附著資訊，進而實現智慧車輛的最優控制，為自主底盤控制系統及智慧駕駛技術開發奠定了堅實基礎。