欒偉，胡錫勝，黃銳景，陳志勇，王琪，黃迅，陳杰彬，李瀛

(廣汽零部件有限公司技術(shù)中心，廣東廣州 511447)

0 引言

在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間里，汽車換擋器一直唯機(jī)械擋桿獨(dú)尊。隨著整車電子電氣架構(gòu)的快速發(fā)展，線控技術(shù)(X-by-Wire)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，特別是在線控底盤方面。線控底盤和駕駛息息相關(guān)的是線控?fù)Q擋、線控轉(zhuǎn)向、線控制動(dòng)。自動(dòng)駕駛中車輛行駛、轉(zhuǎn)彎和制動(dòng)依靠的即是這3種線控技術(shù)。線控?fù)Q擋是實(shí)現(xiàn)智能駕駛的核心產(chǎn)品，其一方面省去傳統(tǒng)機(jī)械式結(jié)構(gòu)，換擋器體積小、布置靈活；另一方面可實(shí)現(xiàn)電控?fù)Q擋，為輔助駕駛和無(wú)人駕駛奠定基礎(chǔ)[1]；線控?fù)Q擋器能滿足常規(guī)動(dòng)力AT、DCT和新能源車型的換擋需求。目前，市場(chǎng)上主要的線控?fù)Q擋器操縱機(jī)構(gòu)形式有4種：(1)懷擋式，代表車型是奔馳、特斯拉；(2)擋桿式，代表車型有奧迪A8L、寶馬5系、普銳斯；(3)按鍵式，代表車型有林肯MKZ、本田冠道；(4)旋鈕式，代表車型是路虎極光、捷豹。這些新型線控?fù)Q擋器的出現(xiàn)，相較于傳統(tǒng)機(jī)械換擋器更安全、更智能、更易體現(xiàn)科技豪華感，線控?fù)Q擋技術(shù)未來(lái)將會(huì)是國(guó)內(nèi)外主流車型的標(biāo)準(zhǔn)配置。隨著無(wú)線通信、人工智能、大數(shù)據(jù)及云計(jì)算等新技術(shù)不斷應(yīng)用到汽車領(lǐng)域，將不斷驅(qū)動(dòng)汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化、電動(dòng)化及共享化的研發(fā)與應(yīng)用，汽車從單一的出行工具逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樯钪械摹暗谌臻g”；線控?fù)Q擋器的發(fā)展將面臨諸多的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

1 線控?fù)Q擋器的應(yīng)用

停車難是目前一二線城市中普遍存在的問(wèn)題，因此自主泊車功能有著廣泛的需求。目前，自動(dòng)泊車技術(shù)已經(jīng)接近成熟，但自動(dòng)泊車僅僅是汽車找到車位后輔助駕駛者或者自動(dòng)泊入停車位的過(guò)程，自主泊車作為自動(dòng)泊車的高級(jí)形式，則是從汽車到達(dá)停車場(chǎng)到尋找車位、泊入車位都不需要人為干預(yù)，其智能程度遠(yuǎn)超自動(dòng)泊車。實(shí)現(xiàn)自主泊車的車輛必須具有線控?fù)Q擋的硬件基礎(chǔ)。隨著行業(yè)的發(fā)展，伴隨著科技的進(jìn)步以及基礎(chǔ)設(shè)施的改進(jìn)，未來(lái)，自主泊車系統(tǒng)必將成為一種潮流。同時(shí)，智能車庫(kù)也是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)之一，汽車停到車庫(kù)入口處，車庫(kù)會(huì)自主分配車輛位置，車輛自主泊車，這一切都將為線控?fù)Q擋提供充分的應(yīng)用市場(chǎng)空間。

智加科技使用林肯MKZ測(cè)試樣車如圖1所示，自動(dòng)駕駛車輛中的算法最終控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。線控技術(shù)不依賴駕駛員的力或扭矩輸入，林肯MKZ混動(dòng)版的剎車、油門和轉(zhuǎn)向控制都使用線控技術(shù)，最重要的換擋采用按鈕式線控?fù)Q擋器，這正是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵一步，使得林肯MKZ深受各大自動(dòng)駕駛初創(chuàng)公司的歡迎，成為各大自動(dòng)駕駛初創(chuàng)公司的主流樣車。

圖1 智加科技使用林肯MKZ測(cè)試樣車

2 汽車電子電氣架構(gòu)進(jìn)化及域控制器普及帶來(lái)新變化

在傳統(tǒng)整車電子電氣架構(gòu)體系下，控制器的設(shè)計(jì)通?；谔囟ǖ墓δ?，即模塊化和集成化設(shè)計(jì)思路。隨著車輛的電子化程度逐漸提高，汽車ECU數(shù)量迅速增加，高端車型里的 ECU 數(shù)量平均達(dá)到50～70個(gè)，個(gè)別車型甚至超過(guò)100個(gè)。這樣的架構(gòu)存在著非常大的局限性：線束長(zhǎng)度和質(zhì)量劇增、傳輸信號(hào)帶寬的局限、數(shù)據(jù)資源無(wú)法共享以及大量運(yùn)算資源被浪費(fèi)。域控制器DCU(Domain Control Unit)因?yàn)橛袕?qiáng)大的硬件計(jì)算能力與豐富的軟件接口支持，讓更多核心功能模塊集中于域控制器內(nèi)，系統(tǒng)功能集成度極大提高。這樣外圍感知與執(zhí)行功能的硬件要求將降低，逐步變成只具備基本功能標(biāo)準(zhǔn)零件。

未來(lái)集中式汽車電子電氣架構(gòu)將分為3層，如圖2所示，頂層為云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)，中層為車載計(jì)算控制平臺(tái)(即域控制器)，下層為機(jī)電一體化的標(biāo)準(zhǔn)化執(zhí)行器和傳感器控制器。一般將汽車電子電氣系統(tǒng)分為5個(gè)功能域，分別是動(dòng)力總成域、底盤域、車身域、信息娛樂(lè)域和輔助/自動(dòng)駕駛域[2]，線控?fù)Q擋器歸屬底盤域。目前的線控?fù)Q擋器系統(tǒng)有兩種存在形式，一種的特點(diǎn)是集成式由2部分構(gòu)成：換擋操縱機(jī)構(gòu)GSM和換擋執(zhí)行器SCU，GSM采集駕駛員的換擋動(dòng)作綜合邏輯判斷后直接驅(qū)動(dòng)SCU進(jìn)行擋位切換。另一種的特點(diǎn)是模塊化由3部分構(gòu)成，換擋操縱機(jī)構(gòu)GSM、換擋執(zhí)行器控制器ACM和換擋執(zhí)行器SCU，GSM采集駕駛員的換擋動(dòng)作綜合邏輯判斷后向CAN總線發(fā)送擋位請(qǐng)求，ACM從CAN總線收到換擋請(qǐng)求后驅(qū)動(dòng)SCU進(jìn)行擋位切換。域控制器普及后，GSM僅保留換擋動(dòng)作采集和發(fā)送擋位請(qǐng)求功能，底盤域控制器將集成原GSM的換擋邏輯處理軟件包，SCU將集成在變速箱中并由變速箱控制器TCU驅(qū)動(dòng)，ACM隨之取消，線控?fù)Q擋器極大簡(jiǎn)化。

圖2 未來(lái)汽車電子電氣架構(gòu)構(gòu)成

3 車載以太網(wǎng)、5G技術(shù)、高級(jí)別自動(dòng)駕駛下的發(fā)展

高級(jí)別自動(dòng)駕駛汽車需要域控制器、以太骨干網(wǎng)和5G技術(shù)的支持。新奧迪A8是第一款自稱L3級(jí)別自動(dòng)駕駛的汽車，擁有多個(gè)第一，例如第一個(gè)使用激光雷達(dá)，第一個(gè)使用域控制器，第一個(gè)使用車載以太網(wǎng)做骨干網(wǎng)的運(yùn)算架構(gòu)。即便如此，奧迪A8仍然不能算嚴(yán)格意義上的L3級(jí)別自動(dòng)駕駛。5G技術(shù)為車聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)更大的通信帶寬和更低的延遲。使用以太網(wǎng)為車載網(wǎng)絡(luò)骨干，集成動(dòng)力總成、底盤、車身、多媒體、輔助駕駛，真正形成一個(gè)域級(jí)別的汽車網(wǎng)絡(luò)[3]。各個(gè)域控制器在實(shí)現(xiàn)專用的控制功能的同時(shí)，還提供強(qiáng)大的網(wǎng)關(guān)功能。這種基于域控制器的架構(gòu)將改變傳統(tǒng)的車載網(wǎng)絡(luò)中ECU到ECU點(diǎn)到點(diǎn)的通信方式，如：(1)在底盤控制域內(nèi)部，各部件通過(guò)CAN、LIN總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享(類似于傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu))；(2)在娛樂(lè)子網(wǎng)中，娛樂(lè)域控制器與其子部件的通信通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)；(3)當(dāng)一個(gè)域需要與其他域交換信息時(shí)則經(jīng)由網(wǎng)關(guān)、以太網(wǎng)路由實(shí)現(xiàn)。未來(lái)高級(jí)別自動(dòng)駕駛的汽車將把域控制器、以太骨干網(wǎng)和5G技術(shù)作為標(biāo)配。在車載以太網(wǎng)、5G技術(shù)和高級(jí)別自動(dòng)駕駛的普及下，線控?fù)Q擋器依舊掛在底盤域控制器下，換擋操縱機(jī)構(gòu)GSM、換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)SCU和底盤域控制器之間通信采用CAN總線。車載以太網(wǎng)域級(jí)別架構(gòu)如圖3所示。

圖3 車載以太網(wǎng)域級(jí)別架構(gòu)

4 智能座艙的線控?fù)Q擋器

隨著消費(fèi)者需求層次的不斷提升，其對(duì)汽車的需求亦從單一的出行工具逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樯钪械摹暗谌臻g”。

智能座艙發(fā)展大致有4個(gè)階段：(1)電子座艙階段。車載人機(jī)交互系統(tǒng)逐步整合，構(gòu)成“電子座艙”。(2)智能助理階段。觸屏、語(yǔ)音、手勢(shì)等多模交互技術(shù)應(yīng)用[4]，推動(dòng)交互方式升級(jí)，生物識(shí)別技術(shù)應(yīng)用，催生駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)迭代，增強(qiáng)車輛感知能力。(3)人機(jī)共駕階段。語(yǔ)音控制和手勢(shì)控制技術(shù)取得突破，基于多模感知手段的融合，使感知更精準(zhǔn)和主動(dòng)。(4)第三生活空間階段。與其他“空間”不同，車輛自帶可移動(dòng)的屬性，可以通過(guò)網(wǎng)聯(lián)功能輕松實(shí)現(xiàn)線上與線下體驗(yàn)的無(wú)縫連接，基于車輛位置信息，融合信息、娛樂(lè)、餐飲、互聯(lián)等功能為消費(fèi)者提供加倍的便捷體驗(yàn)。

隨著觸摸、語(yǔ)音、手勢(shì)等多模交互技術(shù)的突破，GSM傳統(tǒng)的懷擋、擋桿、按鍵或旋鈕等機(jī)械操縱結(jié)構(gòu)將消失，其重點(diǎn)將是利用多模交互技術(shù)準(zhǔn)確采集換擋交互動(dòng)作，GSM體積將進(jìn)一步縮減，可布置在任意方便使用的位置。中央處理器集成GSM的換擋動(dòng)作識(shí)別軟件包、換擋邏輯處理軟件包和擋位請(qǐng)求發(fā)送功能，將ACM取消后，SCU集成在變速箱中并由TCU驅(qū)動(dòng)。廣汽ENO.146概念車座艙如圖4所示。

圖4 廣汽ENO.146概念車座艙

5 結(jié)束語(yǔ)

在當(dāng)前嚴(yán)峻的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)和市場(chǎng)環(huán)境下，當(dāng)務(wù)之急是練好基本功，做好線控?fù)Q擋器的可靠性設(shè)計(jì)和成本管理。隨著汽車朝著智能化、網(wǎng)聯(lián)化、電動(dòng)化及共享化的不斷發(fā)展，需要及早做好布局和預(yù)研，保持對(duì)用戶潛在需求的關(guān)注，只有這樣，才能在未來(lái)汽車行業(yè)發(fā)生巨變時(shí)從容應(yīng)對(duì)。