智慧化解開底盤的神秘面紗
底盤對於汽車人來說，曾經一度非常神秘。因為底盤的主要的技術和門檻曾經都集中在全球供應商。底盤人在架構開發，特別是底盤轉向制動和懸架，電控系統開發商，不論是以前的企業管理者、學校教授都做了很多研究，但是真正能實現量產的廠商，並不多見。
但從去年開始，隨著智慧駕駛技術一段蓬勃的發展，汽車從業者們突然意識到底盤是智駕控制直接執行機構，對這塊有著需要迫切打通的需求。所以目前整個底盤技術，尤其是底盤電控、底盤域控成為了發展的焦點。本次集度汽車整車整合 總監舒進博士帶來了來自於車輛動力學，更多對底盤電控系統開發研發的思考和應用。
集度汽車整車整合總監 舒進 博士
看市場，看趨勢，看需求
現在的汽車開發迭代週期是非常快。以前一輛車的生命週期可能有10年（平臺），現在已經到5年，甚至有的ICT企業認為應該到1年，就像手機這樣的迭代速度。當然未來能不能實現，也與汽車產業設計開發以及驗證的週期是息息相關的，與其開發方法論也是息息相關的，但是可以看到一個趨勢。當發生智慧化以後，即使硬體不更新，軟體也需要迭代，所以儘量節約研發成本，縮短研發週期，這是我國汽車產業非常大的競爭力所在。
從電動車，到智慧電動。只討論電動已經不足以代表未來電動車發展的產品趨勢和定義。在智慧電動的研發上面，一定要有更快的模型迭代，基於純電的研發平臺，要如何植入更多智慧化的功能，實現更好的效能，帶給客戶更極致的體驗，是一個值得思考的問題。舒進曾做過一次調研，在今年年初，其梳理了所有的空氣懸架裝載在車上的狀態，發現一個現象。以前對Global車型基本上在70萬系才會裝載空氣彈簧+CDC，現在這個價格已經下探到20多萬了。隨著開發成本大量的下降，其實這塊相信有更多智慧化電控的系統不斷裝載到這個車上，帶來更好的駕乘體驗。
由於迭代快，推向市場的產品多樣性。在一個車型上，投入大量的研發成本，三年開發一輛車，其成本將會大大加大。因為實驗預算，道路和試車場資源一定是有限，如此無法獲得正向經濟收益的，同時又需要整個系統除了傳統那部分機械以外，軟體的質量一定要穩定。基於如此挑戰，就帶來非常明確的需求，那就是需要研發後期需要實驗需要實車驗證的東西要不斷前置。
整個底盤域不管是制動轉向，懸架，XYZ帶來運動控制的屬性，對於智駕來說都是它的關鍵執行機構。如果底盤研發人員不具備底盤電控應用層、演算法、邏輯的開發能力，其實會受限於上面智駕域感知定位規劃最後執行的效果，無法讓客戶真正體會到底盤迭代的優勢。所以在這個鏈條上一定是需要把底盤域真正打通，然後拓展到整車，整車的效能才是最終給到客戶一個非常好的體驗最直觀的評價標準。
駕駛模擬技術的行業應用情況和關鍵構成
對於傳統開發模式來說，V模型是再耳熟能詳不過的東西。其實這裡面也反映出一個問題，在V模型左側，從需求定義到架構定義到架構精細化開發，現在由於越來越多電控系統，會有更多整車功能的定義以及整車系統功能的定義層層分解的過程。後期的驗證都是基於零部件設計和樣車測試，以這樣的載體作為最終評判的驗證載體。現在汽車人都非常熟悉HIL臺架，架構實車驗證，試車場測試，試車場對效能的測試以及制動的測試一直到最後在公共道路和客戶反饋上，它的整個反饋週期是非常長的，這個鏈條其實是非常長，而且迭代速度受限於整個零部件的交樣和樣車製造的週期，其實也不會很快，所以它限制了整個迭代。
因此，舒進認為，在這個過程中，如何真正實現感知閉環，其一定是在V模型的左側，在先前定義的階段就能進行感知閉環。對於動力學而言，其實真正的效能好壞，可以透過資料、指標。但資料指標不能和人的感受真正實現一一對應，汽車動力學到目前為止依然是是主客觀的聯合開發，可是它們都無法把主觀真正人的感覺從研發體系上完全去量化。所以對於研發者要有一個極限要求，一定要把感知放在開發的左側以加快迭代。
研發者在思考駕駛模擬技術如何應用在整車研發上已經有近十年的時間。最早，當研發者在用基於電控系統的動力學模型的時候，其實就已經提到駕駛模擬器，以及駕駛模擬器在主客觀閉環上的作用，但是有很多限制很難推廣。一方面對模型要求非常高，即想要得到真實的手感和真實的路感，需要做非常多模型的量化，需要得到非常多的零部件資料，而在當時獲取的每一項都非常困難，這也是在當時很難去實施的原因。
從2000年到現在，不過短短20年時間，中國的汽車工業突飛猛進的發展，隨著換道超車策略（智慧電動），中國汽車在很多方面已經比肩歐美，雖然其在傳統設計上面跟它有一定的差距，但是在電動智慧這條賽道上，國內這個策略非常成功，也將越來越有自信。
在此基礎上，自動駕駛技術的研發者們就可以考慮做新的方法的應用。駕駛模擬也受越來越多的使用者關注，其也是因為快速迭代，有大量的數字化，智慧化以及電控系統不斷在汽車上的應用，將它的重要性就越來越凸現出來。
基於以上，如何將駕駛模擬在V模型左邊部分實現感知閉環。舒進認為可以在架構早期比如說硬點定義，基本的剛度、阻尼，確定基本引數階段完全可以參與應用和評估。舒進研發團隊做詳細開發和設計最佳化的時候同樣也具備感知閉環的能力，因為只要其車輛模型形成，就能實現建出來比較精準或者能達到要求的車輛動力學模型以及與之相應環境的建模。
如果採用這項技術，在左半部分，研發階段就可以實現感知閉環，可以極大的減少右側的工作量。以前我們經常做底盤結構設計的時候，架構設計的時候硬點改變需要用實車驗證，那麼現在這項工作可以取消了。第二項輪胎阻尼和輪胎轉向也可以減少了，大部分工作現在可以前置到在臺架上完成，可以縮短後期的時間。
當智駕系統真正需要交付，功能驗證和研發的時候，其實是需要底盤儘快的提供一個好的基礎，交付給智駕進行它的全功能測試。在全場景測試的時候，其希望底盤釋放的能量都能夠釋放了，要求底盤的交付時間版本鎖定時間也將要靠前。這也是在最新訊息中，華為、集度的智慧汽車在L3，L4級別開發過程中間明顯感受到的痛點。
另一方面，OTA可能過幾年以後，不斷地軟體定義汽車，軟硬體分離，會有非常多的版本。現在是一輛車，後續是不是有好幾輛車，當車型變得非常多，如何在OTA進行之前去做驗證，需要駕駛模擬技術結合HIL臺架搭建可以儘快在實驗室本地進行閉環驗證的，幫助其極大的減少時間。
透過介紹，可能會覺得這是一個比較新型的技術，但實際上在歐美應用已經比較廣泛了，特別是法拉利，保時捷，菲亞特，這些國際Global的OEM都有駕駛模擬器了，包括北美通用、福特、本田、奧迪、賓士、沃爾沃。國際的供應商避暑說IDIADA，固特異，倍耐力，天合也有模擬轉向。
而在國內，經過這幾年，蔚來汽車作為新勢力也在不斷地匯入新的研發手段來提高它的產品質量或者加快車輛迭代，在2017年就已經裝備了一臺駕駛模擬。還有一汽紅旗，吉利CEVT也有靜態模擬器在使用。最新的在國內IDIADA，在山東招遠引進了靜態模擬器，可以看到這項技術越來越被關注，被考慮在整個研發體系中。
高精度駕駛模擬是什麼，有哪些組成？
駕駛模擬技術的關鍵構成有四個部分：1、高精度底盤數字孿生。2、高保真駕駛環境重構。3、開放環境的模擬架構。4、高效能駕駛模擬平臺。
該模型有幾點最基本的要求，首先要有一定的頻寬，可以反映駕駛動態遷變的全工況模擬。第二是引數的高可調性和開放程度。第三是電控單元柔性整合。
對於底盤來說，不管其是不是電控都需要建立基本的系統性能。
懸架，以前是用KC，但是它是靜態測試。現在為了滿足一階二階平順性的要求，那可能需要把懸架動態特性建立出來，0-32Hz動態頻率特性，這個至少要到20Hz左右。除了用動態的KC，還要用X和Z向傳遞函式測量方法。
高階轉向建模，以前就是轉向傳動比，考慮一些摩擦，考慮一點柔性及在做簡單超穩的時候是沒有問題的，但是我想精準面評估受力影響是不夠的，所以要對非線性摩擦和阻尼特性精準建模。這幾年隨著主機廠對這些效能的深挖，主要的供應商已經建立了相應的能力。
驅動/制動建模，如果大家覺得建起來麻煩，可以用一個ECU代替。
減振器模型，如果考慮到電控，我要用查表的方法，同時需要加入控制演算法，然後提供到比如說CDC阻尼力的正確反饋。
輪胎建模，需要它的實時性，並且是基於結構的建模，還需要3D路面相容，包括輪胎包容特性50Hz。
除了基礎建模部分，另外是底盤電控單元
在未來，模型會非常多，所以模型資料管理上仍然要做到最基本的自動化，版本管理，以前是一輛車是一個模型，一輛車每個階段可能分不同的版本，現在更復雜的要考慮到它的軟體版本，每個之其階段釋放功能不同的版本，而研發者需要做更好的管控和採用什麼樣的最佳化工具幫助他們做一體化迭代。
駕駛環境無非是試車場，如果是智駕需要考慮更多的場景。試車場在七八年前，當時還在泛亞的時候，舒進團隊應該是第一個把路捕採集裝置引入到中國，現在基本上要進行動態模擬的所用的試車場都會採用路面掃描來構建路面模型。即Open X的環境和場景渲染。由於汽車行業對虛擬技術不斷地追求，其為了不斷地壓縮開發時間週期，減低開發成本。因此，這塊基本上路是打通了，已經不再是問題。
針對底盤電控開發駕駛模擬技術應用，集度的展望和規劃
駕駛模擬器一般是把車輛模型放在上面。在這個場景裡面匯入試車場環境和道路，再放入輪胎的準確模型就可以運作。實際上結合到現在底盤技術的發展，研發團隊為了更真實模擬，更快速迭代，其實他們也並不僅限於虛擬的方法，還可以接入HIL臺架，它可以有很多種方式引入更多的控制相應的系統。不管是MIL，還是HIL，都可以在駕駛模擬器附近，特別是HIL臺架，把它的通訊打通，把它的實時性連線上。
那麼，對於這樣的平臺有什麼樣的要求？如何能達到感知閉環的平臺的要求？舒進認為，首先，它的效能和響應的極限一定要到。起碼現在除了評估超穩，還要評估平順，這個不僅是靜態，準靜態的模擬，研發人員還要到動態，那這就需要臺架本身的硬體具備這樣的能力。比如說Z向運動肯定要看懸架跳動形成，Y向移動一定要看兩條路之間實際的距離，這樣其在駕駛模擬器裡面才能感受到比較真實的反饋，才能真正實現資料和人的感知非常接近的感受，所以對動態駕駛模擬器要求也比較高。
在這上面，主要是Z方向和Y方向的問題基本解決了，但是X方向，100米制動基本到30米，不可能有這個空間給大家做測試，特別是X方向大家要用安全帶和座椅上氣囊，給到你主觀的感受來讓你有這樣的體驗，也是需要進行標定。
第二是適應多類車型以及多功能的模組化設計，具備跟所有的軟體，動力學軟體，基於控制學系統的，還有場景的軟體打通的能力。在虛擬的模型無法提供比較精確結果的時候，研發者要去提供相應的HIL臺架的接入能力，而且能保證雙臺架的實時。
動力學模型可以看到底盤電控系統接入，同時把自動駕駛ADAS都融入進去。
這樣使用者可以直觀看到電控底盤開發中間，研發者是在哪些環路上實現駕駛模擬器在底盤開發中的應用。比如說需求定義階段，如果有模型，有邏輯層演算法就可以放在駕駛模擬器上開一把試試，看是不是和自身預想的一樣在做HIL過程當中，實際上也具備把車輛模型和HIL臺架整合能力做一把感知閉環，進行效能的最佳化和分析。
由於控制系統的開發既有功能也有效能，效能是基於功能實現情況下，可以更好的給駕乘人員提供更好的車輛響應感受的能力，他們也能夠在這個階段實現閉環。
車輛標定，特別是現在轉向手感標定基本上都可以在機器上進行執行，從而調教時間可以前置，提前正式軟體釋出的時間。
高精度駕駛模擬技術在集度的應用路徑與收益
集度汽車倡導創新和高效，對於後面系統的開發以及車輛效能完美交付，其還是需要引入先進的技術，並且考慮到成本投入和收益的平衡。
舒進表示今年集度汽車將先做好本職工作，把所有的基礎打牢，進行所有模型的構建。第二步，現在已經有動態實驗臺的資源，達到可以租用或使用了，可以考慮先不用投入那麼高，先做靜態的駕駛模擬，先不用考慮要九自由度或車輛響應。即便是靜態的實驗臺，因為我的轉向手感可以有反饋電機提供的，所以可以完成手感調教的工作，同時在前期設計開發中間也有閉環，如果集度汽車做軟體演算法開發和HIL臺架模擬驗證都可以連入進去，可以實現許多的功能。
集度汽車的目標是2023年釋出其第一款車，新車將搭載L3，L4功能，在此之上，與底盤控制打通基礎，軟體模型。在主要的演算法或者模型關鍵因素引數已經得到校核情況下，進行ADAS場景的測試以及自動駕駛演算法的驗證，包括臺架還可以幫我們做人機互動，在配上眼動儀可以去做駕駛員體徵和行為的分析。
在靜態這塊都已經探索的特別清楚之後，動態無非是更復雜的機器，但基於對動力學非常清晰或者非常深入的瞭解和把控，集度汽車也有信心用好全自動的或者動態的九自由度動態全尺寸的DIL。那其就能實現動力學調教，減少試車場的租用時間，底盤電控系統的演算法開發在效能方面的評估。包括HIL臺架整合模擬，也將不會是什麼太大的問題，所以舒進認為這是在動態上靜態上驗證深度和廣度進一步的提升。
集度汽車的預期收益在以下五個方面。1、動力學效能開發，不管是架構開發，硬點設計，彈性件，阻尼件，轉向，甚至輪胎的調教都可以執行。2、對於底盤效能開發，整個演算法開發，功能除錯和效能標定都可以在其上面完成。3、自動駕駛整合自動駕駛控制器或者演算法，同樣對於典型場景一樣可以進行復現，尤其對於危險工況，還有一些Corner Case，就是在真實場景中復現這樣一個場景很困難，但是在這裡是可以做一個非常輕鬆的或者非常方便的復現，這也是為什麼要採用虛擬評估手段的好處。4、駕駛性評估，比如說動力性和制動效能的前期評估以及平順性的校核也都可以在這上面做。5、OTA管理，不同的車只要換個模型，把不同版本的軟體刷在同一個場地就可以做OTA前非常快速的校核。
總之，舒進認為高精度駕駛模擬技術將會為主機廠與供應商帶來非常大的收益。
