adas 执行系统电控化趋势

摘要： 是什么、为什么、怎么样，以及未来的挑战和机遇， 什么是“执行系统电控化”？我们需要区分两个概念：ADAS (高级驾驶辅助系统) 的感知与决策：这是ADAS的“大脑”和“眼睛”，它通...

是什么、为什么、怎么样，以及未来的挑战和机遇。

什么是“执行系统电控化”？

我们需要区分两个概念：

1. ADAS (高级驾驶辅助系统) 的感知与决策：这是ADAS的“大脑”和“眼睛”，它通过摄像头、雷达、激光雷达等传感器感知周围环境，然后由计算平台（如域控制器）进行决策，判断“应该做什么”。“前方有行人，需要减速”、“车道偏离，需要修正方向”。
2. 执行系统：这是ADAS的“手”和“脚”，它负责将“大脑”的决策付诸行动，具体执行驾驶操作，如加速、刹车、转向。

“执行系统电控化”，指的是将车辆中原本由机械、液压或纯电气连接的执行机构，改造为电子化、智能化的控制系统，其核心是实现“线控”（X-by-Wire），即通过电子信号（电控指令）来直接控制车辆的物理部件，而不是传统的机械连杆或液压油管。

在ADAS的语境下,这主要指三大核心执行系统的电控化：

• 线控制动：用电子控制器和电机代替传统的真空助力器和机械制动踏板连接，驾驶员踩下刹车踏板，实际上是一个传感器信号，ECU根据信号和车辆状态计算出制动力，再驱动轮边电机或执行器进行制动。
• 线控转向：用电子信号控制转向电机，实现转向，方向盘的转动角度只是一个输入信号，车辆的转向角度由ECU根据车速、转向力矩等综合计算得出，方向盘与车轮之间没有直接的机械连接。
• 线控驱动/换挡：用电子信号控制发动机或电机的动力输出以及变速箱的换挡逻辑，实现更精准的动力控制。

电控化就是把“踩油门=拉线”、“踩刹车=顶活塞”、“打方向=转动轴”这种直接的物理关系，变成“踩油门=传感器发信号→ECU计算→电机驱动节气门/电机”这种间接的电子控制关系。

为什么必须电控化？（驱动力）

ADAS执行系统电控化不是凭空出现的,而是由市场需求、技术演进和安全要求共同驱动的必然趋势。

1. 是实现高级别自动驾驶的基石

   • 毫秒级响应：机械系统的响应速度和精度有限，且存在物理形变和延迟，电控系统响应速度可以达到毫秒级，且控制精度极高，这对于高速行驶中需要瞬间决策和执行的L3及以上自动驾驶至关重要。
   • 复杂决策的执行：L2+的LKA（车道保持辅助）需要持续、微小的转向修正；AEB（自动紧急制动）需要在瞬间产生巨大制动力，这些复杂、高频率、高精度的控制，只有电控系统才能胜任，机械系统无法“理解”这些复杂的算法指令。

2. 是实现“功能安全”和“预期功能安全”的必然要求

   • 冗余设计：在自动驾驶中，系统必须具备失效安全的能力，电控系统天然便于设计冗余，线控制动可以设计两套独立的ECU和电源，一套失效，另一套立即接管，确保制动功能不丢失，这是传统机械系统难以实现的。
   • 可预测性：电子系统的状态可以被实时监控和诊断，更容易实现预期功能安全，即系统能够预测并处理潜在的失效模式，而不是被动地等待故障发生。

3. 是实现车辆动态控制优化的前提

   
   （图片来源网络，侵删）
   • 集成与协调：电控系统使得制动、转向、驱动三大系统能够被中央控制器统一调度和协调，在紧急变道时，系统可以精确计算并分配制动力、转向力和驱动力，实现车辆质心转移的最佳控制，保证稳定性和舒适性，这被称为“底盘域控制”或“整车动力学控制”。
   • 个性化体验：通过软件定义，可以实现不同的驾驶模式（如经济、舒适、运动），甚至为不同用户定制个性化的驾驶脚感和转向手感。

4. 是实现OTA（空中升级）的基础

   • 软件定义汽车：电控系统本质上是“硬件+软件”，车辆的很多性能优化、功能迭代、甚至缺陷修复，都可以通过OTA下载软件包来完成，优化AEB的触发阈值、改善LKA的平顺性等，无需召回车辆，极大提升了用户体验和运营效率。

电控化是如何实现的？（关键技术）

执行系统电控化的实现,依赖于几个关键技术的融合：

1. 高精度传感器：

   • 踏板/方向盘传感器：用于精确采集驾驶员的意图（如踏板开度、方向盘转角和力矩）。
   • 轮速/转角/横摆角速度传感器：用于精确感知车辆的实际状态。
   • 这些传感器是实现“人机共驾”和闭环控制的基础。

2. 高性能执行器：

   • 电机/电控单元：作为“肌肉”，提供精确的动力输出，线控制动中的伺服电机、线控转向中的转向助力电机。

3. 强大的中央计算平台（域控制器）：

   这是“大脑”中的“决策中枢”，它负责融合所有传感器的信息，进行高实时性的计算，并生成精确的控制指令下发给各个执行器，其算力、可靠性和实时性直接决定了ADAS的性能上限。

4. 高速、可靠的通信网络（如CAN-FD, Ethernet）：

   传感器数据、计算结果、控制指令需要在各个ECU之间高速、低延迟地传输，通信网络的带宽和可靠性是整个电控系统的“神经网络”。

5. 复杂而精密的控制算法：

   这是电控系统的“灵魂”，包括PID控制、LQR（线性二次型调节器）、MPC（模型预测控制）等高级控制理论，确保系统响应既快速又平稳，且能适应各种复杂的路况。

挑战与未来展望

尽管趋势明确,但电控化之路依然充满挑战：

• 安全性与冗余：如何设计一套绝对可靠的冗余系统，确保在电子系统全部失效时，车辆仍能安全停车，是最大的技术难题和法规挑战。
• 成本：高精度的传感器、执行器和计算平台成本高昂，是其在经济型车型上普及的主要障碍。
• 标准与法规：线控技术打破了传统汽车零部件的界限，相关的功能安全标准（如ISO 26262）、网络安全法规以及责任界定仍在不断完善中。
• 供应链整合：电控化要求供应商从单一的零部件提供商（如提供刹车卡钳）转向提供“传感器+执行器+控制算法”的集成解决方案，对供应链体系提出了新的要求。

未来展望：

1. 从分布式到中央域控制：未来将出现更强大的中央计算平台，整合座舱、智驾、底盘等域，实现整车级的智能协同控制。
2. 软件定义一切：车辆的性能将越来越多地由软件定义，用户可以通过购买不同的“软件包”来解锁或升级车辆功能。
3. 与新能源深度融合：电动汽车的“电驱动”特性天然与线控系统匹配，电动车的平台化、集成化也为线控系统的布局和优化提供了便利，电控化是智能电动汽车的核心特征之一。
4. 向完全自动驾驶演进：电控化将完全解放驾驶员，实现从“人驾驶车”到“车自动驾驶”的根本性转变。

ADAS执行系统的电控化，是汽车产业从“机械时代”迈向“智能时代”的必然革命，它不仅仅是技术上的升级，更是汽车产品定义、开发模式、商业生态和价值链的全面重塑，这一趋势正在推动汽车从一个纯粹的交通工具，演变为一个集感知、决策、执行于一体的“智能移动空间”。