汽车圈第一技术宅 博世称第二没人敢称第一

在之前的推送里中我们重点介绍了自动驾驶状态下汽车如何实现转向的问题。本期我们将把这个话题展开，浅析当下自动驾驶等级由L2向L3转移的过程中，汽车零部件巨头博世，是如何利用创新技术助力电动车和高性能辅助系统发展的，希望能给涉及这方面业务的企业一点启发。

说到博世，这是一家从制动助力器到主动安全技术，再到驾驶员辅助系统，全球领先的汽车技术供应商。在电动车和高性能辅助系统领域，博世拥有众多技术解决方案，致力于进一步提高能源效率、驾驶安全性和舒适性。

早在2018年，博世已经就L3级别自动驾驶储备了成熟的转向技术。而博世转向技术的关键在于两个字：冗余。简单点说，每一项系统都需要有冗余设计。没有做冗余设计的自动驾驶方案，在紧急状态上是功能性缺陷的。

博世L3级自动系统测试车Model S

iBooster

一个典型的场景是博世的iBooster加ESP组成的冗余系统。前者是一款不依赖真空源的机电伺服助力机构。在当前的L2级自动驾驶中，车辆的传感器系统识别到前方障碍物可以进行自动制动，此时起作用的是ESP。而一旦ESP失灵，就需要人的反应及时踩下制动，或者就是发生碰撞。在此场景中，“人”本身是一个冗余系统，在系统失灵时及时补位。

而在博世构筑的L3级自动驾驶场景中，iBooster的作用相当于代替人类成为冗余系统，即便ESP失灵，iBooster仍然能够提供超快的制动反应和足够的制动力。

那么什么是iBooster呢？iBooster是博世推出的一款线控制动产品，目前已经发展了两代。所谓线控便是电子控制而非机械控制，它在汽车制动系统中的位置等价取代了真空助力器。看iBooster的结构图，再与真空助力器对比一下，输入和输出部分和传统真空助力器相同，输入推杆连接到刹车踏板，制动主缸连接到刹车卡钳。

iBooster通过传感器监控刹车踏板动作，在电控单元中算出需要的助力大小，利用电机给出助力。产生和真空助力器相同的功能。二代在一代基础上改进了二级蜗轮蜗杆传动改为一级滚珠丝杆传动，体积更小重量更轻。

iBooster产品各组成部件示意图

iBooster是实现自动驾驶的组件之一。我们知道，自动驾驶及驾驶辅助需要做到车辆主动减速，纯机械的真空助力器无法在驾驶员不参与的情况下制动车辆。

其实从原理上说，iBooster是利用传感器感知驾驶员踩下制动踏板的力度和速度，并通过控制器将信号处理后，通过策略计算输出电流传给制动泵中的电机，然后在电机减速增扭机构的驱动下，推动制动泵工作，从而实现电动助力制动。

理论上这与对EPS的功能描述十分一致。EPS也是利用扭矩和转角传感器感知驾驶员转动方向盘的扭矩和转速，并通过控制器将信号处理后，通过策略计算输出电流传给EPS中的电机，然后在电机减速增扭的驱动下，推动转向器齿轮轴或者齿条工作，从而实现电动助力转向。

不过iBooster技术的区别点在于对车厂进行同一车款的不同型号车型调节就提供了非常大的便利性，例如在性能取向的车型对刹车进行竞技化处理，又或者在家用化车型上进行更为线性以及细腻的处理。甚至在以后车厂若对车辆进行高度开放前提下，车主还可以根据个人喜好对车辆的刹车系统进行调节。换句话说整个刹车系统在 iBooster 的支持下是可以进行定制动作，即使在同一车辆上该特性也能为车辆带来不同模式的刹车体验，从而使得车辆的安全性以及舒适性进一步提升。

iBooster 支持下的Model 3

在极端情况下若 ESP 以及电子助力系统失效的时候，iBooster 依旧能够响应自动刹车。这也正是特斯拉Model 3搭载这套系统的原因，而Model 3另外搭载了ESP hev系统，两者搭配使用还能对车辆续航进行一定量的加强。

眼下，iBooster在通用、大众、特斯拉Model S和蔚来ES8等汽车品牌和车型上进行了应用。同时，博世已经在苏州建立iBooster 2.0工厂，于2019年竣工投产。

ESPhev

除了看家法宝iBooster之外，博世还拥有全球首款无需额外部件即可协调车轮和电机制动的量产型再生制动系统ESP hev，可回收绝大部分的制动能量。

再生制动系统ESP hev

博世ESP hev在2013年中旬率先应用于梅赛德斯-奔驰混合动力车S400。在此款车型上，博世ESP hev协调液压和电机制动力矩，同时控制真空制动助力器的电动真空泵。驾驶员通过踩下制动踏板解耦后轴的制动回路。通过有意增大制动踏板的行程，车辆起初会仅由连接到后轴的电机施加制动，并产生电力。系统能通过踏板的位置判断出需要多大的发电机力矩。

如果驾驶员加大踏板的力度，额外的液压制动力矩将按普通的方式施加于车辆前轴，从而使得车辆前后轴都实施制动。如果发电机无法在后轴上产生足够的制动力矩，系统会利用液压调节器生成额外的制动压力。液压和电动机间的转换过程十分平顺，驾驶员甚至察觉不到，车辆的表现和踏板感也都与普通车辆无异。

除了上述适用于前/后轴平行制动管路布置的ESP hev，博世还推出了适用于对角线制动管路布置的版本。对于前轮驱动或四轮驱动的车型，ESP hev也同样适用。

ESP hev可以为混合动力和电动车提供再生制动解决方案，而传统的ESP则适用于常规车辆。博世为整车厂商提供了无可比拟的模块化、可扩展的解决方案，特别适用于有不同动力类型的车型。

线控技术

以上两种技术多用于乘用车市场，且仍旧处于不断开发与完善阶段。在转向技术方面，博世与其他零部件公司类似，把研究方向主要集中在线控技术的提升之上，线控不仅可以应用在乘用车市场，对于商用车市场来说同样非常适用。

博世Bosch IoT Shuttle无人驾驶电动巴士概念车

2019年上海车展，博世带来无人驾驶电动巴士概念车的中国首秀。此概念巴士不仅配备了博世自动化、互联化和电气化的零部件和系统，还将获得一系列博世的数字化服务支持，以打造全新的出行方式和移动服务生态系统。其中，博世线控转向系统也亮相2019上海车展。

博世线控转向系统的关键点在于取消了传统转向系统的中间轴连接，实现了上转向与下转向的非机械连接，将其结构分为方向盘执行机构、转向齿条执行机构。方向盘执行机构将驾驶员的转向意图通过传感器转换成数字信号传递给转向齿条执行机构。同时根据不同的车速及驾驶工况提供模拟的方向盘力矩反馈，从而实现方向盘的回正以及驾驶手感等功能。转向齿条执行机构则从方向盘执行机构接受信号，并根据驾驶员的转向意图将方向盘角度信号转换成轮胎的摆动。

线控技术由于没有机械连接，上转向得以和下转向分离，使得左右驾车型都可以使用同一种类型的转向系统，这样非常易于实现转向器的标准化设计。

博世线控转向系统的基本原理

在舒适性与安全性方面，未来，随着自动驾驶级别的不断提升，整车厂可对方向盘进行多样化设计，例如可收缩的方向盘、静态保持方向盘等。这样不但可减少方向盘对客户的干扰，还可提升驾驶体验。安全性方面则可以通过对可识别的过度转向或者转向不足进行弥补，提升驾驶的安全性。

博世的线控技术依旧遵循了操纵性高的全冗余的系统方案，其相当于有两套系统实时并联工作，当其中一套失效时，另一套也能继续保证转向指令被执行。

线控技术由于没有机械连接操作灵活

笔者对于博世的线控技术有两点印象深刻。首先，它在低速状态下非常实用。例如，当我在车库停车时，通过调整转向比，可以让方向盘只需转半圈就能达到方向‘打到底’的状态，从而避免不停地来回打方向，轻松将车停好。

其次，这套线控技术拥有非常高的灵敏度驾驶员在驾驶的过程中，车速发生变化，方向盘的齿比参数也在改变，方向盘的敏感度处于不断调整中，这样不但可以确保操控性，还能保证驾驶员的安全性。

未来自动驾驶汽车肯定是建立在电子化基础上，如此干脆车转向也实现电子化。线控转向系统取消了传统转向系统的中间轴连接，实现了上转向与下转向的非机械连接，系统更简单，也有利于降低自动驾驶车制造成本。

百姓评车

以上三套系统都是博世为了自动驾驶时代到来准备的制动与转向方面的技术储备，其实早在十年前，这些技术就已经放在博世的选项里，只不过当时受限于政策法规以及自动驾驶技术处于萌芽时期，因此没有大规模列装。期间，博世也在对这些前沿技术不断优化，尽可能的以成熟的姿态搭配到汽车这个整体之中。如今，当自动驾驶技术已经由L2级向L3级进化之时，博世的关键技术也终于派上用武之地。由此可以看出，汽车产业的技术进步实际上是靠这些零部件巨头来支撑的。