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面向未来的汽车,小米智能底盘预研技术大揭秘!

小米汽车  · 公众号  · 新能源汽车  · 2024-11-14 23:57

正文

在汽车技术的漫长发展历程中,底盘技术始终扮演着举足轻重的角色,堪称汽车的“骨骼与肌肉”。其技术的每一次革新,都标志着汽车进化史上的一个重要里程碑。随着汽车电动化与智能化趋势的日益显著,底盘技术正经历着从传统底盘到电动底盘,再到智能底盘的深刻变革。

小米汽车积极投身于智能底盘技术的研发与创新。自发布之初,便希望打造更智能、更舒适、更安全的驾乘体验,也不断秉承着“深耕底层技术、长期持续投入”的科技战略,聚焦智能底盘这一关键技术领域,从底层核心技术开始,十倍投入。并致力于构建原生支持完全自动驾驶,同时提升人工驾驶乐趣的智能底盘系统。以量产一代、发布一代、预研一代的节奏,推动底盘技术实现跨越式进步。

今天,我们将重点介绍小米智能底盘预研技术中“全主动悬架、超级四电机系统、48V线控制动、48V线控转向”,四大板块的核心技术,分享最新成果。


01

小米全主动悬架

「零侧倾、零俯仰」,舒适驾乘新境界

在汽车悬架系统的发展历程中,从被动悬架到主动悬架的进化无疑是具有划时代意义的。小米采用“全主动悬架”方案,相较于以往的被动悬架和半主动悬架,其最大的优势在于能够主动产生抵抗车轮与车身垂向运动的力,独立控制车辆的每个轮子的“抗力”,且不依赖车辆的运动或道路条件。

全主动悬架通过力学执行器主动控制悬架的运动,实现对车辆姿态的精确控制。这一技术不仅提升了车辆的舒适性,还显著增强了车辆的操控性和稳定性。与被动悬架相比,全主动悬架在应对复杂路况时表现出更加出色的适应性和响应速度。

为全面提升车辆的舒适性,工程师们率先想到了弹簧和减振器这一对「黄金搭档」 。在二者的配合下,弹簧通过自身形变缓冲路面的冲击力,减振器吸收冲击能量充当弹簧的“刹车”,做到有效吸收路面冲击,带来“坏路不颠簸,扭曲路不晃动,车身平稳”的优秀驾乘体验。

同时,面对过弯侧倾、加速抬头、制动点头等问题,小米全主动悬架系统能够根据路况实时调整悬架高度和阻尼,提供快速响应、精准调节、高度自适应等功能。这样,既能在日常乘坐下更舒适,也能在极限驾控条件下保持车辆的稳健与操控性。

在预研阶段,小米全主动悬架就接入了「人车家全生态」,实现了手车互联,可以带来更趣味的驾乘体验。

在视频中,雷总用刚发布的小米15 远程操控汽车,展示了全新智能底盘“跳舞”的才艺。整车稳定“舞动”,要求悬架系统必须能够快速调整车辆的高度,并精确协调各轮端悬架的运动。
小米全主动悬架系统使用液压驱动,液压油泵作为全主动悬架系统的“心脏”,它的流量和响应时间等特性保证了车辆高度的调节速度。液压泵流量,代表单位时间内通过泵的液体体积,决定了悬架系统传递液压动力的大小和速度。流量越大,悬架调节的速度就越快。油泵电机的响应时间,代表油泵建立流量的速度。
液压油泵的流量和响应时间等特性带来了车辆高度的快速变化,使车辆在面对不同路况时能保持平稳驾驶。
小米预研的全主动悬架系统具备卓越的高度调节性能,调节幅度最高可达 140mm,调节速度更是达到了空气弹簧的 100 倍。无论是面对大起伏路面还是细碎的小颠簸路面,都能从容应对,让驾乘更为舒适流畅。
小米的全主动悬架系统可以根据路况和驾驶需求自动调整车身高度,就像给汽车安装了一个“升降梯”,而举升力就是这个“升降梯”的承载能力。以车重 2.2 吨的小米 SU7 Max 为例,为实现视频中的原地起跳,需要悬架有极强的举升力。小米的全主动悬架系统举升力最大可超过 44400N,相当于两个 SU7 Max的重量
基于小米的超高压系统直驱技术,小米为每个轮端的全主动悬架分别配备了功率高达 4.6kW 的强大动力源,能使减振器快速获得超高油压,进而让车辆实现原地起跳。
小米主动悬架强大的举升力不仅可以让车辆原地起跳,还可以让车辆在面对大侧倾、大俯仰、大颠簸等极端场景下越发从容。同时,所有这些极端场景的控制,全部由全主动悬架的主动控制系统融合路面预瞄和车辆状态感知后自动完成,保障舒适的驾乘体验。
整体而言,小米全主动悬架可以结合 AD(Autonomous Driving 自动驾驶)感知系统,对道路状态进行预瞄判断并实时融合车辆状态,利用主动悬架系统的电子控制单元进行信号处理并输出控制指令,以此做出悬架高度、阻尼的自调整,最终适应不同的路况和驾驶需求。这不仅提升了驾驶的舒适性和稳定性,还可以提升车辆的安全性和操控性。


02

小米超级四电机系统

高性能,轻量化,四轮独立精准控车

电机作为底盘系统的“心脏”,不仅驱动着车辆的前行,更是实现智能化操控与高性能表现的关键所在。小米 SU7 底盘配备双电机与 CDC 悬架,适应一般路况并提供基础的主动安全功能。Ultra 的智能底盘则升级为三电机,动力更强,操控更灵活。
电机预研中,我们打造了由 2 个全新自研电机 +2 个 V8s 超级电机组成的全新四电机系统,并配合全新整车控制器,以实现高性能、轻量化、四轮独立精准控车,可做到如原地掉头、极限过弯等严苛场景
在预研过程中,我们面临着如何在前舱有限空间内提升功率密度和扭矩密度的巨大挑战。为了解决这一难题,工程师团队通过创新设计,采用 X-Pin 绕组将双电机尺寸缩短 20mm,并通过行星齿轮减速器减少 14kg电驱重量,成功实现电驱轻量化和尺寸的最小化从而在前舱空间设计上,不仅升级为可以放置双电机,还方便了悬架系统和转向系统的布置,实现了空间的最大化利用。
在紧凑设计的同时,小米自研的前电机仍然保持高性能。单个功率高达 449 马力,峰值扭矩达到 380Nm,最高转速可达 28000rpm。同时,整体功率密度显著提升,达到 11.89kW/kg,总功率达到 2054 马力,确保强劲动力和紧凑设计的完美结合,为驾驶员提供全球顶级超跑般的加速体验。
超级四电机系统具备四轮独立控制能力,能精准调整每个车轮动力,显著提升操控灵活性与稳定性。其典型应用为原地掉头功能,通过精确控制与电机扭矩高精度输出,以及四轮轮速的协同调节,车辆可在狭小空间内迅速完成转向,且旋转快慢自如。同时,高效的立体循环冷却系统能够确保电驱长时间频繁操作下的温度与性能稳定,保证连续掉头无过热。
为确保原地掉头动作准确协调,整车控制模块(VCU)会协同调用四电机、制动系统、转向系统、悬架系统以及感知系统。通过精准算法控制四电机的扭矩、转速和转速方向,保证四个轮胎滑移转速协调一致,产生稳定绕中心旋转力矩。
当车辆遇到障碍物或者路面条件不满足要求时,制动系统将会被调用,以保证原地掉头过程的安全性。与此同时,转向系统调整车轮方向,与电机协同实现旋转;悬架系统减少侧向力,保障稳定性与舒适性;感知系统实时获取环境信息,避免碰撞与旋转不稳,对远程遥控原地掉头尤为重要。
此外,小米超级四电机能实现每秒 500 次的高频扭矩协同控制,结合扭矩矢量控制技术,车辆能够轻松应对打滑、陷车等挑战,确保车辆在复杂场景中平稳驾驶。在极限情况下,系统也能迅速反馈并自动校正车身姿态,使驾驶体验更加平滑流畅。更能在雨雪、冰雪等极端情况下助力脱困,集超强动力、极致控制与舒适体验于一身,紧凑设计下输出澎湃动力。


03

小米 48V 线控底盘

精准响应,原生支持完全自动驾驶

线控底盘,也被称为电子控制底盘,是汽车智能化的核心组成部分,通过电子控制单元(ECU)和传感器的协同工作,实现对车辆底盘各执行器的精准控制;它取消机械连接采用电信号传递人机实现解耦,在部分智驾场景下可不依靠驾驶员的输入完成驾驶操作,为实现完全自动驾驶打下坚实的基础。
在线控底盘预研技术中,工程师们为进一步满足整车轻量化、长续航的需求,将底盘电压从 12V 提升至 48V,并基于 48V 线控化,实现了48V 线控制动和 48V 线控转向两大技术突破。

小米 48V 线控制动,提升制动性能,简化维护工序

小米智能底盘的制动系统,从 SU7 的 12V DPB+ESP10.0 电子液压制动跃级至 48V 四轮全干电子机械制动。小米 12V DPB+ESP10.0 电子液压制动系统,由 12V 电机动力模块压缩刹车油产生液压力,通过液压推动卡钳活塞产生制动力。
而小米 48V 四轮全干电子制动系统,每个车轮均配有独立的 48V EMB 电子制动卡钳,卡钳上的电机动力模块通过机械传动机构直接推动活塞产生制动力,更高传动效率,更快制动速度。相比电子液压制动,其夹紧响应速度提升 40%;百公里制动测试,驾驶员踩下刹车踏板至车辆停止,制动距离缩短了 1 米以上。
同时,小米 48V 四轮全干电子制动系统,无需使用刹车油,取消了传统的液压管路和泵系统,减少环境污染和维护负担,保养更省心;而模块化设计的 EMB 卡钳,将制动感知、决策、执行多个功能融为一体,高度集成使得制动零件数量减少 50%,充分释放前舱空间,提升车辆空间使用率。
众所周知,摩擦片的面积大小及性能是影响车辆制动极限性能的重要因素。小米 48V 线控制动,在行业首创“双活塞EMB电子制动卡钳”,相比传统单活塞 EMB 卡钳,其摩擦面积扩大 50%,即使在激烈驾驶、连续制动场景中也能给出稳定优异的制动性能。而其配有的高精度夹紧力感知模块,使夹紧精度提升一倍,制动控制更精细,确保制动过程减速更平顺、制动跟车距离更精准,大大提升人驾、智驾的刹车体验。
同时,小米 EMB 电子制动卡钳,具有卡钳盘片间隙主动调节功能,可根据工况智能调整,制动系统摩擦损耗(拖滞力矩)减少 50%,车辆续航里程额外增加 10 公里以上

小米48V 线控转向,实现无方向盘的数字化座舱

转向系统是车辆的关键构成部分。传统的汽车转向系统通过机械连接,驾驶员转动方向盘时,转向机和转向柱等机械部件借助驱动电机,辅助带动车轮摆动转动,从而减轻驾驶员转向时的体力消耗。

而小米的48V线控转向系统去除了上转和下转之间的机械连接,上转转变为驾驶员的手力模拟器,并采用了直驱电机方案,仅由一个电机完成手力模拟任务,节省座舱空间。这一方案通过计算方向盘的转动角度、实际车速等信息,精确模拟驾驶员的手感,让转向变得更加灵活平顺,驾驶时几乎没有延迟,带来了更加流畅的体验。

线控转向系统最大的优势是“人机解耦”,也就是驾驶员的操作和车辆的响应不再受机械部件的限制。
高精度的手力模拟器,配备了先进的传感器和冗余电控单元,能够精确捕捉驾驶员的转向意图。这些信号会实时、准确地传递给轮端转向执行器,后者通过电机驱动齿条横向移动,从而精准地转动车轮。电信号成为连接方向盘与车轮的“隐形纽带”,打破了机械结构的束缚。
同时,线控转向系统还支持动态调整转向比(范围可达5:115:1和设置方向盘圈数等功能。实现了转向比无可调*意味着,当车辆在低速倒车或转弯时,车轮能够更灵敏地响应方向盘的微小转动;而在高速变道时,车轮则能更稳定地保持方向。车辆可以实现高速跑车模式和低速家用模式的自主切换。
*转向比:指方向盘转动角度和车轮转动角度的比值
*无级可调:一定范围内进行无限多级别调整,以实现平滑、精确的转角和扭矩控制
使用电子信号连接线控转向可以提供两种体验:日常驾驶隔绝震动,舒适驾驶;动态驾驶实时反馈路感,掌握路面信息。
在安全方面,小米线控转向系统的手力模拟器和轮胎执行器均采用全冗余设计。对供电、通讯、传感器、主芯片、电路等关键部件进行全面备份,以确保系统在任何情况下都能稳定运行。这种设计满足了行业内功能安全 ASIL-D 的高标准要求,为驾驶员的安全提供了坚实保障。
随着线控传感器技术、控制算法和电机技术的不断进步,小米线控转向系统的潜力得到进一步释放。它不仅为车内空间设计提供了更大的自由度,还与智能驾驶技术实现了深度融合,可以实现方向盘在驾驶过程中的静默,也为自动驾驶汽车提供了良好的硬件基础。
*静默:自动驾驶模式下,方向盘不随车轮的转动而转动,保持在静止状态,从而减少对驾驶员的干扰,提高驾驶的安全性和舒适性。


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小米智能底盘预研技术,以全主动悬架、超级四电机系统、48V线控制动、48V线控转向等数字化控制技术,实现对汽车横、纵、垂三向六自由度的精准调控,不仅赋予了车辆卓越的安全性能、稳定表现,更将操控乐趣提升至全新高度。值得一提的是,小米智能底盘在软硬件研发方面,共申请了56件专利,其中37件为发明专利。
未来,小米智能底盘将进一步深度融合集团的先进 AI 能力,并与「人车家全生态」深度融合,进化为一个集智能、便捷、安全于一体的全面数字化基座。我们坚信,凭借深厚的技术积累与持续的创新精神,小米汽车将为用户带来前所未有的出行体验,让科技的力量真正融入每一段旅程。
我们也会继续秉持“从底层核心技术出发,十倍投入,认认真真做好一辆车”的初心,不断突破创新。在智能座舱、智能驾驶与电子架构等前沿领域继续深耕,打造更加贴近用户需求的智能汽车,让科技的力量真正惠及每一位驾驶者与乘客,敬请期待!
* 数据来自小米汽车实验室,当前为预研技术阶段,具体配置、参数等信息可能会与量产车辆存在一定差异,具体请以最终上市销售的量产车辆为准。
* 文中所述的完全自动驾驶指的是基于线控底盘能支持无需方向盘的自动驾驶能力 ,但仍需软硬件等多方面配合,并获得法规许可。