舍弗勒-面向自动驾驶和线控驻车的执行机构
当今，自动驾驶正在扮演越来越重要的角色，并有望在未来几年发挥更加决定性的作用。越来越多的机电化系统将被应用到车辆上来代替人类的介入和干预。当软件和传感器被越来越多的主机厂和供应商热切关注的时候，舍弗勒一如既往地保持对高阶线控执行机构的开发力度，因为线控执行机构是实现高等级自动驾驶的重要一环，相比较市场上其它已知的执行机构，舍弗勒正在开发的执行机构都有其各自独特的优势，比如很高的集成度，更加节能，系统集成的便利性等等。
介绍
为了回答这个问题——为什么线控执行机构是高等级自动驾驶所必需的产品，则我们首先需要了解自动驾驶等级 1 和等级 2 之间的区别（下面是工程师学会 SAE 定义的摘录）等级1（“驾驶员要操作”）：The driver and the automated system share control of thevehicle. Examples are systems where the driver controls steering and the automated systemcontrols engine power to maintain a set speed (Cruise Control) or engine and brake power tomaintain and vary speed (Adaptive Cruise Control or ACC); and Parking Assistance, wheresteering is automated while speed is under manual control. The driver must be ready toretake full control at any time. Lane Keeping Assistance (LKA) Type II is a further example oflevel 1 self-driving.等级2（“驾驶员可不操作”）：The automated system takes full control of the vehicle(accelerating, braking, and steering). The driver must monitor the driving and be prepared tointervene immediately at any time if the automated system fails to respond properly. Theshorthand "hands off" is not meant to be taken literally. In fact, contact between hand andwheel is often mandatory during SAE 2 driving, to confirm that the driver is ready tointervene.在车辆停车的场景中，等级 1 的停车辅助系统必须要能够控制转向，但是不能控制加速。因此，驾驶员必须要去自己控制加速踏板（包括前进和后退），比如通过手动操作换挡杆到“D”或者“R”的位置。车辆的转向可以通过电动助力转向系统来实现。由驾驶员实现的物理操作（比如换挡杆的移动）则需要通过钢索传递给传统的变速器执行机构来触发它的某个功能。如果自动驾驶的等级提升到等级 2，根据上文 SAE 的定义，那么车辆的停车辅助系统需要能够在没有人类驾驶员介入的情况下自主地控制车辆的加速，这正如 SAE 的定义中提到的“驾驶员可不操作”和“完全控制”。一款传统的执行机构总是需要一个物理的动作来触发它的某个功能，而这显然是不能满足自动驾驶等级 2 的要求的。相对应的，一款线控执行机构需要的只是电信号的触发。这个电信号可以由驾驶员的物理操作（按一个按钮）来产生，又或者可以在人类驾驶员不介入的情况下由车辆软件发出指令。因此，如果需要实现等级 2 的自动驾驶，那么就需要选择机电化的线控执行机构来代替人类的介入和指令。自动驾驶等级 3 和等级 5 要求更多的自主监控装置来代替人类驾驶员对环境的观察。并且自动驾驶系统还需要有能力完全地控制车辆，这就意味着线控执行机构依然是不可或缺的。根据市场的趋势，在 2020 年中国生产的大约 400 万轻型汽车（约占 13%的总产量）有希望达到至少等级 2 的自动驾驶水平。并且这个数值有望在 2030 年跃升至约 3570 万（约占 95%的总产量）（图 1）。对线控执行机构的巨大需求即将来临。舍弗勒正在开发一系列的线控执行机构来满足传统变速器、混合动力变速器和电桥的多种功能需求，比如线控驻车、线控换挡（用于传统和混合动力变速器）等等。
图 1：中国轻型车产品 ADAS 级别构成的预估
针对线控执行机构的第一个问题应该是“线控执行机构可以用在何处？”该问题的答案可以在下面的图示中找到：
图 2: 全手动驾驶的内容
对于监控和决策部分，可以通过传感器、控制器及软件来实现。发动机和电机则可以通过控制器及软件来自动控制。然而，其他的操作比如解耦、挂挡和驻车并不能简单地只是由传感器、控制器及软件来实现。这些操作所涉及的需要物理移动的机械部件不得不依赖执行机构来实现原始能量（比如电能）向机械能的转换(图 3)。
图 3: 没有线控执行机构的情景→无法实现高等级自动驾驶
舍弗勒 MCA 和线控解耦 – 看似一小步，却是大挑战
多年来舍弗勒已经交付了很多高质量的离合器系统包括离合器、分离系统和离合器执行机构，它们都有各自独特的技术。模块化离合器执行机构，简称 MCA，就是其中最新的代表作，它真正实现了线控解耦（或者说线控离合器）。
图 4：用于线控解耦（离合器）的舍弗勒 MCA
解耦或者离合器控制，特别是起步和离合器交互控制从来就不是一件容易的事情。在传统变速器或者混合动力变速器中的离合器系统性能总是受到温度、离心力、冷却及润滑（针对湿式离合器系统）和驾驶策略的影响，最终导致扭矩的传递受到影响（包括扭矩的波动）。并且系统需要根据驾驶员的不同驾驶风格，找到动态响应，振动以及噪音的平衡点。此外，鉴于传动系统的安全等级要求很高（一般至少要达到 ASIL C），因此系统的安全性也是必须被保证的。同时，由于不断增长的低能耗需求以及越来越严格的排放法规，使得系统的效率在时下受到越来越多的关注（图 5）。
图 5：离合器系统集成中的挑战
基于全球范围内已经量产的干式双离合器、湿式双离合器和自动离合器项目，舍弗勒在离合器系统集成的实战中积累了大量的知识和经验。MCA 的诞生和创新正是建立在舍弗勒对离合器系统的深度理解之上的——如何设计一款离合器执行机构来很好的应对各种挑战。
图 6: 舍弗勒 MCA 剖面图
图 6 剖面图显示了舍弗勒 MCA 的内部设计，MCA 是基于静液式原理而设计的一款离合器执行机构，这就意味着它具有得天独厚的高效率和低泄漏的本性。MCA 的一大创新特征是采用了新一代的行星滚柱丝杆，简称 PRS。正是由于这个全新的不会打滑的 PRS，才使得系统可以仅仅通过转角传感器来精准地侦测活塞的位置，而无须额外地配置绝对位置传感器。同时基于静液式的工作原理，整个离合器系统无须安装任何额外的行程传感器就能较精准地控制离合器行程。可选的双卷簧的应用使得系统可选择性的针对离合器结合或者分离实现完全的自锁，这一特点所带来的不仅仅是安全性，而且还进一步提高了系统的效率。MCA 的另一个亮点是其自带的强化的本地控制单元（简称 LCU）。相较于老一代的产品，它具有较高的运算能力。这使得 MCA 有能力像 TCU 一样处理更多的传感器信号。针对某些应用，比如自动离合器，TCU 的成本就可以被顺利地省下来。此外，更重要的是 MCA 可以通过切换前面的执行模块从而轻松实现液压和机械版本的切换。这就是为什么我们把 MCA 称作一款“模块化的”离合器执行机构。对于耗能器数量有限的离合器系统，MCA 将是一个很好的选择来平衡性能和成本。图 7 显示了具体的应用案例：
图 7: MCA 的应用案例
舍弗勒 SHA – 变速器的全能型执行机构解决方案
过去，舍弗勒已经开发了多种针对单一任务的线控执行机构，比如 MCA（模块化离合器执行机构），HCA（静液式离合器执行机构）和 GA（挡位执行机构），这些执行机构都能以很高的效率和性能来完成某些特定的任务。为了实现对整个变速器系统效率的进一步优化，同时又要顾及整个系统的成本，必须要从更高纬度的系统层面来考量，并且还要兼顾变速器的冷却以及润滑的需求，甚至是大型耗能器的冷却（比如驱动电机）。对此，舍弗勒的解决方案就是新一代的智能化液压执行机构，简称 SHA。所有变速器需要的功能包括冷却和润滑都可以被 SHA 涵盖。我们称其为线控变速器（图 8）
图 8：用于线控变速器的舍弗勒 SHA
舍弗勒有数十年液压系统和其它“按需供能”变速器执行机构比如驻车、离合器的开发经验。SHA 的各个模块都是基于成熟量产技术的高阶开发。基于高度的系统整合能力，舍弗勒可以从容地设计出高效率、并且充分优化成本和空间的线控液压执行机构，甚至能够让整个变速器实现线控变速器的理念。图 9 展示了其中的一个应用案例——对于一台混合动力变速器，SHA 可以控制一个解耦器、一个驻车机构，并且能够提供变速器零件的润滑和驱动电机的冷却。
图 9：舍弗勒 SHA 的设计
图 10 展示了上文提到的 SHA 系统的多种工作模式：
（1）
（2）
（3）
（4）
图 10：1图是整个系统的展示，2图是脱开驻车棘爪，3图是保持驻车棘爪脱开+结合分离离合器，4图是冷却+保持驻车棘爪脱开+保持分离离合器结合
所有的操作指令可以由上层的控制器触发并且和集成在 SHA 上的本地控制单元协调，无须任何人类的干预和介入。总结
虽然在汽车工业领域线控执行机构并不是一个全新的技术，但是由于自动驾驶市场需求的不断增长，对线控执行机构的旺盛需求是可以预期的。基于过去数十年来各类量产项目的经验，舍弗勒的执行机构总是能够具备如下的优势：1) 线控执行范围覆盖所有的变速器功能；
2) 能够游刃有余面对各类高难度系统的挑战；
3) 模块化的执行机构理念；
4) 高度整合以及灵活的解决方案；
5) 同级别中最佳的能耗表现。
基于这些优势，可以信心满满地建立一套高效率并且成本可控的自动驾驶系统（特别是那些混合动力和纯电动车辆）。 
