四、路感模擬

  在SBW系統(tǒng)的應用過程中，由于沒有了傳統(tǒng)機械連接，但為了確保駕駛體驗和感知安全，駕駛過程中需要讓駕駛員可以感受到與傳統(tǒng)機械轉向相似的“力回饋”，因此需要通過電機模擬出一定的路感反饋，即控制單元需根據(jù)實際車輛動態(tài)模擬出合理的轉向力反饋，再通過力矩電機向方向盤提供適當?shù)淖枘岷土Ω校瑥亩柜{駛員可以感受到真實的轉向感覺。

  此過程中，為使系統(tǒng)向駕駛員傳達的駕駛感受足夠真實，控制單元需根據(jù)內嵌的路感模擬模型（車輛動力學模型的一部分，該模型根據(jù)車輛實際行駛狀態(tài)和物理規(guī)律模擬出自然的轉向阻力和助力變化），然后結合傳感器數(shù)據(jù)，可計算出在特定車速、轉向角度和路面條件下，駕駛員在傳統(tǒng)機械轉向系統(tǒng)下應該感受到的轉向力。

  并通過以力矩電機作為執(zhí)行機構，向其發(fā)送精確的電流控制信號，以控制該電機的力矩輸出，從而使其產生相應方向和大小的力矩，并在相應條件下模擬出不同的路面阻力和轉向阻力曲線，以讓駕駛員獲得更真實的路感反饋。

  在整個過程中，控制單元始終保持對車輛狀態(tài)的實時監(jiān)控，并確保在緊急情況下能迅速調整反饋力度，以確保駕駛安全。期間若出現(xiàn)相應故障，系統(tǒng)將自動切換至安全模式，如提供一個恒定但不至于令駕駛員失去控制力矩的固定反饋。通過此方式，SBW系統(tǒng)成功地模擬了傳統(tǒng)機械轉向的路感反饋，從而提供了一種既有真實駕駛體驗又能適應不同駕駛情境的轉向解決方案。對此過程示意如下：

圖4 路感模擬過程示意

  注：為使得路感模擬更真實，對于所采集的數(shù)據(jù)需具有高精度、高準確性、高實時的特性，通過此數(shù)據(jù)的應用，結合詳細的車輛動力學模型及相關算法，實現(xiàn)轉向力矩的計算。并通過精確控制電機輸出的力矩大小和方向，確保能夠快速、準確地響應控制單元的指令，從而傳達給駕駛員恰如其分的力感。

五、安全冗余設計

  由于SBW運行的穩(wěn)定性直接關系到車輛的操控安全性和自動駕駛系統(tǒng)的可靠性，因此安全冗余設計在此處將會極其重要。通常，在此領域的做法是采用系統(tǒng)冗余方案，既采用多重傳感器備份、雙三重ECU架構以及故障診斷和隔離功能等措施。

  這里的“多重傳感器備份”意味著系統(tǒng)配備有不止一套傳感器系統(tǒng)來測量同樣的物理參數(shù)。這些傳感器通常是獨立工作且互為冗余，即使其中一套傳感器失效，其他傳感器仍能正常工作并提供準確的數(shù)據(jù)，確保系統(tǒng)能夠維持基本功能，避免因單一傳感器故障而導致的失控風險。

  “雙三重ECU架構”指的是用于提高可靠性和安全性的高級冗余設計。其中，雙指至少有兩個完全獨立的電子控制單元，每一個都可以單獨處理所有的計算任務；三重則是指在每個ECU內部或者是在整個系統(tǒng)中有三個獨立的硬件或軟件通道，同樣執(zhí)行相同的控制邏輯。這種設計下，任何單點故障都不會導致系統(tǒng)完全失效，因為其它冗余部分可以立即接管其功能。

  故障診斷功能指的是系統(tǒng)具備自我檢測錯誤的能力，能夠及時發(fā)現(xiàn)硬件故障、軟件錯誤或其他異常情況。隔離功能則是指當檢測到某個組件或子系統(tǒng)發(fā)生故障時，系統(tǒng)能夠自動切斷問題區(qū)域與整體系統(tǒng)之間的聯(lián)系，防止故障進一步擴散影響到其他正常工作的部分，同時激活備用系統(tǒng)或進入安全模式，確保車輛在遇到故障時仍然保持一定的可控性。例如，若某一傳感器數(shù)據(jù)異常，則系統(tǒng)可能會忽略該傳感器數(shù)據(jù)，轉而依賴其他正常工作的傳感器信息，從而確保車輛穩(wěn)定運行。

  然而，過度增加硬件冗余卻會顯著增加系統(tǒng)成本，這對于商業(yè)化和規(guī)?；瘜⒉皇呛芎玫慕鉀Q方式。因此，對于傳感器和控制單元的冗余，通常會采取局部冗余或功能冗余策略去平衡，如：

選擇性冗余：只針對最關鍵且可能導致重大安全風險的部件采用冗余設計，例如轉向角度傳感器、扭矩傳感器這些更重要的感知器件；

軟件冗余與功能多樣性：通過軟件冗余設計，實現(xiàn)故障檢測、隔離和恢復，并結合跨系統(tǒng)冗余，如多個子系統(tǒng)共享信息以提高冗余度；

多層次冗余：在系統(tǒng)層級設計中，實現(xiàn)硬件、軟件和通訊的多重冗余或主/備控制單元之間配合實現(xiàn)不同級別的冗余；

可重構系統(tǒng)：設計可重構的硬件和軟件架構，使得在系統(tǒng)某部分失效時，剩余部分可以重新配置以替代失效部件的功能。

  同時，基于ISO 26262等功能安全標準的系統(tǒng)設計，可確保在不大幅增加成本的前提下提高系統(tǒng)的整體安全水平。

六、總結

  盡管SBW的車載應用尚存需面對安全性、技術復雜性、成本、法規(guī)等諸多方面的壓力，同時也基于高階自動駕駛技術的尚未普及，從而讓該產品的滲透率難以提升。但從長遠來看，隨著自動駕駛技術的發(fā)展，尤其是L4/L5級自動駕駛車輛的推進，SBW憑借其高響應、高靈活等特性，在適應自動駕駛方面將作為關鍵的線控技術被得到更廣泛的應用。

  同時，隨著相關技術的進步，傳感器、控制器和執(zhí)行器的成本或有望逐漸降低，而SBW作為線控底盤的一部分，將有利于整合其他線控技術（如線控制動等），進而實現(xiàn)車輛整體性能的優(yōu)化和智能化的升級。

轉自覺知汽車