作者 |Jo
小編 | 不吃豬頭肉

高性能力反饋方向盤(pán)MXsteerWheel作為線控轉(zhuǎn)向開(kāi)發(fā)的新幫手，在北匯信息的展臺(tái)上一直是大家關(guān)注的焦點(diǎn)。由于它簡(jiǎn)練出眾的外表與真實(shí)阻尼的手感，吸引參展的朋友都樂(lè)此不疲地進(jìn)行嘗試。而后又不禁感嘆，亦真亦假！

圖1 桌面式駕駛模擬器

系統(tǒng)組成
整體來(lái)看，駕駛模擬器由CANoe測(cè)試平臺(tái)、高性能實(shí)時(shí)機(jī)、方向盤(pán)電機(jī)與控制中樞，三者構(gòu)成測(cè)試閉環(huán)。不過(guò)，在系統(tǒng)中，有位“掃地僧”在暗自發(fā)力，它就是虛擬車輛仿真軟件（含轉(zhuǎn)向模型）。其不僅為方向盤(pán)提供實(shí)時(shí)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，還讓駕駛員可通過(guò)動(dòng)畫(huà)來(lái)觀測(cè)車輛行徑。真實(shí)的手感體驗(yàn)，離不開(kāi)它，讓我們一探究竟。

圖2 系統(tǒng)交互概念

MdynamiX轉(zhuǎn)向模型

MXsteerWheel采集的駕駛員方向盤(pán)角度傳輸給控制中樞MXsteerCon，其中包含了由Pfeffer教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的轉(zhuǎn)向模型MXsteering Model。該模型為實(shí)時(shí)的三自由度模型，常用于EPS和HPS的轉(zhuǎn)向手感仿真和分析，并支持集成ADAS接口，或自定義ECU功能，如反饋手感算法和車道保持功能。

圖3 MXsteering模型
在與DYNA4的集成中，該模型根據(jù)轉(zhuǎn)向角度計(jì)算出齒條位移，通過(guò)EtherCAT通信協(xié)議傳輸給CANoe，在CANoe中以系統(tǒng)變量的形式再發(fā)送給DYNA4中。由于DYNA4與CANoe的集成高度簡(jiǎn)潔，只需要在DYNA4中關(guān)聯(lián)上相應(yīng)的系統(tǒng)變量，一鍵編譯后生成虛擬節(jié)點(diǎn)掛載在CANoe中，模型數(shù)據(jù)便能低時(shí)延傳輸，保證實(shí)時(shí)性。

圖4 系統(tǒng)變量關(guān)聯(lián)

DYNA4也自帶轉(zhuǎn)向模型，包括轉(zhuǎn)向柱和帶有靜摩擦模型的轉(zhuǎn)向傳統(tǒng)裝置，支持齒輪齒條式和搖臂拉桿式兩種不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)形式，前者常用于乘用車，后期應(yīng)用于商用車和卡車。

圖5 DYNA4中轉(zhuǎn)向模型類型

DYNA4車輛動(dòng)力學(xué)模型

DYNA4將接收到的齒條位移再傳輸?shù)阶陨淼亩囿w動(dòng)力學(xué)底盤(pán)中，底盤(pán)模型結(jié)合道路環(huán)境、輪胎、動(dòng)力傳動(dòng)等綜合信號(hào)，計(jì)算出最終作用在傳動(dòng)軸上的負(fù)載力，并將此值再回傳給手感方向盤(pán)。簡(jiǎn)易的信號(hào)交互形式，讓工程師非常方便地獲取諸如車身姿態(tài)等信息，來(lái)進(jìn)行例如主動(dòng)回正功能的測(cè)試。

圖6 DYNA4模型與CANoe信號(hào)交互
此外，DYNA4與整個(gè)轉(zhuǎn)向總成配合得也非常好。對(duì)于常見(jiàn)的EPS測(cè)試，亦或是針對(duì)傳統(tǒng)或者線控轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)，都可以進(jìn)行SiL、HiL的仿真測(cè)試。

圖7 DYNA4與轉(zhuǎn)向總成
以乘用車為例，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由一對(duì)齒輪組成，將方向盤(pán)的角度轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)向齒條的平移運(yùn)動(dòng)，并可以設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)剛度、阻尼、摩擦阻力、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、左右兩端傳動(dòng)比、萬(wàn)向節(jié)傳遞（不等速傳遞特性），以及不同EPS助力形式。

圖8 DYNA4中齒輪齒條式轉(zhuǎn)向
DYNA4也支持前后四輪轉(zhuǎn)向。如下圖為主車前、后兩軸實(shí)現(xiàn)多輪轉(zhuǎn)向，同時(shí)全掛拖車的前軸隨轉(zhuǎn)，半掛式拖車同樣也支持。

圖9 DYNA4四輪轉(zhuǎn)向

DYNA4自身包含豐富的場(chǎng)景庫(kù)，也提供道路編輯功能，支持用戶自行搭建測(cè)試賽道。其動(dòng)畫(huà)顯示采用游戲引擎Unity渲染，最高可達(dá)4K分辨率。不同視角的自由切換，幫助工程師更好地觀測(cè)車輛行為。

圖10 DYNA4中的道路
在ADAS領(lǐng)域，DYNA4提供交通（Traffic）功能。不同的交通場(chǎng)景包括若干同道車輛以及障礙物。交通車輛支持多種駕駛?cè)蝿?wù)，比如觸發(fā)的車速變化，觸發(fā)的變道或者這些動(dòng)作的組合。從DYNA4 R8開(kāi)始也支持使用OpenSCENARIO來(lái)定義和模擬復(fù)雜的駕駛場(chǎng)景。通過(guò)虛擬測(cè)試，自動(dòng)駕駛和駕駛輔助系統(tǒng)能夠在安全、高效、低成本的條件下進(jìn)行驗(yàn)證與優(yōu)化，為系統(tǒng)在真實(shí)道路上的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

LKAS演示
以車道線保持功能LKAS(Lane Keeping Assist System)為例，通過(guò)觀測(cè)動(dòng)畫(huà)以及力反饋方向盤(pán)的主動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，驗(yàn)證控制策略實(shí)施的效果。LKAS算法接收車道線信息，若識(shí)別到脫離行駛車道的行為，會(huì)控制電機(jī)輸出轉(zhuǎn)向力矩來(lái)修正行駛方向，使車輛處于正確的車道上，同時(shí)可以集成脫手檢測(cè)功能，例如若駕駛員超過(guò)20S未接管方向盤(pán)，將自動(dòng)退出保持，直至檢測(cè)到駕駛員手力矩的輸入。此外，也可以加入攝像頭來(lái)識(shí)別前方車輛，進(jìn)行自適應(yīng)巡航（ACC）或者主動(dòng)緊急制動(dòng)（AEB）功能的驗(yàn)證。

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