一、自動駕駛的橫向控制需求
?自動駕駛的橫向控制需求和傳統(tǒng)的執(zhí)行部件有些不一樣。在實際過程中，比如轉(zhuǎn)向或制動，目前國內(nèi)研發(fā)中很多是逆向開發(fā)，或是基于當(dāng)前狀態(tài)的開發(fā)，缺少一種正向開發(fā)觀念，所有的執(zhí)行部件和線控部件都是為了滿足駕駛員或整車運動控制的需求。 ?所以，在設(shè)計轉(zhuǎn)向時必須要有一種正向思維方法，不是去編輯MAC的校驗方式，而是從駕駛員的需求、自動駕駛的需求來設(shè)計線控部件。因此，首先要知道自動駕駛需要底盤做什么，或駕駛員需要底盤做什么樣的操作。 ?目前，轉(zhuǎn)向的發(fā)展基本上分為兩個等級，一是小于等于L2的電動助力轉(zhuǎn)向EPS，但EPS中除了原先的輔助助力系統(tǒng)，還增加了一些線控接口指令。還有一種是大于等于L3的線控轉(zhuǎn)向，現(xiàn)階段有它的特殊性，如果小于等于L2，失效時主要功能安全會關(guān)掉，是fail off。對于大于等于L3的狀態(tài)，就要fail-operationl，即在失效時能夠保證一定功能或降級功能，基本上具備轉(zhuǎn)向功能，這是一個非常重要的臨界點。 ?

軟件定義底盤

?為了實現(xiàn)上述功能，提出了各種各樣的技術(shù)，首先要有一個正向思維，自動駕駛對底盤有一定需求，左邊的軟件定義底盤是我們研究院和清車智行提出的。定義軟件底盤需要根據(jù)自動駕駛的需求或獨立移動底盤的需求。以后整車發(fā)展可能是底盤加座艙，即三域兩平臺，三域支持自動駕駛、智能座艙域和線控底盤域；兩平臺是智能座艙和智能底盤兩個硬件平臺。隨著智能座艙形狀的不斷改變，首先我們要定義各種座艙形態(tài)，即各種座艙的穩(wěn)定性是要定義的指標(biāo)。 ?只有在這個指標(biāo)下，再考慮自動駕駛的規(guī)劃指令，定義當(dāng)前的整車是什么狀態(tài)，是穩(wěn)定狀態(tài)還是失穩(wěn)狀態(tài)，還是臨界穩(wěn)定狀態(tài)，即安全等級預(yù)測模型，模型限定后，就可以最大限度地保證橫縱協(xié)調(diào)得到實際執(zhí)行。 ?橫縱協(xié)調(diào)指令出來后，還有軟件定義來定義執(zhí)行系統(tǒng)的軟硬件解耦，因為底盤域是一個大的運算平臺和算法中心，底層轉(zhuǎn)向制動，甚至懸架和驅(qū)動相關(guān)的應(yīng)用層算法都可以在平臺上不斷迭代，所以要進(jìn)行執(zhí)行系統(tǒng)線控和系統(tǒng)軟硬件解耦，再定義橫縱協(xié)調(diào)相關(guān)指令，同時軟件定義底盤還可以定義自動駕駛的擴(kuò)展功能，這就是軟件定制底盤的需求。 ?我們研究院基于大于等于L3的底盤域控，實現(xiàn)了涉及的安全等級預(yù)測、動態(tài)控制、軟硬件解耦的相關(guān)架構(gòu)。右邊的線控執(zhí)行系統(tǒng)對滿足底盤控制要求和整車要求提出了不同需求，特別是對轉(zhuǎn)向冗余設(shè)計和功能安全，包括高階路感的體驗要求，后期還有獨立轉(zhuǎn)向相關(guān)功能需求。 ?從技術(shù)路線來說，是從軟件定義底盤到域，再到執(zhí)行組件，在實際生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品要落地，還要基于執(zhí)行部件反過來倒推，以滿足一級一級的技術(shù)要求，這就是軟件定義底盤。 ?

自動駕駛分級

?隨著自動駕駛和駕駛輔助系統(tǒng)的不斷成熟，自動駕駛的分級已進(jìn)行了好幾輪優(yōu)化。最新版SAE駕駛自動化等級很關(guān)注L3如何實現(xiàn)，去年SAE明確提出L3時，在功能請求時必須由人駕駛，如果整車沒有請求，如果整車發(fā)生安全事故或其他危險時，責(zé)任在于整車；功能請求一旦發(fā)布，必須要有人直接接管，這之間的時間延時如何實現(xiàn)，各家有不一樣的觀點。在安全風(fēng)險預(yù)測方面，功能請求時，必須要有一定緩沖時間留給駕駛員進(jìn)行相關(guān)操作，因為理論上，L3雙手可以脫離方向盤，腳可以離開制動踏板，甚至可以短時間閱讀手機/報紙。而當(dāng)整車有自身所無法克服的安全風(fēng)險時，向駕駛員提出請求，必須由駕駛員接管。 ?在不斷實踐過程中，緩沖時間要不斷優(yōu)化和更新，主要還是安全或風(fēng)險預(yù)測的時間，或提前響應(yīng)的時間，所以L3也是一個很糾結(jié)的階段，甚至有人認(rèn)為應(yīng)該是2.99或直接跳過L3，但L3短期內(nèi)還是一個不可避免的過程，所以很多基于轉(zhuǎn)向的研究都是L3和L2之間或L3之間，L3內(nèi)自動駕駛和手動駕駛直接切換是一個很大的考驗，自動駕駛和手動駕駛切換Switch Ramp處理方式很重要。 ?到L4、L5時，也有一些典型狀態(tài)，L4還有方向盤，只不過是完全解耦的狀態(tài)，L5方向盤已經(jīng)不存在。對轉(zhuǎn)向來說，各家主流研發(fā)目標(biāo)和研發(fā)路徑也不一樣。歐洲有兩種，一種是到L4時就可以取消方向盤，換成駕駛終端，即操作手柄，進(jìn)行緊急切換，也有的還保留方向盤，設(shè)計思路不一樣，所以當(dāng)前階段還要考慮L3和L3到L2之間的Switch Ramp問題。 ?

橫向控制發(fā)展趨勢

?什么是橫向發(fā)展？如果從自動駕駛的底盤控制層面考慮，以后可能有三軸方向控制，即橫向、縱向和垂向的三向控制，轉(zhuǎn)向是橫向控制中最主要的操作，包括自動實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，所以橫向控制是后期發(fā)展的重要控制層面。 ?汽車行業(yè)向電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展，軟件定義汽車得到了推廣，域控制電子電氣架構(gòu)從分布式到域控制，再到集中域，甚至后期的中央電腦方式，不斷快速發(fā)展。作為關(guān)鍵的橫向控制機構(gòu)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是未來發(fā)展的方向。 ?未來的轉(zhuǎn)讓系統(tǒng)會有幾方面要求，一是路感模擬和性能要求，L3到L4階段是很重要的階段，這時還有方向盤，而且是完全解耦的方向盤，這時會有一些要求，比如弱震動噪音減弱、可變轉(zhuǎn)向比、運動控制，都需要在路感模擬和性能需求中體現(xiàn)。 ?對線控底盤的要求包括轉(zhuǎn)向和方向盤的靈活布置、基于底盤域的結(jié)合設(shè)計、跨平臺應(yīng)用。從安全可靠性來看，有fail-operationl（失效可運行）、冗余架構(gòu)和功能安全。自動駕駛方面，L2、L3之間的轉(zhuǎn)換涉及角度控制、方向盤靜默/折疊。 ?

自動駕駛等級對轉(zhuǎn)向的需求

?自動駕駛對轉(zhuǎn)向的需求完全基于當(dāng)前的自動駕駛程度，對轉(zhuǎn)向特點提出了要求，首先是從常規(guī)的0級到1級、2級，以駕駛員和駕駛員系統(tǒng)為主。常規(guī)的電動處理轉(zhuǎn)向選用單純的三相電機、獨立電源、位置傳感器和一個或兩個核的控制器，不一定有異構(gòu)冗余，因為L2以下是fail off狀態(tài)，一旦發(fā)生危險或故障就會關(guān)掉。 ?功能安全等級方面需要雙核功能，特別是在無法關(guān)掉時，必須要實現(xiàn)ASIL D安全等級，即必須關(guān)掉時必須要關(guān)掉。象限保護(hù)也是為了滿足ASIL D，出現(xiàn)相間短路、電機短路時能夠及時關(guān)掉，保證相關(guān)通訊、網(wǎng)絡(luò)安全、機械耦合狀態(tài)。 ?到L3會有很大的變化，駕駛主體責(zé)任人是系統(tǒng)，整個EPS設(shè)計也就是線控轉(zhuǎn)向設(shè)計是冗余EPS執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已跨到線控轉(zhuǎn)向，其兩部分一是路感模擬，二是轉(zhuǎn)向制動控制或轉(zhuǎn)向執(zhí)行，需要六相電機或雙電機配置，采用雙電源、雙TAS備份、三內(nèi)核，當(dāng)然也可以是兩個功能核，再加一個鎖步核，以保證功能安全級別和安全的實施。 ?安全等級達(dá)到ASIL D，就必須要有異構(gòu)冗余措施，有預(yù)期功能安全因子分析、象限保護(hù)、多通訊模式、硬件安全模塊模組，以保證相關(guān)的通訊，這時取消了機械耦合，但還有方向盤。 ?到L4、L5，方向盤是可屏蔽狀態(tài)，甚至采用一些控制終端去實施。歐洲有兩種聲音，一是方向盤，二是終端，但美系和日韓系還是偏向于用方向盤，不希望用終端方式。 ?

底層執(zhí)行機構(gòu)軟件定義集成控制

?作為一個大的運算中心和算法平臺，底盤域是可以不斷地OTA迭代的芯片平臺，很多算法會上移。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)會將應(yīng)用層在1或2毫秒層面直接進(jìn)行算法上移。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以后只會保留電機控制、機械系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向電機，特別是電機診斷實時系統(tǒng)，而應(yīng)用算法都在底盤域中，所以給轉(zhuǎn)向行業(yè)的工程師提出了更高要求，需要具備軟件的軟實力和機構(gòu)不可替代的硬實力。以后的商業(yè)模式將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)廠商提供一套硬件系統(tǒng)，再加上打包的一套軟件系統(tǒng)，直接給整車廠或Tire 1進(jìn)行集成。 ?如何在這個過程中保證軟件附加值，是從事轉(zhuǎn)向行業(yè)的人需要考慮的事情。同樣，制動也是這樣，要增強軟實力和硬實力，有自己獨有的控制算法和一些專利保護(hù)，這些都會體現(xiàn)在后期的軟件附加值中。 ?底盤控制軟件協(xié)調(diào)控制封裝組件

?底盤域封裝組件和轉(zhuǎn)向相關(guān)的算法包括：前后輪協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向控制、主動轉(zhuǎn)向前后輪獨立運算控制算法和線控轉(zhuǎn)向路感模擬，這三塊是軟在底盤域中要上傳到封裝組件中。 ?

線控轉(zhuǎn)向軟件組件

在AUTOSAR架構(gòu)中，線控轉(zhuǎn)向軟件組件是SWC層面的軟件組件，每一個軟件組件都有相關(guān)功能描述，比如以正向思維設(shè)計轉(zhuǎn)向功能，駕駛員轉(zhuǎn)向自動駕駛、輔助系統(tǒng)功能，如車道保持，需要相關(guān)的扭矩接口、力矩接口或橫向齒條力接口，通過轉(zhuǎn)向駕駛控制模塊、線控轉(zhuǎn)向或EPS實現(xiàn)相應(yīng)功能。 ?這個模塊分成三部分，一是基礎(chǔ)轉(zhuǎn)向，側(cè)重人駕駛的力矩控制，因為不管是L2還是L3都有方向盤，涉及基礎(chǔ)助力，只不過會呈現(xiàn)在路感模擬中。通過分析齒條力的大小和路感波動，體現(xiàn)在路感方向盤的力矩控制。 ?同樣，還有回正和阻尼控制、高階路感反饋、補償控制、冗余仲裁和力矩指令疊加，以及角度控制，因為目前自動駕駛更流行通過目標(biāo)角度或目標(biāo)角速度達(dá)到目標(biāo)角度的精確定位、角度控制和轉(zhuǎn)向輪位置協(xié)調(diào)，實現(xiàn)脫手控制、手動/自動駕駛切換或L3向L2切換等。角度控制可以讓駕駛員主動接管或被動接管整車有一個安全過渡。另外，后輪轉(zhuǎn)向控制算法在很大程度上依賴前輪轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)，后輪轉(zhuǎn)向是一個執(zhí)行器，這個過程中還涉及前后輪主動協(xié)調(diào)。 ?橫向控制不單是方向盤轉(zhuǎn)向控制，還有縱向控制，比如過轉(zhuǎn)向、坡道制動、對接路面等，如何保證更好的制動效果，或在轉(zhuǎn)向失效或異常時保證緊急轉(zhuǎn)向的實施，涉及轉(zhuǎn)向和制動的協(xié)調(diào)控制。 ?通過進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，比如在過轉(zhuǎn)向或在坡道制動時，會有一個主動轉(zhuǎn)向過程；在轉(zhuǎn)向失效時，會有一個強制轉(zhuǎn)向或差速轉(zhuǎn)向過程，以保證整體轉(zhuǎn)向制動的協(xié)調(diào)，最終達(dá)到轉(zhuǎn)向效果。 ?

橫向穩(wěn)定控制流程

橫向穩(wěn)定控制流程是從底盤域基礎(chǔ)上實現(xiàn)的橫縱向穩(wěn)定性，根據(jù)車輛動力學(xué)和輪胎動力學(xué)，對輪胎附著系數(shù)進(jìn)行修正。根據(jù)線控底盤發(fā)展路線圖，2025年前，主要是研究輪胎的橫向和縱向控制；2030年后，會進(jìn)行橫縱垂相關(guān)的研究?；跈M向縱向主要進(jìn)行車輛動力學(xué)和輪胎動力學(xué)相關(guān)研究，以得出動態(tài)穩(wěn)定域，通過安全等級限制進(jìn)行修正，得到相關(guān)指令，再進(jìn)行車輛受控穩(wěn)定性研究。 ?整個過程和路面附著系數(shù)、車型參數(shù)、輪胎模型相關(guān)聯(lián)，所以橫向穩(wěn)定控制要考慮自動駕駛、整車動力學(xué)穩(wěn)定性需求，以及操縱穩(wěn)定性指標(biāo)要求、輪胎動力學(xué)要求，還要考慮轉(zhuǎn)向制動如何協(xié)調(diào)，所以單純看轉(zhuǎn)向，有很大的局限性，但如果從橫向角度去看，很多東西可以在前期進(jìn)行知識儲備。 ?

線控轉(zhuǎn)向組件關(guān)鍵參數(shù)

?主流線控轉(zhuǎn)向組件目前有兩類，一是搖臂式，比如商用車；二是齒輪齒條線控轉(zhuǎn)向器。上圖是路感協(xié)同管柱，取消了中間軸，構(gòu)成一個完全解耦的線控轉(zhuǎn)向部件。另外，還有方向盤隱藏或收縮機構(gòu)、路感協(xié)同器、轉(zhuǎn)向執(zhí)行器。2010年之前這種設(shè)計比較少見，基本上都是分離的，2010年后，功率組件形式逐步成為主流，因為環(huán)境惡劣，控制器的設(shè)計指標(biāo)、穩(wěn)定性要求越來越高，需要與執(zhí)行電機集成在一起，容易受到EMC干擾，也容易受電機發(fā)熱的影響。 ?一般過了三年期，電機會出現(xiàn)很多問題，前期是控制器出現(xiàn)問題，在大批量生產(chǎn)中有一些體現(xiàn)，需要有控制精度要求、響應(yīng)時間要求和齒條力估算要求。隨速轉(zhuǎn)向基本上采用AUTOSAR架構(gòu)，用ASIL D等級要求約束，包括最大轉(zhuǎn)速要求和平順性相關(guān)要求。 ?

商用車線控轉(zhuǎn)向

?商用車轉(zhuǎn)向原來基本上是循環(huán)球占主導(dǎo)，但研究思路逐步拓展，不管是轉(zhuǎn)向和制動，目前電動助力轉(zhuǎn)向最大的改進(jìn)就是去掉了液壓，實現(xiàn)純電動助力轉(zhuǎn)向。商用車目前還是以液壓助力為主。 ?液壓存在維護(hù)困難、安裝困難、響應(yīng)困難和控制困難幾個難點，如何取消商用車轉(zhuǎn)向中的液壓，國內(nèi)外都在研究，一些企業(yè)已將它列入計劃，如舍弗勒、采埃孚，都在做這方面的研究。 ?隨速轉(zhuǎn)向比因車速而異，智能電液需要相關(guān)的額外補償系統(tǒng)，比如多剛度穩(wěn)定系統(tǒng)。因為助力方式不單是電機助力，還有手助力、液壓助力、輪胎反彈力等不同來源，所以要把多剛度系統(tǒng)調(diào)制成一個穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。如何通過慣量前饋補償來增強系統(tǒng)的響應(yīng)性和換向的快捷性也很重要。因為商用車質(zhì)量過大或慣量過大，或在減速比過大時，會影響路感體驗，如何進(jìn)行主動路感補償也是商用車轉(zhuǎn)向要考慮的關(guān)鍵問題。 ? ?二、線控轉(zhuǎn)向軟件架構(gòu) ? ?線控轉(zhuǎn)向軟件架構(gòu)與底盤安全架構(gòu)基本上類似，線控轉(zhuǎn)向一方面要實現(xiàn)自身功能，另一方面要滿足功能安全fail-operationl需求；第三是在這個平臺上有不斷迭代可升級的空間，這些都對轉(zhuǎn)向軟件架構(gòu)提出了相關(guān)要求。 ?

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)功能架構(gòu)

?線控轉(zhuǎn)向分為兩部分或三部分，一是轉(zhuǎn)向盤總成，其中有兩部分：路感模擬和管柱調(diào)節(jié)，管柱調(diào)節(jié)可能是隱藏或可調(diào)式，對轉(zhuǎn)向盤總成有相關(guān)的要求，涉及一些相關(guān)部件；而轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)總成涉及主流的滾動絲杠方式，也有四輪獨立360度角模塊或±90度角模塊轉(zhuǎn)向機構(gòu)。這些系統(tǒng)與自動駕駛安全等級的滲透率需求直接相關(guān)，滲透率越低越難落地。國外也發(fā)布了路線圖，在2024年/2025年會推出整體L3或L4駕駛，所以對線控轉(zhuǎn)向提出了很高要求。 ?當(dāng)然，這種系統(tǒng)在L2時也有一些應(yīng)用場合，技術(shù)的足夠成熟必須要有很多市場反饋的數(shù)據(jù)樣本來進(jìn)行驗證，其在L2中的優(yōu)勢包括隨速減速比，比如低轉(zhuǎn)速時掉頭，打很小的角度車輪就可以達(dá)到最大角度，可以很快捷輕便地掉頭、轉(zhuǎn)向。雖然有一點需求，但其成熟度必須有大量的市場售后數(shù)據(jù)支撐。 ?

線控轉(zhuǎn)向冗余架構(gòu)

?冗余架構(gòu)更側(cè)重硬件層面，但軟件離不開硬件，所以要在硬件冗余架構(gòu)配置基礎(chǔ)上去做相關(guān)開發(fā)，而不是完全脫離硬件系統(tǒng)，或脫離底層軟件。因為兩者畢竟是硬件載體和算法載體，涉及雙電源、雙傳感、雙電機、雙控制板、多核冗余。 ?基于功能安全，一般功能核要再加一個鎖步核，在單系統(tǒng)中，可以滿足ASIL D要求，但對冗余架構(gòu)fail-operationl要求來說，就要對功能核進(jìn)行劃分，兩個功能核再加一個鎖步核進(jìn)行相關(guān)實施，也就是三核。 ?隨著信息安全要求，硬件信息安全也逐步提上日程，當(dāng)然需要成本比較高的一些工程支持和工具鏈。多總線校驗、力矩仲裁和分配也是雙系統(tǒng)要考慮的問題。功能安全要求也必須滿足，不能在失效后野蠻地把電機關(guān)掉，把域區(qū)關(guān)掉，把MCU輸出關(guān)掉，把電源關(guān)掉關(guān)，而對大于等于L3來說，還要有部分助力或降級助力，甚至是全部助力，ADAS擴(kuò)展接口要預(yù)留。 ?這套架構(gòu)不單滿足轉(zhuǎn)向執(zhí)行，也包括路感協(xié)同。從安全級別來講，路感協(xié)同不僅是方向盤控制和助力，功能安全還有更高的要求。在實際項目和案例中，功能安全級別、整個軟件架構(gòu)和轉(zhuǎn)向控制是同樣的級別要求，甚至某些場景安全級別要比轉(zhuǎn)向控制場景更高。 ?兩路相關(guān)系統(tǒng)涉及之間的校驗和仲裁，如何進(jìn)行互相診斷和信息互相校驗也是比較重要的內(nèi)容。 ?我們申請的一個專利中，在兩塊硬板之間有一個柔性電路板，通過它實現(xiàn)100兆到200兆通訊速率，在關(guān)鍵算法層面采用單步校驗，而不是用接插件。接插件有損耗、干擾，對高頻信號有影響。很多高頻信號、串行信號都是板級通訊，而不是板和板之間、同板的通訊。在設(shè)計過程中，做了很多項目實例，通過兩層之間的接插件實現(xiàn)的冗余系統(tǒng)成功率不太高。 ?

線控轉(zhuǎn)向軟件安全設(shè)計方法

?根據(jù)AUTOSAR工具鏈，建立了從ASW到RTE到BSW的平面三層架構(gòu)。在這個過程中，如何對EGAS的功能安全三層架構(gòu)進(jìn)行縱深配置，將整個軟件架構(gòu)構(gòu)成一個多維度設(shè)計方式非常重要。其中有相關(guān)設(shè)計技巧需要不斷討論，比如一些功能究竟放在哪一個核中，哪一個核作為功能核或監(jiān)測功能的核，如何實現(xiàn)相互校驗。 ?在不同核中，核與核之間的通訊，核與核之間的校驗如何快速響應(yīng)，也是實際底軟配置中要考慮的問題，因為有的單片機滿足不了這種設(shè)計需求。 ?

線控執(zhí)行系統(tǒng)功能安全冗余架構(gòu)

?從功能安全層面講，需要ASIL D等級的雙備份系統(tǒng)，而不是一關(guān)了之的架構(gòu)，需要失效時能夠運行，比如雙路pass的交互，需要滿足ASIL D的要求，其中的Master和Slave MCU也要滿足ASIL D的要求；域區(qū)和芯片也要滿足相關(guān)要求，執(zhí)行系統(tǒng)采用六相電機來滿足ASIL D的要求。 ?整體架構(gòu)理論上可以滿足FIT 100要求，即10的9次方小時中所發(fā)生的錯誤次數(shù)或個數(shù)。根據(jù)理論算法，有很多數(shù)據(jù)支撐，特別是國外的數(shù)據(jù)，可以達(dá)到FIT 100，雙電源達(dá)到FIT 10。 ?實際上，功能安全涉及很多內(nèi)容，有很多依據(jù)，比如安全等級的制定、風(fēng)險概率，國外做的比較完善。美國的很多交通事故數(shù)據(jù)分析很詳細(xì)，比如某一次交通事故由什么問題引起，是轉(zhuǎn)向制動，還是方向盤，或者是轉(zhuǎn)向失靈、不可控，都有詳細(xì)的說明，有足夠的樣本或數(shù)據(jù)反饋。在國內(nèi)這些數(shù)據(jù)很難取得，所以很多還是依靠國外的數(shù)據(jù)，特別是危害程度分析國內(nèi)還比較欠缺。 ?單純把國外的樣本拿來有一定局限性，功能安全不斷往前發(fā)展，采集足夠的樣本后，才能理直氣壯說滿足了ASIL D，系統(tǒng)是否達(dá)到FIT 10和FIT 100。 ?

模式轉(zhuǎn)換與多輸入接口

?自動駕駛模式下的線控轉(zhuǎn)向涉及駕駛請求、其他方式干預(yù)、駕駛員轉(zhuǎn)向干預(yù)和模式轉(zhuǎn)換。最重要的是在轉(zhuǎn)換過程中保證安全，如果沒有安全保證，風(fēng)險就很大。特別是在L3向L2或自動向手動轉(zhuǎn)換過程中，如果發(fā)生故障，如何處理是需要研究的問題。 ?指令需求包括直接角度輸入、目標(biāo)力矩輸入和直接力矩輸入，也包括齒條力估算需求?，F(xiàn)在，線控系統(tǒng)中的接口多樣化，也要進(jìn)行研究或預(yù)留。 ?為了滿足線控轉(zhuǎn)向的關(guān)鍵技術(shù)要求，L3需要基本助力轉(zhuǎn)向，而雙系統(tǒng)有管理、仲裁分配等相關(guān)需求，在實際過程中需要研究一些關(guān)鍵技術(shù)。 ?路感協(xié)同控制器架構(gòu)，包括方向盤協(xié)同控制、齒條力觀察器、可變角傳動比。在這方面，需要研究如何把軟件架構(gòu)搭建好是整體軟件架構(gòu)要考慮的問題。 ? ?三、冗余系統(tǒng)的互診與仲裁 ? ?雙系統(tǒng)基本上是基于硬件，中間部分基于軟件。冗余系統(tǒng)的互診和相關(guān)仲裁涉及硬件和軟件。 ?

冗余系統(tǒng)協(xié)作機制

?協(xié)作機制包括多余度互診、狀態(tài)仲裁、同步控制。目前，典型同步控制是為了實現(xiàn)六相電機更低的噪音、更低的力矩波動和更高的效率。現(xiàn)在行業(yè)典型的是三同步：采樣同步、調(diào)用電機算法時間點同步、PWM輸出同步，都需要考核。 ?沒有同步，就不能更好地控制噪聲和波動。遵循三同步來實現(xiàn)相關(guān)設(shè)計，可以實現(xiàn)相關(guān)MPS余度互診，當(dāng)一個MPS出現(xiàn)問題時，另外一路可以實現(xiàn)診斷。兩個MPS有一路丟失了，這時是什么狀態(tài)，安全級別如何，也是要考慮的問題。 ?

任務(wù)交互

?在上電檢測階段，車只要不動，轉(zhuǎn)向壞了，對安全級別要求都很低；即使短路，只要不起火，轉(zhuǎn)向亂動，也不會構(gòu)成人身危害；而車一旦動起來，安全需求就非常強烈，因此要把工作做在前面，在上電測試階段的模式控制最為關(guān)鍵。 ?所以不要抱怨，上電檢測要300毫秒、550毫秒，這是為了后期更好的安全著想，上電檢測的東西多才能保證安全，比如上電檢測最起碼要做上一次駕駛周期的狀態(tài)回調(diào)，還有當(dāng)前狀態(tài)的扭距、角度、域區(qū)、傳感器，甚至車速信號的實時檢測。 ?

線控轉(zhuǎn)向的余度設(shè)計

?余度設(shè)計分為片內(nèi)和雙系統(tǒng)，還有一部分是機械，比如片內(nèi)單核、多核冗余；雙系統(tǒng)中信號互診、主從仲裁、雙電源、雙電機、冗余機構(gòu)、雙總線，這樣的設(shè)計對整體余度設(shè)計提出了要求，要滿足相關(guān)類型和冗余交互的要求。在做設(shè)計時，要在整個架構(gòu)中把上述內(nèi)容提前設(shè)計好。 ?

通訊的冗余交互

?因為是fail operational，需要三種通訊的物理通道，一方有問題要能及時識別，還要知道是什么樣的問題，然后辨別出自己的問題，還要辨別出是不是該方自己辨別出了自己的問題，第三方也要清楚當(dāng)前的狀態(tài)。所以提出了三種冗余交互的物理通道，為了實現(xiàn)安全級別，通訊級別提的更高。 ?

線控系統(tǒng)力矩仲裁與分配

?這個過程還涉及仲裁和分配，雙路輸出不可避免地需要仲裁，分清主從，以誰為主。如果發(fā)生一些故障怎么識別，比如CAN總線或車速信號發(fā)生問題，但電機驅(qū)動正常，就要利用驅(qū)動功能；同樣道理，如果電機驅(qū)動有問題，可能整體上就會關(guān)掉。 ?異構(gòu)設(shè)計在功能安全中，特別是線控轉(zhuǎn)向過程中非常重要。冗余設(shè)計有兩種方式，同構(gòu)是投票機制，必須是3、5、7奇數(shù)決定哪一個為主，數(shù)據(jù)是不是準(zhǔn)確，所以不可避免造成硬件成本增加。異構(gòu)機制是仲裁機制，即根據(jù)結(jié)果程度，或模型預(yù)測方式，分析后果如何，做出決定。異構(gòu)可以降成本，但算法比較復(fù)雜，因此在異構(gòu)設(shè)計中，要進(jìn)行相應(yīng)的評價，再進(jìn)行一個安全的執(zhí)行。 ?整個設(shè)計是從軟硬件異構(gòu)方面進(jìn)行互補，單純靠軟件實施效果很差，用雙傳感實現(xiàn)監(jiān)測，以后果嚴(yán)重度作為一個評價標(biāo)準(zhǔn)，再來實現(xiàn)安全的執(zhí)行。對于很多可能會導(dǎo)致安全事件發(fā)生的危險事件，寧可判斷失誤，也要去執(zhí)行。 ? ?四、路感協(xié)同技術(shù) ? ?

?路感協(xié)同技術(shù)涉及齒條助力的控制，比如DP-EPS助力控制器，上面是手感控制器。在這個過程中，需要通過某種方式來實現(xiàn)交互，通過信號體驗路感、手感的輕重，體感路面的波動。 ?從駕駛員、整車模型到車輛狀態(tài)進(jìn)行期望路感的時間估算，利用動力學(xué)模型、相關(guān)補償?shù)玫狡谕姆答伭?，進(jìn)行路感電機控制和路感電機的反饋控制，通過這兩個層面進(jìn)行路感總體控制。 ?

路感模擬器系統(tǒng)技術(shù)要求

?在路感反饋和角度控制閉環(huán)中，包括路感協(xié)同控制器和助力控制器，之間的相互關(guān)系是通過電機力矩和齒條力相關(guān)位移角度來估算，不但呈現(xiàn)力矩的大小和齒條力的大小，還體現(xiàn)低、中、高三個頻段波動的影響。將齒條力估算代入控制算法，最終得到相關(guān)運算結(jié)果——可變轉(zhuǎn)向比的關(guān)系，實現(xiàn)路感和協(xié)調(diào)控制。 ?根據(jù)相關(guān)要求，比如路感、方向、可變傳動比、主動回正、穩(wěn)態(tài)助力控制、慣性補償、摩擦補償、過熱、過載、超壓、應(yīng)急轉(zhuǎn)向、零位調(diào)整、角度控制、末端保護(hù)、路感反饋等，其功能安全的級別比EPS和RWA更高。 ?其他相關(guān)指標(biāo)包括：響應(yīng)性、分辨率、延時時間、反饋周期、響應(yīng)精度、超調(diào)量，齒條力估算精度，都是路感模擬器的要求，整體研發(fā)周期不會比EPS或RWA低。 ?

齒條力濾波器

?齒條力濾波器通過齒條力估算器、觀察器、私CAN，進(jìn)入濾波器、路感力矩MAP，通過轉(zhuǎn)向盤角速度和車速計算摩擦力矩、阻力力矩、慣性力矩和主動回正力矩，以得到期望的反饋力矩，再由路感電機來執(zhí)行。 ? ?五、線控轉(zhuǎn)向測試與評價 ? ?在線控轉(zhuǎn)向關(guān)鍵組件及其測試與評價方面，目前國內(nèi)外都是企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，都不是太詳細(xì)。 ?

操縱穩(wěn)定性評價指標(biāo)

?主要有兩個方面的標(biāo)準(zhǔn)，雖然各企業(yè)制定的標(biāo)準(zhǔn)不一樣，但不外乎兩種來源，一是基于轉(zhuǎn)向相關(guān)的操縱穩(wěn)定性指標(biāo)要求，或來源于自動駕駛，比如車道保持、APA等，或駕駛輔助系統(tǒng)層面對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求，所以評價指標(biāo)主要是自動駕駛指令要求和操縱穩(wěn)定性。 ?

線控底盤主要指標(biāo)

?從底盤角度來說，動力性、經(jīng)濟(jì)性、通過性是線控轉(zhuǎn)向和線控制動相關(guān)的主要指標(biāo)，當(dāng)然各個整車廠之間的指標(biāo)都不一樣，出發(fā)的層面不一樣，一些自動駕駛需求和算法不一樣，所選的執(zhí)行機構(gòu)也不一樣，導(dǎo)致這些指標(biāo)有所差異，但基本上都是相關(guān)的要求。 ?

底盤域集成設(shè)計測試工況

?操縱穩(wěn)定性評價指標(biāo)依據(jù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是集成測試工況，比較典型和轉(zhuǎn)向關(guān)聯(lián)性非常大的是穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)向輕便性、轉(zhuǎn)向回正、角階躍和角脈沖，以及車輛的時域和頻域測試、蛇形試驗、中心區(qū)試驗，都是動力學(xué)或運動控制經(jīng)常要做的幾個測試。 ?

SBW和EPS力矩階躍輸入信號響應(yīng)測試

?對一個系統(tǒng)來說，都是圍繞時域和頻域做相關(guān)研究，兩者有不同的案例和輸出要求。比如在做階躍時，要看實際響應(yīng)性，對車身穩(wěn)定性指標(biāo)是什么要求，特別是前輪轉(zhuǎn)角的響應(yīng)，比如路感模擬器方向盤打到一個角度，輪胎響應(yīng)的角度，都可以探討。 ?SBW和傳統(tǒng)的EPS包括帶中間軸和不帶中間軸，要看對系統(tǒng)響應(yīng)指標(biāo)的要求是好是壞。一方面，增加中間軸會有一些空間間隙的自由度，用線控轉(zhuǎn)向路感模擬會有算法的滯后，需要進(jìn)行齒條力估算，再去做各種濾波才能得出結(jié)果，然后通過總線傳送給輪胎，需要實際做一些仿真和測試。 ?

系統(tǒng)正弦信號響應(yīng)測試

? ?從正弦信號輸入可以看到帶寬多少，帶寬內(nèi)時間間隔或滯后性是否是設(shè)計合理。當(dāng)然，設(shè)計的算法不一樣，比如經(jīng)常用的卡爾曼濾波估算，可能會影響時間間隔，如何把時間間隔縮短，讓系統(tǒng)穩(wěn)定，在實際標(biāo)定過程中需要考慮，在仿真過程中也要注意。 ?

雙移線工況驗證評價

?轉(zhuǎn)向是一個圓周運動，雙移線工況要做相關(guān)的測試，EPA狀態(tài)、前輪轉(zhuǎn)角狀態(tài)、前后輪轉(zhuǎn)角狀態(tài)、四輪獨立狀態(tài)都要做雙移線測試，與規(guī)范做相關(guān)對比，才能得出整個系統(tǒng)測試的結(jié)果。 ?

線控部件測試平臺

?這是我們研究院開發(fā)的相關(guān)測試部件和平臺。 ?

線控底盤HIL臺架測試內(nèi)容

?新搭建的線控底盤平臺可以實現(xiàn)線控轉(zhuǎn)向、線控制動、底盤域等功能安全相關(guān)測試。整個測試場景基于智能駕駛功能安全進(jìn)行設(shè)置，同時還開放了一些遠(yuǎn)程接口，比如長春、深圳或重慶的客戶都可以客戶可以通過遠(yuǎn)程客戶端接入，做相關(guān)的測試，在客戶端反饋數(shù)據(jù)。目前的測試對象包括制動轉(zhuǎn)向和底盤域的相關(guān)測試。 ?以上五個部分都很重要，都可以拿出來進(jìn)行更詳細(xì)的探討。 ?

編輯：黃飛

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