?一、自動(dòng)駕駛的橫向控制需求 ?

自動(dòng)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(shí)際過程中，比如轉(zhuǎn)向或制動(dòng)，目前國(guó)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(yùn)動(dòng)控制的需求。 ?

所以，在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向時(shí)必須要有一種正向思維方法，不是去編輯MAC的校驗(yàn)方式，而是從駕駛員的需求、自動(dòng)駕駛的需求來設(shè)計(jì)線控部件。因此，首先要知道自動(dòng)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(gè)等級(jí)，一是小于等于L2的電動(dòng)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(shí)主要功能安全會(huì)關(guān)掉，是fail off。對(duì)于大于等于L3的狀態(tài)，就要fail-operationl，即在失效時(shí)能夠保證一定功能或降級(jí)功能，基本上具備轉(zhuǎn)向功能，這是一個(gè)非常重要的臨界點(diǎn)。 ?

軟件定義底盤

為了實(shí)現(xiàn)上述功能，提出了各種各樣的技術(shù)，首先要有一個(gè)正向思維，自動(dòng)駕駛對(duì)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(dòng)駕駛的需求或獨(dú)立移動(dòng)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(tái)，三域支持自動(dòng)駕駛、智能座艙域和線控底盤域；兩平臺(tái)是智能座艙和智能底盤兩個(gè)硬件平臺(tái)。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(gè)指標(biāo)下，再考慮自動(dòng)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(jí)預(yù)測(cè)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(shí)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?yàn)榈妆P域是一個(gè)大的運(yùn)算平臺(tái)和算法中心，底層轉(zhuǎn)向制動(dòng)，甚至懸架和驅(qū)動(dòng)相關(guān)的應(yīng)用層算法都可以在平臺(tái)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(shí)軟件定義底盤還可以定義自動(dòng)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(shí)現(xiàn)了涉及的安全等級(jí)預(yù)測(cè)、動(dòng)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(duì)滿足底盤控制要求和整車要求提出了不同需求，特別是對(duì)轉(zhuǎn)向冗余設(shè)計(jì)和功能安全，包括高階路感的體驗(yàn)要求，后期還有獨(dú)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(shí)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(jí)一級(jí)的技術(shù)要求，這就是軟件定義底盤。 ?

自動(dòng)駕駛分級(jí)

隨著自動(dòng)駕駛和駕駛輔助系統(tǒng)的不斷成熟，自動(dòng)駕駛的分級(jí)已進(jìn)行了好幾輪優(yōu)化。

最新版SAE駕駛自動(dòng)化等級(jí)很關(guān)注L3如何實(shí)現(xiàn)，去年SAE明確提出L3時(shí)，在功能請(qǐng)求時(shí)必須由人駕駛，如果整車沒有請(qǐng)求，如果整車發(fā)生安全事故或其他危險(xiǎn)時(shí)，責(zé)任在于整車；功能請(qǐng)求一旦發(fā)布，必須要有人直接接管，這之間的時(shí)間延時(shí)如何實(shí)現(xiàn)，各家有不一樣的觀點(diǎn)。

在安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)方面，功能請(qǐng)求時(shí)，必須要有一定緩沖時(shí)間留給駕駛員進(jìn)行相關(guān)操作，因?yàn)槔碚撋?，L3雙手可以脫離方向盤，腳可以離開制動(dòng)踏板，甚至可以短時(shí)間閱讀手機(jī)/報(bào)紙。而當(dāng)整車有自身所無法克服的安全風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，向駕駛員提出請(qǐng)求，必須由駕駛員接管。 ?

在不斷實(shí)踐過程中，緩沖時(shí)間要不斷優(yōu)化和更新，主要還是安全或風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)的時(shí)間，或提前響應(yīng)的時(shí)間，所以L3也是一個(gè)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(gè)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(dòng)駕駛和手動(dòng)駕駛直接切換是一個(gè)很大的考驗(yàn)，自動(dòng)駕駛和手動(dòng)駕駛切換Switch Ramp處理方式很重要。 ?

到L4、L5時(shí)，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(duì)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(shí)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(jì)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(shì)

什么是橫向發(fā)展？如果從自動(dòng)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(dòng)實(shí)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(dòng)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(jī)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(huì)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(shí)還有方向盤，而且是完全解耦的方向盤，這時(shí)會(huì)有一些要求，比如弱震動(dòng)噪音減弱、可變轉(zhuǎn)向比、運(yùn)動(dòng)控制，都需要在路感模擬和性能需求中體現(xiàn)。 ?

對(duì)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(jì)、跨平臺(tái)應(yīng)用。從安全可靠性來看，有fail-operationl（失效可運(yùn)行）、冗余架構(gòu)和功能安全。自動(dòng)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(dòng)駕駛等級(jí)對(duì)轉(zhuǎn)向的需求

自動(dòng)駕駛對(duì)轉(zhuǎn)向的需求完全基于當(dāng)前的自動(dòng)駕駛程度，對(duì)轉(zhuǎn)向特點(diǎn)提出了要求，首先是從常規(guī)的0級(jí)到1級(jí)、2級(jí)，以駕駛員和駕駛員系統(tǒng)為主。常規(guī)的電動(dòng)處理轉(zhuǎn)向選用單純的三相電機(jī)、獨(dú)立電源、位置傳感器和一個(gè)或兩個(gè)核的控制器，不一定有異構(gòu)冗余，因?yàn)長(zhǎng)2以下是fail off狀態(tài)，一旦發(fā)生危險(xiǎn)或故障就會(huì)關(guān)掉。 ?

功能安全等級(jí)方面需要雙核功能，特別是在無法關(guān)掉時(shí)，必須要實(shí)現(xiàn)ASIL D安全等級(jí)，即必須關(guān)掉時(shí)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(jī)短路時(shí)能夠及時(shí)關(guān)掉，保證相關(guān)通訊、網(wǎng)絡(luò)安全、機(jī)械耦合狀態(tài)。 ?

到L3會(huì)有很大的變化，駕駛主體責(zé)任人是系統(tǒng)，整個(gè)EPS設(shè)計(jì)也就是線控轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)是冗余EPS執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。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(dòng)控制或轉(zhuǎn)向執(zhí)行，需要六相電機(jī)或雙電機(jī)配置，采用雙電源、雙TAS備份、三內(nèi)核，當(dāng)然也可以是兩個(gè)功能核，再加一個(gè)鎖步核，以保證功能安全級(jí)別和安全的實(shí)施。 ?

安全等級(jí)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(shí)取消了機(jī)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(shí)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(jī)構(gòu)軟件定義集成控制

作為一個(gè)大的運(yùn)算中心和算法平臺(tái)，底盤域是可以不斷地OTA迭代的芯片平臺(tái)，很多算法會(huì)上移。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)會(huì)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(huì)保留電機(jī)控制、機(jī)械系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向電機(jī)，特別是電機(jī)診斷實(shí)時(shí)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(shí)力和機(jī)構(gòu)不可替代的硬實(shí)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(gè)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(dòng)也是這樣，要增強(qiáng)軟實(shí)力和硬實(shí)力，有自己獨(dú)有的控制算法和一些專利保護(hù)，這些都會(huì)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(dòng)轉(zhuǎn)向前后輪獨(dú)立運(yùn)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(gè)軟件組件都有相關(guān)功能描述，比如以正向思維設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向功能，駕駛員轉(zhuǎn)向自動(dòng)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(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。 ?

這個(gè)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?yàn)椴还苁荓2還是L3都有方向盤，涉及基礎(chǔ)助力，只不過會(huì)呈現(xiàn)在路感模擬中。通過分析齒條力的大小和路感波動(dòng)，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(bǔ)償控制、冗余仲裁和力矩指令疊加，以及角度控制，因?yàn)槟壳白詣?dòng)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(shí)現(xiàn)脫手控制、手動(dòng)/自動(dòng)駕駛切換或L3向L2切換等。角度控制可以讓駕駛員主動(dòng)接管或被動(dòng)接管整車有一個(gè)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(gè)執(zhí)行器，這個(gè)過程中還涉及前后輪主動(dòng)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(dòng)、對(duì)接路面等，如何保證更好的制動(dòng)效果，或在轉(zhuǎn)向失效或異常時(shí)保證緊急轉(zhuǎn)向的實(shí)施，涉及轉(zhuǎn)向和制動(dòng)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(dòng)時(shí)，會(huì)有一個(gè)主動(dòng)轉(zhuǎn)向過程；在轉(zhuǎn)向失效時(shí)，會(huì)有一個(gè)強(qiáng)制轉(zhuǎn)向或差速轉(zhuǎn)向過程，以保證整體轉(zhuǎn)向制動(dòng)的協(xié)調(diào)，最終達(dá)到轉(zhuǎn)向效果。 ?

橫向穩(wěn)定控制流程

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橫向穩(wěn)定控制流程是從底盤域基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的橫縱向穩(wěn)定性，根據(jù)車輛動(dòng)力學(xué)和輪胎動(dòng)力學(xué)，對(duì)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(huì)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(dòng)力學(xué)和輪胎動(dòng)力學(xué)相關(guān)研究，以得出動(dòng)態(tài)穩(wěn)定域，通過安全等級(jí)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(gè)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(dòng)駕駛、整車動(dòng)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(dòng)力學(xué)要求，還要考慮轉(zhuǎn)向制動(dòng)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(shí)儲(chǔ)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(gè)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(jī)構(gòu)、路感協(xié)同器、轉(zhuǎn)向執(zhí)行器。2010年之前這種設(shè)計(jì)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?yàn)榄h(huán)境惡劣，控制器的設(shè)計(jì)指標(biāo)、穩(wěn)定性要求越來越高，需要與執(zhí)行電機(jī)集成在一起，容易受到EMC干擾，也容易受電機(jī)發(fā)熱的影響。 ?

一般過了三年期，電機(jī)會(huì)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(shí)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(jí)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(dòng)，目前電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向最大的改進(jìn)就是去掉了液壓，實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)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(gè)難點(diǎn)，如何取消商用車轉(zhuǎn)向中的液壓，國(guó)內(nèi)外都在研究，一些企業(yè)已將它列入計(jì)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(bǔ)償系統(tǒng)，比如多剛度穩(wěn)定系統(tǒng)。因?yàn)橹Ψ绞讲粏问请姍C(jī)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(gè)穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。

如何通過慣量前饋補(bǔ)償來增強(qiáng)系統(tǒng)的響應(yīng)性和換向的快捷性也很重要。因?yàn)樯逃密囐|(zhì)量過大或慣量過大，或在減速比過大時(shí)，會(huì)影響路感體驗(yàn)，如何進(jìn)行主動(dòng)路感補(bǔ)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(shí)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(gè)平臺(tái)上有不斷迭代可升級(jí)的空間，這些都對(duì)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)

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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(duì)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(jī)構(gòu)總成涉及主流的滾動(dòng)絲杠方式，也有四輪獨(dú)立360度角模塊或±90度角模塊轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。這些系統(tǒng)與自動(dòng)駕駛安全等級(jí)的滲透率需求直接相關(guān)，滲透率越低越難落地。國(guó)外也發(fā)布了路線圖，在2024年/2025年會(huì)推出整體L3或L4駕駛，所以對(duì)線控轉(zhuǎn)向提出了很高要求。 ?

當(dāng)然，這種系統(tǒng)在L2時(shí)也有一些應(yīng)用場(chǎng)合，技術(shù)的足夠成熟必須要有很多市場(chǎng)反饋的數(shù)據(jù)樣本來進(jìn)行驗(yàn)證，其在L2中的優(yōu)勢(shì)包括隨速減速比，比如低轉(zhuǎn)速時(shí)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(diǎn)需求，但其成熟度必須有大量的市場(chǎng)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?yàn)閮烧弋吘故怯布d體和算法載體，涉及雙電源、雙傳感、雙電機(jī)、雙控制板、多核冗余。 ?

基于功能安全，一般功能核要再加一個(gè)鎖步核，在單系統(tǒng)中，可以滿足ASIL D要求，但對(duì)冗余架構(gòu)fail-operationl要求來說，就要對(duì)功能核進(jìn)行劃分，兩個(gè)功能核再加一個(gè)鎖步核進(jìn)行相關(guān)實(shí)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(yàn)、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(jī)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(duì)大于等于L3來說，還要有部分助力或降級(jí)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(jí)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(shí)際項(xiàng)目和案例中，功能安全級(jí)別、整個(gè)軟件架構(gòu)和轉(zhuǎn)向控制是同樣的級(jí)別要求，甚至某些場(chǎng)景安全級(jí)別要比轉(zhuǎn)向控制場(chǎng)景更高。 ?

兩路相關(guān)系統(tǒng)涉及之間的校驗(yàn)和仲裁，如何進(jìn)行互相診斷和信息互相校驗(yàn)也是比較重要的內(nèi)容。 ?

我們申請(qǐng)的一個(gè)專利中，在兩塊硬板之間有一個(gè)柔性電路板，通過它實(shí)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(yàn)，而不是用接插件。接插件有損耗、干擾，對(duì)高頻信號(hào)有影響。很多高頻信號(hào)、串行信號(hào)都是板級(jí)通訊，而不是板和板之間、同板的通訊。在設(shè)計(jì)過程中，做了很多項(xiàng)目實(shí)例，通過兩層之間的接插件實(shí)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(jì)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(gè)過程中，如何對(duì)EGAS的功能安全三層架構(gòu)進(jìn)行縱深配置，將整個(gè)軟件架構(gòu)構(gòu)成一個(gè)多維度設(shè)計(jì)方式非常重要。其中有相關(guān)設(shè)計(jì)技巧需要不斷討論，比如一些功能究竟放在哪一個(gè)核中，哪一個(gè)核作為功能核或監(jiān)測(cè)功能的核，如何實(shí)現(xiàn)相互校驗(yàn)。 ?

在不同核中，核與核之間的通訊，核與核之間的校驗(yàn)如何快速響應(yīng)，也是實(shí)際底軟配置中要考慮的問題，因?yàn)橛械?a target="_blank">單片機(jī)滿足不了這種設(shè)計(jì)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(jí)的雙備份系統(tǒng)，而不是一關(guān)了之的架構(gòu)，需要失效時(shí)能夠運(yùn)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(jī)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(shí)中所發(fā)生的錯(cuò)誤次數(shù)或個(gè)數(shù)。根據(jù)理論算法，有很多數(shù)據(jù)支撐，特別是國(guó)外的數(shù)據(jù)，可以達(dá)到FIT 100，雙電源達(dá)到FIT 10。 ?

實(shí)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(jí)的制定、風(fēng)險(xiǎn)概率，國(guó)外做的比較完善。美國(guó)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(dòng)，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(guó)內(nèi)這些數(shù)據(jù)很難取得，所以很多還是依靠國(guó)外的數(shù)據(jù)，特別是危害程度分析國(guó)內(nèi)還比較欠缺。 ?

單純把國(guó)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(dòng)駕駛模式下的線控轉(zhuǎn)向涉及駕駛請(qǐng)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(xiǎn)就很大。特別是在L3向L2或自動(dòng)向手動(dòng)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(shí)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(dòng)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(jī)制

協(xié)作機(jī)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(shí)現(xiàn)六相電機(jī)更低 的噪音、更低的力矩波動(dòng)和更高的效率?，F(xiàn)在行業(yè)典型的是三同步：采樣同步、調(diào)用電機(jī)算法時(shí)間點(diǎn)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(dòng)。遵循三同步來實(shí)現(xiàn)相關(guān)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)MPS余度互診，當(dāng)一個(gè)MPS出現(xiàn)問題時(shí)，另外一路可以實(shí)現(xiàn)診斷。兩個(gè)MPS有一路丟失了，這時(shí)是什么狀態(tài)，安全級(jí)別如何，也是要考慮的問題。 ?

任務(wù)交互

在上電檢測(cè)階段，車只要不動(dòng)，轉(zhuǎn)向壞了，對(duì)安全級(jí)別要求都很低；即使短路，只要不起火，轉(zhuǎn)向亂動(dòng)，也不會(huì)構(gòu)成人身危害；而車一旦動(dòng)起來，安全需求就非常強(qiáng)烈，因此要把工作做在前面，在上電測(cè)試階段的模式控制最為關(guān)鍵。 ?

所以不要抱怨，上電檢測(cè)要300毫秒、550毫秒，這是為了后期更好的安全著想，上電檢測(cè)的東西多才能保證安全，比如上電檢測(cè)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(hào)的實(shí)時(shí)檢測(cè)。 ?

線控轉(zhuǎn)向的余度設(shè)計(jì)

余度設(shè)計(jì)分為片內(nèi)和雙系統(tǒng)，還有一部分是機(jī)械，比如片內(nèi)單核、多核冗余；雙系統(tǒng)中信號(hào)互診、主從仲裁、雙電源、雙電機(jī)、冗余機(jī)構(gòu)、雙總線，這樣的設(shè)計(jì)對(duì)整體余度設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)，要在整個(gè)架構(gòu)中把上述內(nèi)容提前設(shè)計(jì)好。 ?

通訊的冗余交互

因?yàn)槭莊ail operational，需要三種通訊的物理通道，一方有問題要能及時(shí)識(shí)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(shí)現(xiàn)安全級(jí)別，通訊級(jí)別提的更高。 ?

線控系統(tǒng)力矩仲裁與分配

這個(gè)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(shí)別，比如CAN總線或車速信號(hào)發(fā)生問題，但電機(jī)驅(qū)動(dòng)正常，就要利用驅(qū)動(dòng)功能；同樣道理，如果電機(jī)驅(qū)動(dòng)有問題，可能整體上就會(huì)關(guān)掉。 ?

異構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)有兩種方式，同構(gòu)是投票機(jī)制，必須是3、5、7奇數(shù)決定哪一個(gè)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(jī)制是仲裁機(jī)制，即根據(jù)結(jié)果程度，或模型預(yù)測(cè)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(jì)中，要進(jìn)行相應(yīng)的評(píng)價(jià)，再進(jìn)行一個(gè)安全的執(zhí)行。 ?

整個(gè)設(shè)計(jì)是從軟硬件異構(gòu)方面進(jìn)行互補(bǔ)，單純靠軟件實(shí)施效果很差，用雙傳感實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)，以后果嚴(yán)重度作為一個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，再來實(shí)現(xiàn)安全的執(zhí)行。對(duì)于很多可能會(huì)導(dǎo)致安全事件發(fā)生的危險(xiǎn)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(gè)過程中，需要通過某種方式來實(shí)現(xiàn)交互，通過信號(hào)體驗(yàn)路感、手感的輕重，體感路面的波動(dòng)。 ?

從駕駛員、整車模型到車輛狀態(tài)進(jìn)行期望路感的時(shí)間估算，利用動(dòng)力學(xué)模型、相關(guān)補(bǔ)償?shù)玫狡谕姆答伭?，進(jìn)行路感電機(jī)控制和路感電機(jī)的反饋控制，通過這兩個(gè)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(jī)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(gè)頻段波動(dòng)的影響。將齒條力估算代入控制算法，最終得到相關(guān)運(yùn)算結(jié)果——可變轉(zhuǎn)向比的關(guān)系，實(shí)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(dòng)比、主動(dòng)回正、穩(wěn)態(tài)助力控制、慣性補(bǔ)償、摩擦補(bǔ)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(jí)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(shí)時(shí)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(huì)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(jì)算摩擦力矩、阻力力矩、慣性力矩和主動(dòng)回正力矩，以得到期望的反饋力矩，再由路感電機(jī)來執(zhí)行。 ? ?

五、線控轉(zhuǎn)向測(cè)試與評(píng)價(jià) ? ? 在

線控轉(zhuǎn)向關(guān)鍵組件及其測(cè)試與評(píng)價(jià)方面，目前國(guó)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(píng)價(jià)指標(biāo)

主要有兩個(gè)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(dòng)駕駛，比如車道保持、APA等，或駕駛輔助系統(tǒng)層面對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求，所以評(píng)價(jià)指標(biāo)主要是自動(dòng)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(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、通過性是線控轉(zhuǎn)向和線控制動(dòng)相關(guān)的主要指標(biāo)，當(dāng)然各個(gè)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(dòng)駕駛需求和算法不一樣，所選的執(zhí)行機(jī)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(jì)測(cè)試工況

操縱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)依據(jù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是集成測(cè)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(shí)域和頻域測(cè)試、蛇形試驗(yàn)、中心區(qū)試驗(yàn)，都是動(dòng)力學(xué)或運(yùn)動(dòng)控制經(jīng)常要做的幾個(gè)測(cè)試。 ?

SBW和EPS力矩階躍輸入信號(hào)響應(yīng)測(cè)試

?對(duì)一個(gè)系統(tǒng)來說，都是圍繞時(shí)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(shí)，要看實(shí)際響應(yīng)性，對(duì)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(gè)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(duì)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(huì)有一些空間間隙的自由度，用線控轉(zhuǎn)向路感模擬會(huì)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(shí)際做一些仿真和測(cè)試。 ?

系統(tǒng)正弦信號(hào)響應(yīng)測(cè)試

從正弦信號(hào)輸入可以看到帶寬多少，帶寬內(nèi)時(shí)間間隔或滯后性是否是設(shè)計(jì)合理。當(dāng)然，設(shè)計(jì)的算法不一樣，比如經(jīng)常用的卡爾曼濾波估算，可能會(huì)影響時(shí)間間隔，如何把時(shí)間間隔縮短，讓系統(tǒng)穩(wěn)定，在實(shí)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(yàn)證評(píng)價(jià)

轉(zhuǎn)向是一個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)，雙移線工況要做相關(guān)的測(cè)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(dú)立狀態(tài)都要做雙移線測(cè)試，與規(guī)范做相關(guān)對(duì)比，才能得出整個(gè)系統(tǒng)測(cè)試的結(jié)果。 ?

線控部件測(cè)試平臺(tái)

這是我們研究院開發(fā)的相關(guān)測(cè)試部件和平臺(tái)。 ?

線控底盤HIL臺(tái)架測(cè)試內(nèi)容

新搭建的線控底盤平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)線控轉(zhuǎn)向、線控制動(dòng)、底盤域等功能安全相關(guān)測(cè)試。整個(gè)測(cè)試場(chǎng)景基于智能駕駛功能安全進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)還開放了一些遠(yuǎn)程接口，比如長(zhǎng)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(cè)試，在客戶端反饋數(shù)據(jù)。目前的測(cè)試對(duì)象包括制動(dòng)轉(zhuǎn)向和底盤域的相關(guān)測(cè)試。 ?

以上五個(gè)部分都很重要，都可以拿出來進(jìn)行更詳細(xì)的探討。 ?

審核編輯：劉清