四、路感模擬
在SBW系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，由于沒有了傳統(tǒng)機(jī)械連接，但為了確保駕駛體驗(yàn)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(jī)械轉(zhuǎn)向相似的“力回饋”，因此需要通過電機(jī)模擬出一定的路感反饋，即控制單元需根據(jù)實(shí)際車輛動態(tài)模擬出合理的轉(zhuǎn)向力反饋，再通過力矩電機(jī)向方向盤提供適當(dāng)?shù)淖枘岷土Ω校瑥亩柜{駛員可以感受到真實(shí)的轉(zhuǎn)向感覺。
此過程中，為使系統(tǒng)向駕駛員傳達(dá)的駕駛感受足夠真實(shí)，控制單元需根據(jù)內(nèi)嵌的路感模擬模型（車輛動力學(xué)模型的一部分，該模型根據(jù)車輛實(shí)際行駛狀態(tài)和物理規(guī)律模擬出自然的轉(zhuǎn)向阻力和助力變化），然后結(jié)合傳感器數(shù)據(jù)，可計(jì)算出在特定車速、轉(zhuǎn)向角度和路面條件下，駕駛員在傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)下應(yīng)該感受到的轉(zhuǎn)向力。
并通過以力矩電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，向其發(fā)送精確的電流控制信號，以控制該電機(jī)的力矩輸出，從而使其產(chǎn)生相應(yīng)方向和大小的力矩，并在相應(yīng)條件下模擬出不同的路面阻力和轉(zhuǎn)向阻力曲線，以讓駕駛員獲得更真實(shí)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(shí)時監(jiān)控，并確保在緊急情況下能迅速調(diào)整反饋力度，以確保駕駛安全。期間若出現(xiàn)相應(yīng)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(jī)械轉(zhuǎn)向的路感反饋，從而提供了一種既有真實(shí)駕駛體驗(yàn)又能適應(yīng)不同駕駛情境的轉(zhuǎn)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(shí)，對于所采集的數(shù)據(jù)需具有高精度、高準(zhǔn)確性、高實(shí)時的特性，通過此數(shù)據(jù)的應(yīng)用，結(jié)合詳細(xì)的車輛動力學(xué)模型及相關(guān)算法，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向力矩的計(jì)算。并通過精確控制電機(jī)輸出的力矩大小和方向，確保能夠快速、準(zhǔn)確地響應(yīng)控制單元的指令，從而傳達(dá)給駕駛員恰如其分的力感。
五、安全冗余設(shè)計(jì)
由于SBW運(yùn)行的穩(wěn)定性直接關(guān)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(shè)計(jì)在此處將會極其重要。通常，在此領(lǐng)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(gòu)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(dú)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(zhǔn)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(dǎo)致的失控風(fēng)險。
“雙三重ECU架構(gòu)”指的是用于提高可靠性和安全性的高級冗余設(shè)計(jì)。其中，雙指至少有兩個完全獨(dú)立的電子控制單元，每一個都可以單獨(dú)處理所有的計(jì)算任務(wù)；三重則是指在每個ECU內(nèi)部或者是在整個系統(tǒng)中有三個獨(dú)立的硬件或軟件通道，同樣執(zhí)行相同的控制邏輯。這種設(shè)計(jì)下，任何單點(diǎn)故障都不會導(dǎo)致系統(tǒng)完全失效，因?yàn)槠渌哂嗖糠挚梢粤⒓唇庸芷涔δ堋?/span>
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(dāng)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(jìn)一步擴(kuò)散影響到其他正常工作的部分，同時激活備用系統(tǒng)或進(jìn)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(zhuǎn)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(yùn)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)模化將不是很好的解決方式。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(guān)鍵且可能導(dǎo)致重大安全風(fēng)險的部件采用冗余設(shè)計(jì)，例如轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)故障檢測、隔離和恢復(fù)，并結(jié)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(shè)計(jì)中，實(shí)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(shí)現(xiàn)不同級別的冗余；
可重構(gòu)系統(tǒng)：設(shè)計(jì)可重構(gòu)的硬件和軟件架構(gòu)，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(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，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(jié)
盡管SBW的車載應(yīng)用尚存需面對安全性、技術(shù)復(fù)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(shù)的尚未普及，從而讓該產(chǎn)品的滲透率難以提升。但從長遠(yuǎn)來看，隨著自動駕駛技術(shù)的發(fā)展，尤其是L4/L5級自動駕駛車輛的推進(jìn)，SBW憑借其高響應(yīng)、高靈活等特性，在適應(yīng)自動駕駛方面將作為關(guān)鍵的線控技術(shù)被得到更廣泛的應(yīng)用。
同時，隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)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(shù)（如線控制動等），進(jìn)而實(shí)現(xiàn)車輛整體性能的優(yōu)化和智能化的升級。
轉(zhuǎn)自覺知汽車
