四、路感模擬
在SBW係統的應用(yong)過程中，由於沒有了傳統機械連(lian)接(jie)，但為了確保駕駛體驗和感知(zhi)安全，駕駛過程中需要(yao)讓(rang)駕駛員可以(yi)感受(shou)到(dao)與(yu)傳統機械轉向相似的“力回饋”，因此需要(yao)通過電機模擬出(chu)一定(ding)的路感反饋，即控製單元需根據(ju)實際車輛動態模擬出(chu)合(he)理的轉向力反饋，再通過力矩電機向方向盤(pan)提供(gong)適當的阻(zu)尼和力感，從而使(shi)駕駛員可以(yi)感受(shou)到(dao)真實的轉向感覺。
此過程中，為使(shi)係統向駕駛員傳達(da)的駕駛感受(shou)足夠真實，控製單元需根據(ju)內嵌的路感模擬模型（車輛動力學模型的一部分，該(gai)模型根據(ju)車輛實際行駛狀(zhuang)態和物理規律模擬出(chu)自然的轉向阻(zu)力和助力變化），然後結合(he)傳感器數(shu)據(ju)，可計算出(chu)在特定(ding)車速、轉向角度和路麵(mian)條件下，駕駛員在傳統機械轉向係統下應該(gai)感受(shou)到(dao)的轉向力。
並(bing)通過以(yi)力矩電機作為執行機構，向其發送精確的電流(liu)控製信號，以(yi)控製該(gai)電機的力矩輸(shu)出(chu)，從而使(shi)其產生(sheng)相應方向和大(da)小(xiao)的力矩，並(bing)在相應條件下模擬出(chu)不(bu)同的路麵(mian)阻(zu)力和轉向阻(zu)力曲線，以(yi)讓(rang)駕駛員獲(huo)得更(geng)真實的路感反饋。
在整個(ge)過程中，控製單元始終(zhong)保持對車輛狀(zhuang)態的實時監控，並(bing)確保在緊急(ji)情況下能迅(xun)速調整反饋力度，以(yi)確保駕駛安全。期間若出(chu)現相應故(gu)障，係統將自動切換至(zhi)安全模式，如提供(gong)一個(ge)恒(heng)定(ding)但不(bu)至(zhi)於令(ling)駕駛員失去控製力矩的固定(ding)反饋。通過此方式，SBW係統成功地模擬了傳統機械轉向的路感反饋，從而提供(gong)了一種既有真實駕駛體驗又能適應不(bu)同駕駛情境的轉向解決方案。對此過程示意如下：
图4 路感模擬過程示意
注：為使(shi)得路感模擬更(geng)真實，對於所采(cai)集(ji)的數(shu)據(ju)需具(ju)有高精度、高準確性、高實時的特性，通過此數(shu)據(ju)的應用(yong)，結合(he)詳細的車輛動力學模型及相關算法，實現轉向力矩的計算。並(bing)通過精確控製電機輸(shu)出(chu)的力矩大(da)小(xiao)和方向，確保能夠快速、準確地響(xiang)應控製單元的指令(ling)，從而傳達(da)給駕駛員恰(qia)如其分的力感。
五、安全冗餘設計
由於SBW運(yun)行的穩(wen)定(ding)性直接(jie)關係到(dao)車輛的操控安全性和自動駕駛係統的可靠(kao)性，因此安全冗餘設計在此處將會極其重要(yao)。通常，在此領域(yu)的做法是采(cai)用(yong)係統冗餘方案，既采(cai)用(yong)多重傳感器備份(fen)、雙三重ECU架構以(yi)及故(gu)障診斷(duan)和隔離功能等(deng)措施。
這裏的“多重傳感器備份(fen)”意味着係統配備有不(bu)止(zhi)一套(tao)傳感器係統來(lai)測量同樣的物理參數(shu)。這些傳感器通常是獨立工作且互為冗餘，即使(shi)其中一套(tao)傳感器失效，其他傳感器仍能正常工作並(bing)提供(gong)準確的數(shu)據(ju)，確保係統能夠維(wei)持基本功能，避免因單一傳感器故(gu)障而導致的失控風險(xian)。
“雙三重ECU架構”指的是用(yong)於提高可靠(kao)性和安全性的高級(ji)冗餘設計。其中，雙指至(zhi)少(shao)有兩(liang)個(ge)完(wan)全獨立的電子控製單元，每一個(ge)都可以(yi)單獨處理所有的計算任(ren)務；三重則(ze)是指在每個(ge)ECU內部或者是在整個(ge)係統中有三個(ge)獨立的硬件或軟(ruan)件通道(dao)，同樣執行相同的控製邏輯。這種設計下，任(ren)何(he)單點故(gu)障都不(bu)會導致係統完(wan)全失效，因為其它(ta)冗餘部分可以(yi)立即接(jie)管其功能。
故(gu)障診斷(duan)功能指的是係統具(ju)備自我檢測錯誤的能力，能夠及時發現硬件故(gu)障、軟(ruan)件錯誤或其他異常情況。隔離功能則(ze)是指當檢測到(dao)某(mou)個(ge)組件或子係統發生(sheng)故(gu)障時，係統能夠自動切斷(duan)問題區域(yu)與(yu)整體係統之間的聯係，防止(zhi)故(gu)障進一步擴(kuo)散(san)影(ying)響(xiang)到(dao)其他正常工作的部分，同時激活(huo)備用(yong)係統或進入安全模式，確保車輛在遇到(dao)故(gu)障時仍然保持一定(ding)的可控性。例如，若某(mou)一傳感器數(shu)據(ju)異常，則(ze)係統可能會忽略(lue)該(gai)傳感器數(shu)據(ju)，轉而依賴其他正常工作的傳感器信息，從而確保車輛穩(wen)定(ding)運(yun)行。
然而，過度增(zeng)加硬件冗餘卻會顯著(zhu)增(zeng)加係統成本，這對於商(shang)業化和規模化將不(bu)是很(hen)好的解決方式。因此，對於傳感器和控製單元的冗餘，通常會采(cai)取(qu)局部冗餘或功能冗餘策(ce)略(lue)去平(ping)衡，如：
選擇性冗餘：隻針(zhen)對最關鍵且可能導致重大(da)安全風險(xian)的部件采(cai)用(yong)冗餘設計，例如轉向角度傳感器、扭矩傳感器這些更(geng)重要(yao)的感知(zhi)器件；
軟(ruan)件冗餘與(yu)功能多樣性：通過軟(ruan)件冗餘設計，實現故(gu)障檢測、隔離和恢複，並(bing)結合(he)跨係統冗餘，如多個(ge)子係統共享(xiang)信息以(yi)提高冗餘度；
多層次冗餘：在係統層級(ji)設計中，實現硬件、軟(ruan)件和通訊的多重冗餘或主/備控製單元之間配合(he)實現不(bu)同級(ji)別的冗餘；
可重構係統：設計可重構的硬件和軟(ruan)件架構，使(shi)得在係統某(mou)部分失效時，剩餘部分可以(yi)重新(xin)配置(zhi)以(yi)替代失效部件的功能。
同時，基於ISO 26262等(deng)功能安全標準的係統設計，可確保在不(bu)大(da)幅(fu)增(zeng)加成本的前提下提高係統的整體安全水平(ping)。
六、總結
盡管SBW的車載(zai)應用(yong)尚存(cun)需麵(mian)對安全性、技術複雜性、成本、法規等(deng)諸(zhu)多方麵(mian)的壓力，同時也基於高階自動駕駛技術的尚未普及，從而讓(rang)該(gai)產品的滲透率難(nan)以(yi)提升。但從長(chang)遠來(lai)看，隨著自動駕駛技術的發展，尤其是L4/L5級(ji)自動駕駛車輛的推進，SBW憑借(jie)其高響(xiang)應、高靈活(huo)等(deng)特性，在適應自動駕駛方麵(mian)將作為關鍵的線控技術被得到(dao)更(geng)廣(guang)泛的應用(yong)。
同時，隨著相關技術的進步，傳感器、控製器和執行器的成本或有望逐漸降低，而SBW作為線控底盤(pan)的一部分，將有利於整合(he)其他線控技術（如線控製動等(deng)），進而實現車輛整體性能的優化和智能化的升級(ji)。
轉自覺知(zhi)汽車
