詳細(xì)探究SBW功能安全目標(biāo)和安全手段

探究SBW功能安全目標(biāo)和安全手段

功能安全目標(biāo)這個(gè)題目其實(shí)有點(diǎn)大，下面假設(shè)讀者對(duì)EPS的功能安全有了一定的了解，只是淺嘗輒止的談一談SBW跟EPS相比，有哪些新的變化。導(dǎo)入線(xiàn)控轉(zhuǎn)向以后（暫且只考慮L2這個(gè)階段的SBW，L3以上無(wú)論是SBW還是EPS，其功能安全目標(biāo)都與L2有重大的區(qū)別），有如下兩個(gè)新的Hazard必須考慮：

轉(zhuǎn)向器側(cè)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)不能正確地將車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)到目標(biāo)轉(zhuǎn)角

其產(chǎn)生的原因可能多種多樣，如轉(zhuǎn)向管柱角度傳感器故障、齒條位置傳感器故障、轉(zhuǎn)向電機(jī)故障、轉(zhuǎn)向控制控制器故障等

相應(yīng)的安全手段：在對(duì)應(yīng)的故障發(fā)生的情況下，如果轉(zhuǎn)向器側(cè)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠正常工作控制電機(jī)輸出力矩，那么安全措施為將離合器吸和，由轉(zhuǎn)向器側(cè)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行EPS備份功能，整套系統(tǒng)轉(zhuǎn)等效于一套PEPS或REPS；

如果轉(zhuǎn)向器側(cè)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)不能控制電機(jī)輸出力矩，其安全措施為將吸合離吸和，由轉(zhuǎn)向管柱側(cè)控制器執(zhí)行EPS備份功能，整個(gè)系統(tǒng)等效于一套C-EPS。

如果發(fā)生更嚴(yán)重的故障，兩套執(zhí)行機(jī)構(gòu)都不能正確控制電機(jī)，那就只能切換為機(jī)械轉(zhuǎn)向了。

轉(zhuǎn)向管柱側(cè)的力矩反饋機(jī)構(gòu)不能正確的提供力矩反饋，導(dǎo)致駕駛員誤動(dòng)作。

其原因可能是用來(lái)進(jìn)行整車(chē)行駛狀態(tài)估計(jì)的信號(hào)丟失或不正確，轉(zhuǎn)向管柱側(cè)電機(jī)及控制器本身的故障等等

其安全手段為，將離合器吸和，由轉(zhuǎn)向器側(cè)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行EPS備份功能，整套系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成一套PEPS或REPS。

架構(gòu)

既然是Conception Design，暫且先不考慮控制策略在嵌入式控制器的實(shí)現(xiàn)，用一個(gè)快速控制原型（RCP）來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能。

電機(jī)及GearBox總成兩組：轉(zhuǎn)向器側(cè)電機(jī)需求基本同EPS，轉(zhuǎn)向管柱側(cè)電機(jī)如果不實(shí)現(xiàn)其EPS備份功能的話(huà)，因?yàn)橹灰峁┮粋€(gè)給駕駛員手力0-5Nm的力矩反饋，而駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)的極限速度也就1000°/s(約170rpm),因此可以選擇比EPS功率更小的電機(jī)和更小的GearBox減速比。

電機(jī)控制器兩個(gè)：只接受RCP發(fā)過(guò)來(lái)的電機(jī)扭矩指令，執(zhí)行力矩閉環(huán)

AS兩個(gè)：管柱和轉(zhuǎn)向器上各一個(gè)

軟件功能分配

VehicleDynamic模型：主要根據(jù)車(chē)速、輪速、橫擺角速度、齒條力矩、輪胎偏轉(zhuǎn)角等等在車(chē)上可以測(cè)量到的關(guān)鍵信號(hào)，使用若干個(gè)狀態(tài)觀(guān)測(cè)器來(lái)獲取諸如齒條力、質(zhì)心側(cè)偏角、輪胎滑移角等不能夠通過(guò)直接測(cè)量得到但是控制策略又需要的關(guān)鍵信號(hào)。

其簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)方法為使用BicycleModel和簡(jiǎn)化的轉(zhuǎn)向器模型，在Stanford大學(xué)Paul Yih的發(fā)表于A(yíng)VEC 2004（Advanced vehicle control）的論文《Steer-by-Wire forVehicleState Estimation and Control》有詳細(xì)公式推導(dǎo)及實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

目標(biāo)位置計(jì)算：線(xiàn)控轉(zhuǎn)向中，齒條目標(biāo)轉(zhuǎn)角與方向盤(pán)轉(zhuǎn)角不是簡(jiǎn)單的比例對(duì)應(yīng)關(guān)系，其一可以實(shí)現(xiàn)可變轉(zhuǎn)向比的主動(dòng)轉(zhuǎn)向功能；另外，根據(jù)Vehicle Dynamic模型計(jì)算的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，判斷車(chē)輛是否處于UnderSteer或Oversteer狀態(tài)，進(jìn)而調(diào)整目標(biāo)轉(zhuǎn)向角，起到DSR的作用。

反饋力矩計(jì)算：根據(jù)VehicleDynamic模型及轉(zhuǎn)向管柱模型，控制伺服電機(jī)提供一個(gè)力反饋給駕駛員。這一部分要求在轉(zhuǎn)向管柱與轉(zhuǎn)向器沒(méi)有真實(shí)物理連接的情況下模擬出真實(shí)的手感（中間位置感、轉(zhuǎn)向力建立梯度、況信息回饋等等），無(wú)論是策略設(shè)計(jì)還是參數(shù)標(biāo)定，無(wú)疑都是技術(shù)難度最大也需要花功夫的。