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　　我們對控制自動駕駛汽車的期待會推動制動技術和新的轉向概念實現飛躍

　　想象這樣一個世界：機器人出租車載著我們快速地從一個地方到另一個地方，食品雜貨從訂購到送貨上門，整個過程無需人工干預。

　　感覺這樣的世界觸手可及，自動駕駛汽車會自動浮現在我們的腦海里，但在這項技術成為現實之前，它所面臨的挑戰是復雜多樣的。為了應對這些挑戰，汽車和許多系統必須進行徹底的改變，如控制剎車和轉向功能的系統。

　　一旦人類把對汽車的控制交給計算機，那么已經存在了一個多世紀的傳統人機界面(HMIs)就沒有繼續存在的必要了——5級自動駕駛汽車根本就不需要方向盤或踏板。

　　雖然這為設計師提供了優化艙室空間和布局的機會，但也帶來了重大的設計挑戰：

　　l 如果沒有方向盤和踏板，汽車線控E/E系統能完全取代這些系統嗎？

　　l 如何保證乘客的安全——尤其是在系統出現故障的情況下？

　　l 線控驅動系統是應對自動駕駛挑戰的解決方案嗎？

　　汽車線控系統已經運用到一些人為控制的車輛上了，特別是從2013年開始安裝在英菲尼迪Q50和Q60上的線控轉向系統，但是它們并沒有被消費者廣泛接受，因為剎車和轉向系統的安全性需要冗余，而這會增加成本和重量。

　　盡管存在這些挑戰，一些制造商仍在繼續改進和開發將應用于自動駕駛汽車的線控系統。

　　2018年底，沃爾沃汽車開始使用創新的線控技術進行先進的汽車測試，該技術被稱為Flex-o，由測試系統供應商AB Dynamics開發。該系統可以使測試車輛直接通過CAN總線駕駛，而不需要人類司機或機器人。

　　通常，為了客觀測試汽車性能，需要安裝的硬件包括一個轉向機器人、踏板機器人、一個控制系統、數據記錄器和一個運動包。這些技術結合在一起，可以比人類測試駕駛員更安全、更準確地控制車輛，誤差在20毫米以內。有了AB Dynamics進的路線跟蹤和速度控制技術，可以達到這個精準度和重復性。

　　Flex-o也有可能成為測試未來自動駕駛車輛系統的關鍵工具。隨著業界對此類系統的測試和驗證需求了解的更多，將需要在安全復制真實環境和情況的場景下進行測試。

　　另一家公司將自己定位為自動駕駛技術供應商，德國汽車供應商舍弗勒，從Paravan GmbH收購了Space Drive線控驅動技術。

　　根據Paravan的主頁，Space Drive系統可以讓那些殘存強度低，運動能力差的人甚至沒有四肢的人都能安全地駕駛汽車。該系統允許操作人員使用由微處理器控制的駕駛輔助裝置激活剎車、油門和方向盤，微處理器將信號傳輸給剎車、油門和轉向的伺服電機，以納秒為單位。

　　該系統在客戶車輛中無事故駕駛超過5億公里，其圍繞三重冗余設計，根據IPC-A-6003流程制造，符合ISO 26262 ASIL D級標準。

創建安全的線控驅動系統是關鍵

　　如果自動駕駛汽車要贏得消費者的信任，必須證明它們是安全的；即使在信號傳輸中斷或子系統故障時也可以保持機動性。開發中的挑戰在于以可接受的成本為這些必不可少的冗余創建智能解決方案。

　　可以在系統內部或外部創建冗余：

　　l 故障安全-這意味著在發生故障的情況下，可以恢復方向盤與方向盤之間的機械或液壓連接

　　l 操作失敗-沒有機械鏈接作為回退。

　　例如，一種故障操作解決方案是添加第二個轉向電機或帶有兩個單獨繞組的轉向電機。

　　例如，電動汽車的牽引電機或剎車也可以用一種可控的方式(扭矩矢量控制)來操縱前輪。通過改變車輪的牽引力或制動力，它們可以在需要時執行轉向功能，因此車輛將保持安全駕駛。

考慮自動駕駛系統中的冗余

　　雖然常見的冗余解決方案是增加關鍵部件的數量，如博世的電動轉向系統(EPS)的故障操作功能，但這些系統增加了復雜性、成本和重量。

　　為了避免這些弊端，一些機構正在研究用差速制動來控制車輛的方向。

　　2018年，沃爾沃汽車公司(Volvo Cars)的M. Jonasson和英國皇家理工學院(Royal Institute of Technology)的M. Thor在一篇題為《使用差速制動的自動駕駛汽車的轉向冗余》的研究論文中，提出了基于制動系統的冗余系統，作為故障操作備份。

　　為了確保車輛在完全失去EPAS的轉向扭矩后沿著期望的路徑行駛，此文描述了如何通過對車輛內側車輪施加制動，在自動駕駛車輛提供故障操作控制的情況下，使用差速制動來轉動車輛。

　　為了研究這一概念的潛力，開發了兩個具有差分輸入的車輛模型。這些模型用于解釋和定義差速制動可以達到的曲率極限，以便以后通過試驗車輛的測量結果進行驗證。

　　這里特別關注的是車輪懸架效果，它可以顯著影響預期軌跡。因此，對車輪懸架效應造成的車輛行為及其進行了細致的定義和記錄。

　　開發了一個基于模型的控制器，在車輛發生轉向系統故障時，通過差速制動實現轉向。這個控制器設計初衷在于補償在控制事件中可能出現的車輪角度擾動，該控制器在一個模型中進行了測試，車輛以70公里小時的速度直行，在200米的道路半徑之前發生了誘導轉向故障。

　　對開發的車輛模型的分析和在真實世界的車輛測試表明，差速制動可以替代前軸轉向作為自動駕駛汽車的容錯控制而存在。然而，與轉向相比，在曲率和側向加速度的大小上有實際受限。

　　這些系統能交付嗎?

　　前提是假定剎車系統正常運行，而且剎車系統本身也有冗余，由此提出一個問題：線控剎車系統是否能交付？

　　這個問題的答案似乎很簡單——Chassis Brakes International的客戶線組織經理Bastien Russery表示：“如果有四個自動剎車，自然就有了冗余。如果有一個剎車有缺陷，那么其他三個仍然可用來剎停車輛，并且有缺陷的那個可以單獨調整，以保持車輛在控制之下。除非儀表盤上的指示燈告訴你有故障，否則你可能永遠不會意識到有問題” 。

　　該公司的“智能制動”線控制動概念也不需要真空助力器、軟管、夾鉗和液壓液，以及填充和排氣系統所需的“疏散和填充”過程。這改善了包裝和耐撞性，并消除了由制動液造成的潛在環境危害。此外，剎車性能和手感可以通過軟件設置，零部件可以在汽車制造商的產品線中甚至在原始設備制造商之間通用。

　　此外，在緊急情況下，擁有先進駕駛輔助系統的車輛可以掃描前方道路，確定行動路線，查看來自司機的輸入，并通過制動單個車輪來調整它們，以增加或減少轉向角度并作出反應。利用從輪胎獲得的信息，車輛動力學控制器將能夠使用有效和節能的方法優化每個輪胎的可用摩擦力。

　　智能剎車系統計劃在2030年左右批量生產，這與預計的電動汽車使用量大致一致。

　　如果汽車線控概念不僅被視為一種新型的控制系統，而且還被視為一種具有眾多技術和功能協同效應的車輛整體動態系統，那么該技術將擁有巨大的優勢和可能性。更重要的是，隨著自動駕駛的普及，線控驅動系統在控制系統市場中的份額極有可能大幅增長——據研究公司Markets & Markets預測，2018年至2025年，線控驅動市場的復合年增長率為8.86%。2018年的市場規模為191.2億美元，預計到2025年將達到346.3億美元。

　　對于制造商來說，隨著電動自動駕駛汽車的大量推出，了解線控技術的機遇、市場和挑戰變得越來越重要。