基于模型设计（MBD）开发L4级自动驾驶卡车线控制动系统 / 开普饭

线控系统涉及使用CAN通信或者CAN-FD通信和电子元件来控制汽车的主要功能，如转向、驱动控制和制动控制。它是如何工作的，有哪些类型，它是否比传统的机械系统更好？本文一一总结，同时在文章最后附上L4自动驾驶卡车领头企业TuSimple关于基于模型开发L4级自动驾驶卡车的技术文档。欢迎关注，转发。

线控系统

因为它使用电子线而不是机械或液压系统而被命名为副线系统，它是大多数新车的标准。线控系统出现的主要原因是为了改进目前控制汽车各种功能的方法。线控系统包括驱动控制、刹车控制、转向控制和线控换挡。在我们了解这些类型的工作原理之前，我们将简要解释一下线控系统背后的实际原理。

线控系统的一般工作原理：

线控系统使用ECU以及电机和传感器来完成早期通常使用枢轴和液压进行的机械工作。作为没有机械系统的电子系统，它使汽车的重量大大减轻。所有的线控系统使用的主要工作是一个传感器来接收由CAN通信方式驱动的物体的变化，然后将这个信号发送到ECU，ECU将数据发送到驱动电机，以根据需要控制功能。

线控系统的类型和工作原理：

目前有多种类型的线控系统，正在使用和研发中的主要有以下几种：

线控节气门（电子节气门控制ETC）

线控节气门不使用支点，而是使用踏板位置传感器。该传感器监测加速器踏板的位置。踏板的移动被感知并通知ECU。带有预装数据的ECU然后根据加速器踏板被踩下的程度打开节气门。节气门的打开和关闭是由电动机控制的，电动机的控制权直接在ECU手中。

线控制动

与线控油门一起，线控制动是另一个利用电子系统的主要系统。与ETC类似，它使用一个制动踏板传感器，监测踏板的位置。踏板的移动被传递给ECU，ECU与四个直流电动机相连，每个轮胎上有一个。根据制动踏板的踩踏情况，ECU命令电机进行制动。由于这些电机是相互独立的，它们可以对每个轮胎施加不同的压力，这有助于使用其他技术，如ABS，TCS，ESC等，或者ECU通过线控液压制动系统，使四个轮缸完成不同的任务，比如增压，减压或者保压，从而完成车辆的制动，或者稳定性控制。

ECU还使用来自其他传感器的数据，如轮速传感器和横向加速度传感器，以获得对需要多少制动的完美概念。由于制动是汽车中比较必要的部分之一，它的故障可能是相当具有破坏性的。因此，线控刹车系统也使用了一个备用刹车系统，以确保汽车能够一直刹车。这种冗余系统是L3以上自动驾驶功能必须要具备的。

线控转向

与其他的工作方式类似，线控转向器将去除机械部件，由电子传感器控制。到目前为止，已经实现量产的线控转向系统很少，英菲尼迪曾经少量量产。大多数国家认为它是非法的，因为有安全问题。线控转向系统取消了从方向盘到拉杆的轴，而是使用电线和执行器来控制车轮。传感器监测方向盘转动的程度，然后ECU使用执行器来相应地控制车轮转向。

线控转向被认为是自动驾驶系统的重要组成部分，因为它可以让汽车使用传感器来监测汽车的周围环境，并采取相应的行动，而不需要驾驶员的输入。可以把它看作是带有自动转向功能的自适应巡航控制。同时线控转向可以实现在自动驾驶时，方向盘被隐藏起来，以便车辆上的乘客舒适乘车，需要驾驶员接管的时候，方向盘调出，以便驾驶员接管车辆，保证行车的安全性。

线控换挡

这个线控系统取消了任何和所有涉及换档的机械部件，而是增加了一个小模块，让司机选择他们想使用的驾驶模式。驾驶模式包括空档、驾驶、停车和倒车。只需按下按钮或转动旋钮，汽车就会停留在那个位置，其余的由汽车自动控制。但是随着技术的发展，线控换挡已经出现在很多车辆上。

线控系统的优势

电线系统的最大优点是它从汽车上减去了很多重量。所有的机械和液压部件都很重，汽车制造商不得不根据它们来设计其他部件。这也间接地提高了性能，因为更少的重量等于更高的速度和更高的经济性，同时车辆的控制相应速度更快。

对于自动驾驶系统，线控系统更容易做冗余系统的开发，线控系统给了OEM厂商创造性的自由。目前，在普通系统中，他们被迫设计一些与其他机械部件配合的东西。有了线控系统，他们将不会受到这些约束的限制，能够设计出更有效和更好的零件。

由于这些是电子控制的，它们可以被软件为提供系统及整车高效性能。在后期故障诊断方面，由于工程师可以将ECU连接到计算机上，并控制所有的功能和它们应该如何工作，因此旁线控系统的后期维修诊断相当容易。

电线系统的缺点

由于所有这些系统都需要ECU来运作，因此ECU的故障几乎会导致汽车的死亡。这些传感器有可能被 "黑掉"，但这需要通过物理访问来篡改数值。

总的来说，随着自动驾驶技术的发展，多线控系统一起使用的未来并不遥远，因为它推动了汽车技术的正确方向，让我们一起期待线控技术在汽车上的应用。

下文是图森环境感知与车辆控制技术总监在Mathwork-2021用户大会上关于图森基于MBD在L4级自动驾驶卡车线控制动系统的开发介绍，希望为同行提供技术参考和方向引导。