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如果聊無人駕駛,聊X-By-Wire更有逼格

在10年前人們都不敢想像無人駕駛會離我們的生活如此之近, 但是當穀歌、特斯拉以及百度都積極推動無人駕駛汽車之時還是有許多人會對此感到難以置信,

其實貫穿無人駕駛汽車的技術統稱為X-By-Wire(X代指汽車各個系統)。 它是一個從飛機控制系統中演化而來的技術, 上至目前已經非常成熟的谷歌無人駕駛汽車, 下至中高端汽車上的智慧駕駛輔助系統都有它的身影, 是不是非常好奇它究竟是如何工作的呢, 本文就和讀者一起來掰一掰這個X-By-Wire!

線控油門, 可不是拉線式油門

對於汽車無論是汽油機還是柴油機, 想要當一個好司機都離不開穩妥的一腳油, 如果要讓無人駕駛汽車動起來最重要的就是如何去精准控制油門。

Throttle-By-Wire(線控油門)的理念非常簡單, 就是利用感測器來捕捉駕駛員踩踏油門的程度和頻率並且轉換為電信號傳遞給ECU(電控單元), 如果油門踩踏過快ECU就需要通過周圍感測器來判斷是否存在駕駛員誤踩以及駕駛員判斷失誤等情況, 如果存在這種潛在危險那ECU就會忽略駕駛員踩踏油門的行為。 在正常情況下電信號經過ECU內置演算法處理後會通過控制電流大小來操控兩個電機, 其中一個伺服電機將帶動節氣門(汽油機)或者柱塞(柴油機)來達到駕駛員所期待的加速表現, 而另一個電機則會根據駕駛模式的不同來向駕駛員提供適宜的踏板力回饋, 所以只要駕駛員指令正確那他獲得的駕駛感受將與普通車一模一樣。

對於無人駕駛汽車而言, 駕駛員踩踏油門到感測器接收到信號這一段過程將會被距離感測器、運動目標捕捉演算法以及微處理器所替代。 它們將會直接向電機控制模組直接發送電信號, 這種理念最初來自於賓士F200概念車, 現在的ACC自我調整巡航是它的一個工程用版本, 而特斯拉則已經實現了全程腳離油門踏板, Throttle-By-Wire在無人駕駛領域的應用正在逐步擴大。

比起線控油門, 智慧化的制動系統更需要關注

其實相比讓汽車動起來如何讓汽車實現線控制動更為重要,因為這與我們的行車安全息息相關。目前X在制動系統中的應用大多數都是基於真空助力系統或者ESP系統改進而來,其思路與線控油門相差無幾,同樣是在感測器採集制動踏板行程後通過ECU對液壓助力泵或者電子真空泵發出指令,最終來完成平穩制動同時讓駕駛員感受到制動踏板回饋。

目前博世、大陸都已經研發出了完全適應于無人駕駛汽車的Brake-By-Wire(線控制動系統),當配有iBooster的試驗車即將與障礙物相撞時,即使駕駛員並沒有踩下制動踏板Brake-By-Wire也會直接驅動電機推動制動主缸實現制動。未來的無人駕駛汽車雖然會有眾多雷達天眼,但是它也避免不了突如其來的障礙物,駕駛員還沒有反應過來時Brake-By-Wire的控制單元就會發送緊急制動指令。同EBA和BAS等眾多制動輔助系統系統相比,iBooster這類新興的線控制動系統有更大的決策權,它們可以通過路面障礙識別資訊自主制動,這實現了系統輔助人到系統自主工作的大躍進!

你可能用了假轉向,線控轉向未來將替代轉向盤

現在市面上在售汽車在轉向系統上的區別基本在於是液壓助力還是電動助力,兩者都是通過動力裝置來輔助駕駛員對轉向輪實現操縱,直觀來說從方向盤下面會有剛性機械傳動部件來驅動轉向齒條。Steering-By-Wire則打破了這種常規設計理念,它的轉向盤的轉動角度和速率會被感測器捕捉並轉換為電信號,之後依舊是交由ECU處理,最終控制電機以適宜的力度和速度來驅動轉向齒條實現轉向。

在它的方向盤背後會有一個回饋電機,它的作用就是為駕駛員提供模擬“路感”,當然這種模擬有研發團隊大量實驗資料做支援,所以真實感沒有挑剔,這也是目前無人駕駛試驗車轉向盤轉動的原因。在未來的無人駕駛汽車上,方向盤下方依舊會有一套簡易的機械轉向備份機構,不過ECU信號來源將由轉向盤變為無人駕駛核心控制器,從而真正解放駕駛員。目前英菲尼迪Q50已經應用了Direct Adaptive Steering線控轉向系統,然而它的環境感知和自動轉向控制系統並沒有達到讓駕駛員放手的程度,但是它與無人駕駛之間只差相關軟體演算法的開發。

線控懸架並不新鮮,高端車正在普及

外行往往覺得懸架是汽車上最複雜的系統,所以它們會以為線控技術在這方面的發展會比較滯後,然而20多年前以生產耳機而聞名的BOSE就開發出了線控懸架,其實兩者有很大的相同點(都是對頻率和振幅做控制優化),而已經應用到S600上的賓士“魔毯”懸架系統則非常形象的勾勒出了線控系統的架構。

通過車頂的雷達對前方路面凸凹度進行錄入,錄入的信息會和當時的車速一同經過懸架控制單元預置演算法計算處理,之後ECU會對各個懸架的剛度和阻尼比進行調節(空氣彈簧調節剛度,普通懸架調節減震器阻尼比),最終實現車身始終水準的目的。由於線控懸架要求每一個車輪懸架都有控制單元,得到路面譜資料後的優化處理演算法難度非常大,調節不好就會適得其反。更何況它只是無人駕駛技術中錦上添花的一項技術而非影響安全的核心技術,所以目前發展比較緩慢,新技術的推出也遙遙無期。

結語:

現階段X-By-Wire只是作為駕駛輔助系統應用於各款汽車,但是一旦未來完成高精度地圖繪製、自動駕駛演算法控制實驗、資訊採集有效過濾提取以及法律許可後,只需讓X-By-Wire各系統的ECU與對應的資訊採集端實現高效通信就能實現無人駕駛。到那時方向盤、制動踏板、油門踏板都將成為擺設或者安全備份系統,感測器、ECU和電控馬達將分別替代駕駛員的眼、腦和手腳來控制汽車,仔細想想無人駕駛離我們現實生活真的只有一步之遙!

其實相比讓汽車動起來如何讓汽車實現線控制動更為重要,因為這與我們的行車安全息息相關。目前X在制動系統中的應用大多數都是基於真空助力系統或者ESP系統改進而來,其思路與線控油門相差無幾,同樣是在感測器採集制動踏板行程後通過ECU對液壓助力泵或者電子真空泵發出指令,最終來完成平穩制動同時讓駕駛員感受到制動踏板回饋。

目前博世、大陸都已經研發出了完全適應于無人駕駛汽車的Brake-By-Wire(線控制動系統),當配有iBooster的試驗車即將與障礙物相撞時,即使駕駛員並沒有踩下制動踏板Brake-By-Wire也會直接驅動電機推動制動主缸實現制動。未來的無人駕駛汽車雖然會有眾多雷達天眼,但是它也避免不了突如其來的障礙物,駕駛員還沒有反應過來時Brake-By-Wire的控制單元就會發送緊急制動指令。同EBA和BAS等眾多制動輔助系統系統相比,iBooster這類新興的線控制動系統有更大的決策權,它們可以通過路面障礙識別資訊自主制動,這實現了系統輔助人到系統自主工作的大躍進!

你可能用了假轉向,線控轉向未來將替代轉向盤

現在市面上在售汽車在轉向系統上的區別基本在於是液壓助力還是電動助力,兩者都是通過動力裝置來輔助駕駛員對轉向輪實現操縱,直觀來說從方向盤下面會有剛性機械傳動部件來驅動轉向齒條。Steering-By-Wire則打破了這種常規設計理念,它的轉向盤的轉動角度和速率會被感測器捕捉並轉換為電信號,之後依舊是交由ECU處理,最終控制電機以適宜的力度和速度來驅動轉向齒條實現轉向。

在它的方向盤背後會有一個回饋電機,它的作用就是為駕駛員提供模擬“路感”,當然這種模擬有研發團隊大量實驗資料做支援,所以真實感沒有挑剔,這也是目前無人駕駛試驗車轉向盤轉動的原因。在未來的無人駕駛汽車上,方向盤下方依舊會有一套簡易的機械轉向備份機構,不過ECU信號來源將由轉向盤變為無人駕駛核心控制器,從而真正解放駕駛員。目前英菲尼迪Q50已經應用了Direct Adaptive Steering線控轉向系統,然而它的環境感知和自動轉向控制系統並沒有達到讓駕駛員放手的程度,但是它與無人駕駛之間只差相關軟體演算法的開發。

線控懸架並不新鮮,高端車正在普及

外行往往覺得懸架是汽車上最複雜的系統,所以它們會以為線控技術在這方面的發展會比較滯後,然而20多年前以生產耳機而聞名的BOSE就開發出了線控懸架,其實兩者有很大的相同點(都是對頻率和振幅做控制優化),而已經應用到S600上的賓士“魔毯”懸架系統則非常形象的勾勒出了線控系統的架構。

通過車頂的雷達對前方路面凸凹度進行錄入,錄入的信息會和當時的車速一同經過懸架控制單元預置演算法計算處理,之後ECU會對各個懸架的剛度和阻尼比進行調節(空氣彈簧調節剛度,普通懸架調節減震器阻尼比),最終實現車身始終水準的目的。由於線控懸架要求每一個車輪懸架都有控制單元,得到路面譜資料後的優化處理演算法難度非常大,調節不好就會適得其反。更何況它只是無人駕駛技術中錦上添花的一項技術而非影響安全的核心技術,所以目前發展比較緩慢,新技術的推出也遙遙無期。

結語:

現階段X-By-Wire只是作為駕駛輔助系統應用於各款汽車,但是一旦未來完成高精度地圖繪製、自動駕駛演算法控制實驗、資訊採集有效過濾提取以及法律許可後,只需讓X-By-Wire各系統的ECU與對應的資訊採集端實現高效通信就能實現無人駕駛。到那時方向盤、制動踏板、油門踏板都將成為擺設或者安全備份系統,感測器、ECU和電控馬達將分別替代駕駛員的眼、腦和手腳來控制汽車,仔細想想無人駕駛離我們現實生活真的只有一步之遙!

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