“亦”真“亦”假？——MXsteerWheel与DYNA4的强强联手

高性能力反馈方向盘MXsteerWheel作为线控转向开发的新帮手，在北汇信息的展台上一直是大家关注的焦点。由于它简练出众的外表与真实阻尼的手感，吸引参展的朋友都乐此不疲地进行尝试。而后又不禁感叹，亦真亦假！

图1 桌面式驾驶模拟器

一、系统组成

整体来看，驾驶模拟器由CANoe测试平台、高性能实时机、方向盘电机与控制中枢，三者构成测试闭环。不过，在系统中，有位“扫地僧”在暗自发力，它就是虚拟车辆仿真软件（含转向模型）。其不仅为方向盘提供实时动力学响应，还让驾驶员可通过动画来观测车辆行径。真实的手感体验，离不开它，让我们一探究竟。

图2 系统交互概念

二、MdynamiX转向模型

MXsteerWheel采集的驾驶员方向盘角度传输给控制中枢MXsteerCon，其中包含了由Pfeffer教授团队开发的转向模型MXsteering Model。该模型为实时的三自由度模型，常用于EPS和HPS的转向手感仿真和分析，并支持集成ADAS接口，或自定义ECU功能，如反馈手感算法和车道保持功能。

图3 MXsteering模型

在与DYNA4的集成中，该模型根据转向角度计算出齿条位移，通过EtherCAT通信协议传输给CANoe，在CANoe中以系统变量的形式再发送给DYNA4中。由于DYNA4与CANoe的集成高度简洁，只需要在DYNA4中关联上相应的系统变量，一键编译后生成虚拟节点挂载在CANoe中，模型数据便能低时延传输，保证实时性。

图4 系统变量关联

DYNA4也自带转向模型，包括转向柱和带有静摩擦模型的转向传统装置，支持齿轮齿条式和摇臂拉杆式两种不同的机械结构形式，前者常用于乘用车，后期应用于商用车和卡车。

图5 DYNA4中转向模型类型

三、DYNA4车辆动力学模型

DYNA4将接收到的齿条位移再传输到自身的多体动力学底盘中，底盘模型结合道路环境、轮胎、动力传动等综合信号，计算出最终作用在传动轴上的负载力，并将此值再回传给手感方向盘。简易的信号交互形式，让工程师非常方便地获取诸如车身姿态等信息，来进行例如主动回正功能的测试。

图6 DYNA4模型与CANoe信号交互

此外，DYNA4与整个转向总成配合得也非常好。对于常见的EPS测试，亦或是针对传统或者线控转向结构，都可以进行SiL、HiL的仿真测试。

图7 DYNA4与转向总成

以乘用车为例，齿轮齿条式转向系统由一对齿轮组成，将方向盘的角度转换为转向齿条的平移运动，并可以设置转动刚度、阻尼、摩擦阻力、转动惯量、左右两端传动比、万向节传递（不等速传递特性），以及不同EPS助力形式。

图8 DYNA4中齿轮齿条式转向

DYNA4也支持前后四轮转向。如下图为主车前、后两轴实现多轮转向，同时全挂拖车的前轴随转，半挂式拖车同样也支持。

图9 DYNA4四轮转向

DYNA4自身包含丰富的场景库，也提供道路编辑功能，支持用户自行搭建测试赛道。其动画显示采用游戏引擎Unity渲染，最高可达4K分辨率。不同视角的自由切换，帮助工程师更好地观测车辆行为。

图10 DYNA4中的道路

在ADAS领域，DYNA4提供交通（Traffic）功能。不同的交通场景包括若干同道车辆以及障碍物。交通车辆支持多种驾驶任务，比如触发的车速变化，触发的变道或者这些动作的组合。从DYNA4 R8开始也支持使用OpenSCENARIO来定义和模拟复杂的驾驶场景。通过虚拟测试，自动驾驶和驾驶辅助系统能够在安全、高效、低成本的条件下进行验证与优化，为系统在真实道路上的应用奠定基础。

四、LKAS演示

以车道线保持功能LKAS(Lane Keeping Assist System)为例，通过观测动画以及力反馈方向盘的主动转动，验证控制策略实施的效果。LKAS算法接收车道线信息，若识别到脱离行驶车道的行为，会控制电机输出转向力矩来修正行驶方向，使车辆处于正确的车道上，同时可以集成脱手检测功能，例如若驾驶员超过20S未接管方向盘，将自动退出保持，直至检测到驾驶员手力矩的输入。此外，也可以加入摄像头来识别前方车辆，进行自适应巡航（ACC）或者主动紧急制动（AEB）功能的验证。

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