嵌入式線控駕駛系統（Steer-by-Wire, SbW）是汽車電子領域的關鍵技術，它通過電子信號取代傳統的機械連接，實現方向盤與轉向輪之間的控制。其開發過程高度依賴精密、可靠的軟件設計與嚴格的測試驗證。以下將重點探討在嵌入式線控駕駛系統開發中，軟件設計與開發階段的核心考慮因素及相應的測試策略。

一、 軟件設計階段的核心考量

1. 安全性與可靠性設計：

• 功能安全（ISO 26262）：軟件架構必須遵循ASIL（汽車安全完整性等級）要求，通常為ASIL D。這意味著需要采用故障檢測與容錯機制，如冗余設計（雙MCU、雙傳感器、雙通信通道）、監控守護程序（Watchdog）、內存保護單元（MPU）等。

• 實時性與確定性：轉向控制是硬實時任務，軟件必須在嚴格的時間窗口內完成計算與響應。需采用實時操作系統（RTOS），并精心設計任務調度優先級，確保關鍵任務的執行不被延遲。

• 信息安全：防止未經授權的訪問與惡意攻擊。需在軟件中集成安全啟動、安全通信（如SecOC）、入侵檢測與防御機制。

1. 模塊化與分層架構：

• 采用AUTOSAR（汽車開放系統架構）標準是行業最佳實踐。它將軟件劃分為應用層（Application Layer）、運行時環境（RTE）和基礎軟件層（BSW），實現硬件抽象與模塊解耦，便于開發、集成與維護。

• 關鍵軟件模塊包括：方向盤轉角/扭矩信號處理模塊、轉向電機控制算法（如PID、模糊控制）、故障診斷與管理（DTC）、車輛狀態（如車速）補償邏輯、與底盤域控制器（如ESP）的通信接口等。

1. 控制算法設計：

• 路感模擬算法：軟件需根據車速、方向盤轉角、輪胎抓地力等參數，動態計算并模擬出逼真的方向盤反饋力矩，為駕駛員提供自然的駕駛手感。

• 轉向執行控制：精確控制轉向電機的角度、扭矩與轉速，實現穩定、平滑的轉向響應。算法需考慮電機非線性、溫度漂移等補償。

二、 軟件測試與驗證策略

1. 模型在環測試（MIL）：

• 在早期，使用Matlab/Simulink等工具對控制算法模型進行仿真測試，驗證邏輯正確性、功能性能和邊界條件處理。

1. 軟件在環測試（SIL）：

• 將生成的代碼（如C代碼）在PC環境中運行，與虛擬車輛模型閉環測試。重點驗證代碼生成的正確性、數值精度以及非功能性需求（如執行時間估算）。

1. 處理器在環測試（PIL）：

• 將目標代碼下載到實際的微控制器（或仿真器）中運行，與PC上的車輛模型進行硬件在環通信。驗證代碼在目標處理器上的運行正確性、時序和資源占用（CPU、內存）。

1. 硬件在環測試（HIL）：

• 這是系統集成測試的關鍵環節。將完整的線控轉向ECU（包含全部軟件）連接到HIL測試臺架。臺架模擬真實的傳感器信號（轉角、扭矩）、執行器負載（電機、機械負載）以及整車網絡（CAN FD/Ethernet）環境。

• 測試內容極其廣泛：

• 功能測試：驗證所有正常和降級模式下的轉向功能。

• 故障注入測試：模擬傳感器失效、電源故障、通信中斷、芯片死鎖等各類故障，驗證系統的故障檢測、隔離與安全響應（如進入跛行回家模式）是否符合安全要求。

• 壓力與耐久測試：長時間、高負載運行，測試軟件穩定性和內存泄漏。

• 實時性測試：測量從方向盤輸入到轉向輪響應的端到端延遲，確保滿足嚴苛的實時性要求（通常為毫秒級）。

1. 實車測試與驗證：

• 在經過充分的實驗室測試后，軟件集成到原型車中進行道路測試。驗證軟件在真實、復雜的道路環境、溫度變化和電磁干擾下的綜合表現，尤其是人機交互體驗和極端工況下的可靠性。

嵌入式線控駕駛系統的軟件開發是一個以安全為核心、貫穿V模型的全過程工程。從初始設計就深度融入安全與可靠性的基因，并輔以從模型到實車的多層次、 rigorous 的測試驗證，是確保最終系統達到車規級高可靠性與高性能要求的唯一路徑。