Steer by wire в автомобиле
Steer by Wire
Смотреть что такое «Steer by Wire» в других словарях:
Steer-by-wire — Dieser Artikel oder Abschnitt bedarf einer Überarbeitung. Näheres ist auf der Diskussionsseite angegeben. Hilf mit, ihn zu verbessern, und entferne anschließend diese Markierung. Unter Steer by wire versteht man ein System in der… … Deutsch Wikipedia
Steer-by-Wire — Unter Steer by wire versteht man ein System in der Kraftfahrzeugtechnik, bei dem ein Lenkbefehl von einem Sensor (am Lenkrad oder einem anderen Eingabegerät) über ein Steuergerät ausschließlich elektrisch zum elektromechanischen Aktor, der den… … Deutsch Wikipedia
Steer — ist der Familienname folgender Personen: Hannelore Steer (* 1943), deutsche Journalistin und Afrikanistin Rachel Steer (* 1978), US amerikanische Biathletin siehe auch: Steer by Wire Diese S … Deutsch Wikipedia
Drive by wire — Drive by wire, DbW, by wire, or x by wire technology in the automotive industry replaces the traditional mechanical control systems with electronic control systems using electromechanical actuators and human machine interfaces such as pedal and… … Wikipedia
Drive-by-Wire — (kurz DBW) ist die Bezeichnung für (zumindest partielles) Fahren oder Steuern von Fahrzeugen ohne mechanische Kraftübertragung der Bedienelemente zu den entsprechenden Stellelementen wie etwa Drosselklappen. Das Drive by Wire Konzept umfasst… … Deutsch Wikipedia
Brake-by-wire — Drive by wire technology in automotive industry replaces the traditional mechanical and hydraulic control systems with electronic control systems using electromechanical actuators and human machine interfaces such as pedal and steering feel… … Wikipedia
Steering — For other uses, see Steering (disambiguation). Part of car steering mechanism: tie rod, steering arm, king pin axis (using ball joints). Steering is the term applied to the collection of components, linkages, etc. which will allow a vessel (ship … Wikipedia
Elektromechanische Lenkung — Dieser Artikel oder Abschnitt bedarf einer Überarbeitung. Näheres ist auf der Diskussionsseite angegeben. Hilf mit, ihn zu verbessern, und entferne anschließend diese Markierung. Unter Steer by wire versteht man ein System in der… … Deutsch Wikipedia
Power steering — helps drivers steer vehicles by augmenting steering effort of the steering wheel. It does this by adding controlled energy to the steering mechanism, so the driver needs to provide only modest effort regardless of conditions. In particular, power … Wikipedia
Torque steering — is the influence of the engine torque on the steering for some front wheel drive vehicles. For example, during full acceleration the steering may pull to one side, which may be disturbing to the driver. This either causes a tugging sensation in… … Wikipedia
Auto — Benz Patent Motorwagen Nummer 1 aus dem Jahr 1886 … Deutsch Wikipedia
Steer By Wire Technology
2019 Steer by Wire Technology Integration in Automotive
While electric power steering removes the hydraulic components but retains the traditional mechanical steering linkage, Steer-By-Wire does away with the steering linkage. These systems use electric motors to turn the wheels, sensors to determine how much steering force to apply, and devices that provide tactile feedback to the driver. These motors are more efficient, quieter, and require no maintenance.
The system uses software control, and it can be applied to other models if you modify some parameters. And this can save a lot of time for developing new models and reduce the costs.
Steer by Wire system will eventually replace the current traditional mechanical steering system, and it has gradually been accepted by the automotive industry. Refer articles by Chang Jiangxue, Li Manjiang & Bai Xuefeng, College of Engineering Technology, Jiangsu Institute of Commerce, Nanjing.
The chief customer concern with Steer-By-Wire is the lack of physical linkage. Because there are no mechanical 
linkages between the driver and the wheels, a controller is used to control the positioning of the motors used to steer the wheels. Products such as the InMotion APS (Advanced Power Steering) controller that meets the ISO standard 13849-1, category 3, level PL=d for functional safety, meets those safety needs.
Automakers are slowly developing autonomous driving technology. The new Q50 is the market’s first “steer-by-wire” model, meaning there’s no mechanical connection between the wheel in your hands and the wheels on the street. Just electric signals. CLICK https://www.wired.com/2014/06/infiniti-q50-steer-by-wire/amp to review.
INFINITI’s Direct Adaptive Steering® (DAS) removes the mechanical connection between the steering wheel and tires, allowing for instantaneous driver input that can be digitally processed and adjusted up to 1,000 times per second. The DAS is unaffected by the kickback and forced movement of conventional steering but still gradually requires more effort with increased speed and G-forces like a conventional system. CLICK https://www.infinitiusa.com/infiniti-now/technology/direct-adaptive-steering.html
Steer-by-wire systems offer the potential to enhance steering functionality by enabling features such as automatic lane keeping, park assist, variable steer ratio, and advanced vehicle dynamics control. Steer-by-wire systems replace the conventional mechanical linkages with electronic sensors, controllers and actuators.
Depending upon the design, a steer-by-wire system can offer several benefits compared to conventional mechanical steering systems. Elimination of the mechanical linkage between the steering wheel and the steering gear can provide an enhancement to design flexibility.
There are several significant challenges associated with the commercial application of steer-by-wire technology to automobiles. Safety and security objectives must be met. A steer-by-wire system contains electrical components that have lower reliability than the mechanical components found in conventional steering systems. Redundancy of electrical components may be an effective method to assist steer-by-wire systems in meeting safety objectives.
However, component redundancy may also have a negative impact on cost and reliability. Despite the continuous cost reduction of electronic sensors, controllers, and actuators, the steer-by-wire system cost remains a significant obstacle to application in passenger cars. Refer paper by Yong-Jun Lee and Young-Jae Ryoo from Dept. of Engineering and Robotics, Mokpo National University 1666 Youngsan-ro, Chyungye-Myun, Muan-Gun, Chonnam, Korea.
3rd Generation of Steering – Steer-by-Wire Technology
FZB Technology Controller Design Targets:
Benefits of FZB Tech Dual 3-phase PMSM Design:
FZB Technologies Redundancy Design:
Generation of Steering Technologies:
1 st Generation: Conventional hydraulic steering systems which may come with/without steering assistance.
2 nd Generation: Hydraulic steering system which may come with Electrical Hydraulic Power Steering (EHPS) and a steering system which comes with Electric Power Steering (EPS).
3 rd Generation: Steer-by-wire – in which sensors detect the movements of the steering wheel and send information to a microprocessor. The computer then sends commands to actuators on the axles, which turn according to the driver’s directions.
Advantages of Steer by Wire:
Concerns About Relying on a Wire for Steering:
Steer by Wire (SBW)
2021: Анонс рулевой системы для беспилотных авто
11 октября 2021 года Hyundai Mobis объявила о разработке технологии складной рулевой системы Steer by Wire (SBW), которая позволяет складывать и раскладывать рулевое колесо. Эта технология привлекает внимание тем, что она является инновационной и оптимальной для будущих транспортных средств, поскольку она может обеспечить больше пространства на водительском сиденье.
Складная система рулевого управления Hyundai Mobis имеет рулевое колесо, которое может перемещаться как вперед, так и назад, но на расстояние до 25 см. Разработка технологии велась с начала 2019 года, большие сроки при разработки связаны с тем, что это совершенно новая технология, которая никогда ранее не была коммерциализирована на мировом рынке.
Для разработки этой системы Hyundai Mobis разработала новые основные части системы рулевого управления, включая колонку и устройство контроля силы реакции, а также применила механизм скользящей направляющей, обеспечивающий долговечность и надежность системы. Система позволила применить различные конструкции, включая тип хранилища, при котором рулевое колесо может быть убрано в приборную панель, а также иметься и складной вариант.
Новая складная система рулевого управления также идеально совместима с системой рулевого управления Steer by Wire (SBW), электронная цифровая система управления автомобилем. Система SBW управляет рулевым управлением с помощью электрических сигналов, соединяя рулевое колесо с устройством, предназначенным для передачи усилия, создаваемого рулевым колесом, на колеса. Система SBW позволяет обеспечить оптимальные характеристики рулевого управления в различных условиях движения и минимизирует вибрации, возникающие при движении по полосе отбоя или по неровностям на большой скорости, что позволяет водителю вести автомобиль комфортно и стабильно. Кроме того, конструкция резервирования некоторых основных электронных частей, таких как датчики и системы, гарантирует, что автомобиль способен поддерживать нормальное рулевое управление в аварийной ситуации. [1]
Автопилот своими рукам. Добавляем электронное управление steer-by-wire на обычный автомобиль
Всем привет. Любому автопилоту, очевидно, нужно не только принимать решения по управлению, но и заставлять автомобиль этим решениям подчиняться. Сегодня увидим, как весьма доступными средствами доработать обычный автомобиль полностью электронным рулевым управлением (steer-by-wire). Оказывается, сам авто для разработки не очень и нужен, а большинство функционала можно с комфортом отлаживать дома или в офисе. В главных ролях всем известные компоненты из хобби-магазинов электроники.
Задумаемся на секунду, что нужно для системы электронного управления? Сервопривод, который может поворачивать колёса, и контроллер, чтобы сервоприводом управлять. Внезапно, всё это в большинстве современных автомобилей уже есть, и называется «усилитель рулевого управления». Традиционные чисто механические (как правило, гидравлические) усилители стремительно исчезают с рынка, уступая место узлам с электронным блоком управления (ЭБУ). А значит, задача сразу упрощается: нам остается только «уговорить» имеющийся ЭБУ усилителя выдать нужные команды на сервопривод.
Очень удобным для доработки оказался KIA Cee’d начиная с 2015 модельного года (скорее всего аналогично и его соплатформенники от KIA/Hyundai). Сошлись одновременно несколько факторов:
Итак, получена в распоряжение рулевая колонка в сборе:
Будем заставлять её крутиться. Для этого нужно создать у блока управления впечатление, что
Симуляция автомобиля
Нужно понять интерфейс между электронным блоком управления (ЭБУ) усилителя и остальным автомобилем. Нагуглив электрическую схему видим картинку:
Из схемы видно, что физически интерфейс очень прост:
Внешний вид и распиновки разъемов находим на том же сайте.
С питанием и зажиганием всё просто, берем 12V с обычного компьютерного блока питания. Но если просто подать питание и зажигание, усилитель полноценно не включится, и усиливать не будет. Дополнительно нужна информация от других блоков автомобиля: работает ли двигатель (чтобы не тратить энергию аккумулятора при выключенном), текущая скорость (чтобы делать руль «тяжелее» на скорости), наверняка что-то ещё.
Обмен данными между электронными блоками в современных автомобилях организован по шинам CAN (Controller Area Network). Это широковещательная (у пакетов нет адресов назначения) локальная сеть на витой паре, где каждый блок может публиковать свои данные. У каждого типа данных свой идентификатор. Например, в нашем случае усилитель руля рассылает значения угла поворота руля с ID 0x2B0. Часто бывает несколько физически разделенных шин, чтобы второстепенные блоки типа контроллеров стеклоподъемников не мешались обмену между критически важными компонентами. В Cee’d используется две шины: C-CAN и B-CAN (схема здесь, в части «Информация о канале передачи данных»). На C-CAN «висят» почти все блоки с ней и будем работать.
Выбор адаптера CAN-шины
Первым делом понадобится CAN интерфейс для компьютера. Детальный обзор возможных решений есть например здесь, цены варьируются от десятков до сотен долларов. По устройствам у нас относительно доступны:
Софта разного тоже много (за обзором опять сюда). Самый простой вариант — Linux c can-utils из SocketCAN, за который спасибо инженерам Volkswagen. Большой плюс SocketCAN в стандартизации — любое USB устройство с поддержкой протокола LAWICEL (pdf) видится системой как обычный сетевой интерфейс. Таким образом избегаем привязки к вендор-специфическому софту конкретного устройства. У текущей версии CANHacker есть небольшая несовместимость со стоковыми can-utils по работе с USB, поэтому берём патченную версию отсюда. Raspberry Pi с CAN шилдом работает со стоковым пакетом can-utils из Raspbian OS без проблем.
Подключение к шине, запись пакетов
С подключением к индивидуальному узлу на стенде всё просто: соединяем контакт CAN-High адаптера с CAN-High автомобильного узла, CAN-Low — c CAN-Low. По стандарту между CAN-High и CAN-Low должно быть 2 замыкающих резистора по 120 Ом, на практике обычно всё работает на довольно широком интервале сопротивлений, у меня например одно на 110 Ом.
На автомобиле замыкающий резистор не нужен (они там уже стоят, чтобы шина сама по себе работала). В зависимости от модели авто, возможно придется повозиться с физическим доступом к проводке шины. Самый удобный вариант — разъём OBD-II (on-board diagnostic), он обязателен на всех легковых автомобилях, выпущенных в Европе с начиная 2001-2004 года и находится не дальше 60 см от рулевого колеса. На Cee’d разъём слева под рулём, за пластмасовой крышкой блока предохранителей.
Распиновка OBD-II стандартизована и включает шину CAN (CANH на 6 контакте, CANL на 14). Нам повезло, корейцы пошли по пути наименьшего сопротивления и вывели C-CAN, на которой висят все важные узлы, прямо на диагностический разъём:
В результате на Cee’d можно прослушать весь внутренний трафик, ничего в авто не разбирая. Когда машина не твоя, а знакомые пустили повозиться — большой плюс. Но такая халява не везде. У Volkswagen например служебная CAN изолирована от OBD шлюзом, поэтому подключаться пришлось бы примерно так:
Подключив все контакты, поднимаем сетевой интерфейс:
Проверяем, что сеть работает и данные принимаются (включив зажигание):
И наконец, если всё нормально, можно записывать лог:
Здесь нужно запустить двигатель, т.к. усилитель руля включается на собственно усиление только при работающем двигателе, а нам на стенде надо, чтобы он усиливал.
Воспроизведение записи шины на стенде
С записанным логом с авто можно возвращаться на стенд и приступать к обману нашего одинокого усилителя. Первым делом вспомним, что в автомобиле стоит свой собственный усилитель, он тоже шлёт данные в CAN шину, и эти пакеты есть и в нашем логе. Отфильтруем их, чтобы избежать конфликтов. Подключаемся к усилителю на стенде, смотрим, что он выдает:
Видим, что рассылаются пакеты 2B0 (текущий угол поворота руля) и, реже, 5E4 (какой-то общий статус усилителя). Отфильтровываем их из общего лога:
Фильтрованный лог можно подавать на воспроизведение:
Если всё сработало успешно, усилитель заработает, крутить рукой рулевой вал станет гораздо легче. Итак, работать в штатном режиме мы узел заставили, можно переходить к симуляции усилий на руле.
Эмуляция усилия на руле
Крутящий момент на рулевом валу и угол поворота измеряются встроенным блоком датчиков, от которого идет жгут проводов к блоку управления усилителем:
Блок управления обрабатывает сигналы датчиков и выдаёт команды сервоприводу на создание дополнительного усилия на поворот рулевого вала.
Проверка формата сигнала датчиков
По информации PolySync, на Soul, у которого с Cee’d общая платформа, два аналоговых датчика крутящего момента. Cигнал каждого — отклонение уровня постоянного напряжения от базовых 2.5V, провода в жгуте — зеленый и синий. Проверим, что у нас то же самое:
Эмуляция сигнала датчиков
Переходим к эмуляции сигнала датчиков. Для этого поставим свой модуль в разрыв цепи между датиком и ЭБУ, будем транслировать настоящий сигнал с датчика и по команде сдвигать его на фиксированный уровень (изображая приложенное к рулевой колонке усилие). Силами одной arduino это не получится: там нет полноценного цифро-аналогового преобразователя, который мог бы выдавать постоянное напряжение. Аналоговые входы arduino нам тоже не очень подходят — хотя пинов для них целых 6, канал АЦП в контроллере только один, и его переключение между пинами занимает заметное время.
Нужно добавить к arduino внешние ЦАП/АЦП. Мне попались модули YL-40 (описание в pdf) на основе чипа PCF8591 — на каждой по 4 канала 8-бит АЦП и 1 8-бит ЦАП. Модуль может общаться с arduino по протоколу I2C. Потребуется небольшое допиливание (в буквальном смысле): китайские товарищи поставили на плату светодиод индикации напряжения на выходе ЦАП — его обязательно надо отсоединить. Иначе утекающий через диод ток не даст ЦАП поднять напряжение на выходе больше 4.2V (вместо штатных 5V). Диод отсоединяем, отковыривая резистор R4 с обратной стороны платы.
Также на входы распаяны игрушечные нагрузки (терморезистор, фоторезистор, ещё что-то), отсоединяем их, убирая перемычки, чтобы не мешались.
С интерфейсом к arduino есть нюанс — нам нужно 2 канала ЦАП, соотвественно 2 модуля, но у них одинаковые адреса I2C (зашиты в чип). Хотя чип позволяет менять свой I2C адрес, замыкая определенные ноги на +5V вместо земли, на плате эти перемычки не разведены. Вместо перепайки возьмем костыль — две разные библиотеки I2C на arduino (стандартная Wire и SoftI2CMaster), каждая на свою пару пинов. Получаем модули на разных шинах, конфликт пропадает.
Остальное прямолинейно — ставим модули в разрыв цепи от датчиков, соединяем с arduino, загружаем скетч. Подробности по распиновке подключения есть в комментариях в скетче. Остается включить всё в сборе, здесь важна последовательность:
На сегодня всё, на очереди доработка софта (интеграция с CAN шиной, чтение оттуда текущего угла поворота и динамическое управление крутящим усилием, чтобы внешний контроллер мог задать фиксированный угол поворота руля и система его выдерживала), отработка на автомобиле (на стенде не смоделируешь сопротивление от колёс). Возможно замена 8-битных ЦАП/АЦП на 10 или 12 бит (взял первое, что под руку попалось). Рулящая нейросеть тоже в процессе, надеюсь скоро сделать пост.
Спасибо Artemka86 за ценные консультации по работе с CAN и помощь с оборудованием.
Ресурсы для дальнейшего погружения
Бонус. Совмещаем Raspberry Pi и Arduino CAN shield
Прежде всего, внимание, CAN шилд и raspberry pi нельзя соединять напрямую, они не совместимы по напряжению. На Arduino UNO-совместимых платах напряжение логики 5V, а на raspberry pi только 3.3V, поэтому прямое соединение только сожжет задействованные пины.
Нужно завести на CAN шилд питание (5V), соединения интерфейса данных SPI (4 пина: MOSI, MISO, SCLK, CS) и 1 пин сигнала прерывания. Всё, кроме питания, идет через преобразователь уровня, который в свою очередь тоже надо запитать.
На схемах ищем нужные пины.
Соединяем через преобразователь, заводим нужные напряжения питания на каждую сторону преобразователя, получается такая лапша:
Всё, кроме 5V питания и земли на шилд идёт через преобразователь:
Переходим к настройке софта (стандартный Raspbian).
Включаем поддержку SPI и CAN модуля. В /boot/config.txt добавляем
Перезагружаем raspberry pi, проверяем соединение с шилдом:
Запускаем виртуальный сетевой интерфейс:
Вторая команда важна при воспроизведении большого количества данных с raspberry pi, то есть когда записанный на автомобиле полный лог CAN шины воспоизводим для изолированного узла на стенде. Без увеличения буфера он скорее всего переполнится, когда в логе встретится несколько CAN пакетов с маленькими интервалами, и тогда соединение зависнет.
Steer-by-wire: An innovative steering system
What is steer-by-wire?
As the name suggests, steer-by-wire refers to a system that uses cables and wiring to electronically perform steering operations in a vehicle. In such a setup, there is no longer any mechanical connection between the input component for steering (e.g. the steering wheel) and the vehicle’s wheels. Instead, all steering commands are transmitted electrically by a control unit to a motor that then executes the steering movement, thereby causing the wheels to turn in a corresponding manner.
The elimination of the steering column will not only enable the development of new vehicle-interior concepts for passenger cars in the future; it will also free up space for additional sensors and other control units that simplify autonomous and/or remote-controlled vehicle operation.
Put simply,
steer-by-wire is an electronic steering system that can be used in a large number of applications.
How does steer-by-wire work?
How are directional commands sent to the CPU?
The directional input can be given in different ways:
Integrated steerable component
The component for directional commands can be integrated into the vehicle as a normal steering wheel. In this setup, the driver doesn’t need to get used to a new way to steer the vehicle.
A special aspect here involves the fact that the input device can theoretically be mounted on either the front left or the front right side of the vehicle. Moreover, because a steering column is not needed in a steer-by-wire system, no changes need to be made to the vehicle design in order to accommodate left or right side installation.
Remote-controlled steering
A vehicle equipped with the steer-by-wire system can be steered not only via a joystick or steering wheel but also remotely via radio. This option offers an extensive additional safety benefit, particularly in dangerous areas or on dangerous surfaces. Here, the vehicle is operated by means of a special remote control device or a tablet computer. This can be very helpful in the case of
As part of the Space Drive system, the steer-by-wire system is approved for road use.
How does electronic steering in the steer-by-wire system work?
The steering system
consists of several components.
All steering system components
are of the highest quality.
Interaction between them is perfect
in the steer-by-wire system,
thus ensuring safe and
precise steering at all times.
The steer-by-wire system consists of the following elements:
The head module processes signals sent by the input device (steering wheel, joystick, radio remote control) and transmits the signals in fractions of a second to servo motors that control steering movements.
The steering system can be precisely aligned with the customer’s needs and requirements, thus ensuring that customers are equipped with a unique and customized configuration for their electronic steering system.
The servo motors transmit the digital signals from the head module to the wheels, which then execute the desired steering movements.
High-quality / high-performance cables ensure rapid transmission of data. The highest possible degree of safety is guaranteed by the triple redundant transmission of commands.
Provides a visual overview of processed commands, thereby ensuring additional safety.
Different input devices can be used to control the steering system. These include:
How safe is the steer-by-wire system?
As part of the innovative Space Drive system, the electronic steer-by-wire system is approved for road use. In other words, it is considered just as roadworthy and safe as a conventional passenger car steering system.
The steering system’s triple redundancy offers complete protection against system error and system failure. In this setup, all processes and commands
Many years of experience and continuous further development ensure a completely safe steering system
Over a period of several years, Paravan has accumulated nearly a billion kilometers of “by-wire” experience with its systems – and many hundreds of kilometers are added every day. By obtaining road approval for its “by-wire” systems, Schaeffler Paravan has overcome one of the remaining key obstacles that previously stood in the way of automated mobility applications. Our continued further development of these systems support many leading manufacturers in the automotive and automotive supplier industries with their own development of autonomous mobility solutions.
Extreme racetrack test with the steer-by-wire system
Our steer-by-wire system was tested on a racetrack in Oschersleben, Germany.
All test drivers said they felt very safe with our steering system, and they were also extremely satisfied with the results of the test
[Translate to English:]