2. ZF底盘电控系统基础
ZF底盘电控系统是HIL验证的对象本体。做故障注入之前，必须先建立一张清晰的“信号地图”：谁采集、谁计算、谁执行、谁传输，以及某一环失效后整车会表现出什么。本节按底盘域控制器、传感器、执行器、总线通信、典型功能与失效影响五条线索展开，为后续故障注入用例设计提供对象基础。
一、底盘域控制器：从分布式ECU到域集中
传统底盘由多个独立ECU分管：ESP负责制动稳定性，EPS负责转向助力，悬架控制器负责减振，驻车制动单独控制。ZF新一代底盘系统（如采埃孚cubiX底盘域控制器）将这些功能收敛到一个域控制器中，统一协调纵向、横向、垂向三个方向的运动控制。其内部通常包含：
- 车辆状态估计模块：融合轮速、横摆角速度、加速度、方向盘转角，估计车速、质心侧偏角、路面附着系数等不可直接测量的状态量。
- 运动控制仲裁层：将驾驶员的踏板/转向请求与ADAS的纵向/横向请求进行优先级仲裁，输出统一的期望加速度、期望横摆力矩、期望减振力。
- 执行器协调层：把期望量分解为制动压力、驱动扭矩、转向角、阻尼电流等具体执行指令，并处理执行器能力边界与冲突。
对HIL而言，域控制器是被测件（DUT），其输入是传感器信号与总线报文，输出是执行器驱动指令。理解其内部分层，才能判断故障注入应打在“输入侧”还是“输出侧”。
二、传感器与执行器：信号链的两端
底盘传感器按测量对象可分为几类：轮速传感器（磁电式或霍尔式，输出频率与轮速成正比）、横摆角速度与纵向/横向加速度传感器（常集成在IMU中，输出CAN或PSI5信号）、方向盘转角传感器（SENT或CAN输出）、制动主缸压力传感器（模拟电压）、悬架高度传感器（模拟或PWM）。这些信号进入域控制器前，通常经过采样、滤波、量程校验和合理性检查。
执行器侧则包括：液压制动单元的电磁阀与泵电机、电子驻车制动卡钳电机、EPS助力电机、主动悬架电磁阀或CDC减振器电流驱动器。执行器多由PWM电流或占空比驱动，域控制器通过电流反馈或位置反馈形成闭环。
三、总线通信：CAN、CAN FD与FlexRay
底盘域内部及与整车之间主要依赖总线通信。常见组合是：
- CAN FD：用于域控制器与ESP、EPS、悬架ECU之间的高速控制报文，数据场可达64字节，适合传输多路状态量。
- FlexRay：部分高端底盘用于时间触发的高确定性通信，周期固定，适合线控转向、线控制动等安全相关信号。
- CAN：用于车身、诊断、网关转发等非实时或低带宽场景。
每条报文都有周期、发送节点、信号布局（DBC定义）和超时监控。域控制器对关键报文设置E2E保护（CRC校验+计数器+数据ID），一旦校验失败或计数器不连续，即判定通信故障并进入降级策略。这正是通信类故障注入的核心依据。
四、典型底盘功能与失效影响
把功能与失效对应起来，是设计故障注入用例的关键。下表给出几个典型功能的失效链示例（参数为教学示例，非实测值）：
| 功能 | 关键输入 | 关键输出 | 典型失效 | 整车表现 |
|---|---|---|---|---|
| ABS防抱死 | 四轮轮速 | 制动压力调节 | 单轮轮速信号丢失 | 该轮制动压力保持，制动距离变长，ABS灯亮 |
| ESC车身稳定 | 横摆角速度、方向盘转角、轮速 | 单轮制动+扭矩请求 | 横摆传感器漂移 | 误触发单侧制动，车辆跑偏 |
| EPS转向助力 | 方向盘扭矩、转角、车速 | 助力电机电流 | 扭矩信号跳变 | 助力突变，方向盘抖动或沉重 |
| 主动悬架 | 车身高度、加速度 | 减振器电流 | 高度传感器卡滞 | 悬架保持错误高度，舒适性下降 |
可以看到，失效影响往往不是“功能消失”，而是降级、误动作或进入安全状态。HIL验证的目标，就是确认域控制器在故障注入后是否在规定时间内检测到故障、是否正确进入预设降级模式、是否向整车发出正确的故障指示。
五、信号链与故障注入点总览
下图把上述对象串成一条完整的信号链，并标出HIL中常见的故障注入位置。图中左侧为传感器与总线输入，中间为域控制器内部处理，右侧为执行器输出，底部为监控与降级路径。
图中三个红色/紫色标记对应HIL中最常用的三类注入点：①传感器信号层（如把某轮轮速改为0或叠加噪声）、②执行器回路层（如断开EPB电机回路模拟开路）、③总线通信层（如停止发送某条CAN FD报文或篡改CRC）。注入后，观测点集中在域控制器的故障监控与降级策略输出：DTC是否置位、降级标志是否激活、执行器指令是否切换到安全值。