基于某純電動平臺的線控系統(tǒng)開發(fā)

周羅善

上汽大眾汽車有限公司，上海 201800

0 引言

電子電器架構是整車廠的核心競爭力。對于一套成熟而穩(wěn)健的現(xiàn)有架構系統(tǒng)，滿足市場需求是其核心驅動力之一，越來越多的智能化功能引入，也推動著架構持續(xù)迭代更新，建成功能架構、系統(tǒng)架構、軟件架構的全方位架構研發(fā)體系是企業(yè)需要考慮的問題。

為了讓純電動車型能夠更好地服務于智能化產品定位，并積極響應國家政策，推薦相關企業(yè)選用新能源純電動車作為其業(yè)務范疇的落地車輛，同時將底盤動力性能優(yōu)勢和品牌優(yōu)勢最大化[1]。為了滿足自動駕駛、Robotaxi等業(yè)務，迫切需要開展線控系統(tǒng)的開發(fā)任務，從系統(tǒng)設計到架構集成，從網關路由到線控控制器[2]，實現(xiàn)完全自主開發(fā)，既借助大眾先進的平臺技術，又快速響應本地化開發(fā)的要求，在較短開發(fā)周期內，完成整套系統(tǒng)的開發(fā)與試驗[3]，為落地到量產車型上完成技術可行性評定。本文所開發(fā)的線控控制器滿足要求，并提升了線控系統(tǒng)的各項功能。

1 線控系統(tǒng)的開發(fā)

本文主要為了集成第三方公司的智能駕駛系統(tǒng)套件并提供線控系統(tǒng)指令集。開發(fā)過程嚴格遵循V模型開發(fā)流程。

1.1 需求分析

線控系統(tǒng)需要實現(xiàn)車輛的擋位、縱向和橫向的自動控制以及部分車身功能控制，如開啟遠光燈、警告燈、轉向燈、喇叭、雨刮等功能。

線控系統(tǒng)性能技術標準圍繞線控轉向、線控驅動和線控制動3個方面設計。

1.2 系統(tǒng)架構設計

該線控系統(tǒng)是基于大眾純電動車電子電器架構的升級改造[4]，設計方案如下：

(1)擋位控制：駕駛員操作換擋撥桿，之后發(fā)送目標擋位請求及換擋桿動作信號到動力域控制器，其實現(xiàn)換擋邏輯處理并發(fā)出實際擋位控制信號，從而完成換擋操作。

(2)轉向控制：借助原車PLA功能，控制器結合轉向動力系統(tǒng)的狀態(tài)計算轉向算法，再發(fā)送轉向請求報文到轉向動力系統(tǒng)，實現(xiàn)轉向角度控制。

(3)縱向控制：借助原車ACC功能，開啟后以及動力系統(tǒng)狀態(tài)滿足要求后[5]，會發(fā)送加、減速度控制報文到動力域控制器和ESP等車控單元[6]，實現(xiàn)車輛加速和減速控制。

(4)輔助功能控制：駕駛員操作相應開關，借助原車舒適系統(tǒng)控制器發(fā)送控制信號，實現(xiàn)遠近光燈、雨刮、喇叭、轉向燈和警告燈開啟控制。

基于以上分析，擬定線控系統(tǒng)的架構集成拓撲方案，其中核心技術是符合實時要求的線控控制器，命名為GPSG，并對整車網絡拓撲進行重構：

(1)將轉向助力系統(tǒng)進行Bypass處理，實現(xiàn)GPSG直接向其發(fā)送轉向控制報文；

(2)將動力控制器進行Bypass處理，實現(xiàn)GPSG直接向其發(fā)送擋位請求報文及剎車狀態(tài)等報文；

(3)將轉向柱開關(帶擋位)控制器進行Bypass處理，實現(xiàn)原車擋位請求報文過濾，并模擬發(fā)送燈光、喇叭、雨刮控制相關的CAN報文；

(4)將原車多用途組合開關進行Bypass處理，實現(xiàn)警告燈控制的LIN報文過濾和模擬。

通過線控控制器的線控算法設計和報文轉發(fā)邏輯，梳理出每路CAN、LIN通道信號，如圖1所示。這里定義給第三方通信的CAN通道命名為AI-CAN。最終生成各路信號的DBC和LDF數據文檔，作為下一階段軟件開發(fā)的輸入文件。

圖1 系統(tǒng)信號(局部)梳理

1.3 線控控制器開發(fā)

根據前文的架構設計，得出線控控制器硬件架構如圖2所示，MCU選擇Renesas RH850，支持8路CAN/CANFD通道，4路LIN通道(其中2路預留)，2路高低邊驅動(用于剎車燈硬線控制)和電源管理模塊。為提高硬件可靠性，芯片和接插件均按照車規(guī)要求選型。

圖2 線控控制器硬件架構

為提高嵌入式軟件開發(fā)質量，縮短開發(fā)周期，軟件架構直接采用主流Classic AUTOSAR，本文選用Vector Classic AUTOSAR V4.0(滿足ASIL B等級)。線控控制器軟件架構如圖3所示。基礎軟件由AUTOSAR BSW配置完成，并設計報文路由；應用層軟件包括休眠喚醒、線控轉向、線控換擋、線控驅動/制動、車身開關控制、模式切換、警告燈控制。

圖3 線控控制器軟件架構

1.3.1 報文路由功能

報文路由是GPSG控制器的重要功能?？紤]到原車轉向、動力系統(tǒng)進行了Bypass處理，其處理的報文均須通過GPSG路由，且整車狀態(tài)信息需要實時路由，如圖4所示。

圖4 報文路由示意

報文路由功能涉及CAN、CAN If、PDUR模塊的配置。CAN模塊配置硬件驅動，波特率采樣率與接入的整車CAN總線保持一致，設置過濾規(guī)則，屏蔽無效報文。CAN If模塊管理各路CAN接收和發(fā)送的PDU。PDUR模塊配置路由規(guī)則，PDU Routing Type設置為GATEWAY_ROUTING，實現(xiàn)報文一對一、一對多發(fā)送。

1.3.2 線控轉向功能

線控轉向借助PLA輔助駕駛功能完成對方向盤的控制。該功能模塊將期望轉角換算成曲率，發(fā)送模擬轉向控制報文，其流程如圖5所示。

圖5 線控轉向流程

1.3.3 線控驅動/制動功能

線控驅動/制動借助原車ACC和AEB功能來制定，進入自動駕駛模式時，需開啟ACC功能。ACC可實現(xiàn)車輛加減速功能，其流程如圖6所示。

圖6 線控驅動/制動流程

當減速度較大時，啟動AEB功能，其狀態(tài)切換如圖7所示。

圖7 AEB狀態(tài)切換

1.3.4 線控換擋功能

線控換擋通過模擬報文實現(xiàn)，換擋流程如圖8所示。 其中進出P擋條件比較嚴苛，需要其他信號同步變化。為保證安全，起步階段不解鎖自動切出P擋功能。

圖8 線控換擋流程

1.3.5 自動駕駛模式切換功能

當前的系統(tǒng)狀態(tài)機存在3種模式：Manual(手動駕駛)、AI(自動駕駛)和Safe(安全過渡)，模式狀態(tài)轉換條件如圖9所示。 Safe模式下自動打開警告燈，提示安全員接管，接管前仍然響應AI指令。

圖9 模式狀態(tài)轉換條件

1.3.6 警告燈控制

警告燈控制功能：當接收到AI警告請求時，打開警告燈；AI模式下檢測到車輛故障，切換至Safe模式，警告燈自動開啟。功能比較單一，但是實現(xiàn)方法與其他模塊不同，采用兩路LIN(Master/Slave)通道傳遞報文。

1.3.7 休眠喚醒功能

休眠機制：KL15下電，控制器所有模擬報文停止發(fā)送，網關進入報文路由與總線監(jiān)控狀態(tài)，當各路總線進入靜默狀態(tài)，控制器延遲500 ms后休眠。

喚醒機制：CAN總線接收到任何報文后控制器喚醒。

1.4 線控系統(tǒng)測試

按照線控控制器功能要求，使用CANoe CAPL來編寫測試用例，可對各項線控功能進行單獨測試，測試界面如圖10所示。

圖10 線控功能測試界面

功能區(qū)1：模式切換測試。點擊Manual切換至手動模式(default)，點擊AI發(fā)出自動模式請求。

功能區(qū)2：線控換擋測試。選擇目標擋位(PRND)，勾選Gear Control Enable，發(fā)出換擋請求。PRND按鈕會根據反饋信息顯示真實擋位。換擋成功后需撤銷使能信號。

功能區(qū)3：線控轉向測試。輸入轉向角步長，勾選Steer Ctrl Enable，點擊“l(fā)eft”或“right”按鈕，發(fā)出轉向請求。界面會根據反饋信息顯示真實轉向角，由此評判轉向角偏差。

功能區(qū)4：線控驅動/制動測試。在“Drive”欄輸入加速度(正值)，勾選Drive Control，車輛進入加速狀態(tài)，在“Brake”欄輸入減速度(負值)，勾選Brake Control，車輛進入減速狀態(tài)。在“AEB”欄輸入減速度值，勾選AEB Ctrl Enable，車輛進入緊急剎車狀態(tài)。

功能區(qū)5：車身控制測試。點擊不同按鈕可對燈光、喇叭、雨刮、警告燈均可獨立進行測試。

1.5 整車集成驗證

系統(tǒng)集成測試通過一套PAD 駕駛模擬器來完成，用戶操作PAD即可實現(xiàn)對整車控制。整車集成驗證如圖11所示，模擬器通過WiFi與車內線控控制器互聯(lián)，從而實現(xiàn)遠程驗證。

2 線控安全機制

線控系統(tǒng)開發(fā)項目的核心工作必須圍繞安全機制展開，從系統(tǒng)設計到控制器開發(fā)，從需求分析到整車驗收。為了保證線控網關控制器能夠安全可靠地執(zhí)行功能、錯誤處理、故障反饋等工作[7]，本文對GPSG進行了FMEA分析、梳理安全機制、冗余、故障反饋等方面的考慮，最終在方案設計、軟硬件開發(fā)和驗證方面進行了落實。所采取的具體措施如下：

(1)針對系統(tǒng)方案，采用獨立的兩路CAN總線進行硬件冗余，保證系統(tǒng)輸入和輸出信息更加安全可靠。

(2)針對硬件，面向量產要求設計，具備安全相關的時鐘監(jiān)控、電源模塊監(jiān)控、硬件看門狗等安全監(jiān)控機制。

(3)針對安全相關的信號，為實現(xiàn)End2End的保護機制，采用了CRC-8算法、Counter計數以及報文超時處理機制，能夠達到ASIL-B及以上通信安全級別。

(4)針對軟件開發(fā)模塊，基于Classic AUTOSAR框架開發(fā)，基礎軟件滿足ASIL B等級，完成應用軟件(SWC)進行靜態(tài)代碼掃描(MISRA C規(guī)則檢測)和單元測試，考慮功能錯誤處理機制，如功能降級和警告提醒，從AI模式主動切換到手動模式以及故障報警，提示駕駛員接管。

(5)針對測試驗證，進行了大量的HIL測試和實車測試，包括CAN報文路由的壓力測試。

3 結束語

線控系統(tǒng)將圍繞與智能駕駛系統(tǒng)套件、座艙游戲等第三方技術方案的集成和調試，面對各類智能化應用場景的要求和約束進行聯(lián)合開發(fā)與調試，希望在更多的實踐開發(fā)中優(yōu)化和提升線控系統(tǒng)的功能和性能，為智能網聯(lián)技術的發(fā)展添磚加瓦。