隨著科技的發(fā)展，人們對汽車的需求也逐漸提高。在眾多的汽車技術(shù)中，自動駕駛技術(shù)可以說是其中最炙手可熱的一個領(lǐng)域。而實現(xiàn)自動駕駛，線控底盤技術(shù)則是關(guān)鍵的一環(huán)。

PART 01 什么是線控底盤？

       線控底盤技術(shù)就是把剎車、油門、轉(zhuǎn)向、懸掛等關(guān)鍵部分，從傳統(tǒng)的整體機械硬連接，變成了通過電線連接的線控設(shè)計，通過電信號的傳遞來完成車輛的橫向和縱向控制。

PART 02  自動駕駛的基石——線控底盤應(yīng)用背景

1、改裝式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工序復(fù)雜，可靠性低

       普通底盤的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)改裝，需要經(jīng)由拆解、管柱切割、驅(qū)動機構(gòu)焊接、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)等步驟；難以避免加工周期長、工序復(fù)雜、可靠性低、精度差等特點。

2、真空助力式制動系統(tǒng)，線控改裝難度高

       常見的制動系統(tǒng)線控化改裝，一是利用商用ESC泵來提供主動增壓制動；一是利用直線性推桿模擬制動踏板動作提供增壓制動。兩種改裝方案均基于原有設(shè)備，壽命短、可靠性低，無法適應(yīng)自動駕駛車輛長時間、滿負荷運行的需要。

3、電機控制器接口多樣，無總線控制能力

       要實現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)的總線化控制，必須將電機控制器的控制接口實現(xiàn)總線化管理；傳統(tǒng)的工控機+單片機擴展板的方案，接線復(fù)雜，安裝困難，難以實現(xiàn)接口標準化、開發(fā)平臺化，運行穩(wěn)定化。

4、車上電氣開關(guān)雜亂，無統(tǒng)一線控接口

       目前鮮見全車電氣總線化控制，其原因在于工控機IO口數(shù)量有限，電平標準單一，無法將多個開關(guān)接入工控機。

       由于線控系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)的機械連接，取而代之的是傳感器、控制單元及電磁執(zhí)行機構(gòu)，所以具有安全、響應(yīng)快、維護費用低、安裝測試簡單快捷的優(yōu)點。

       但是線控制動系統(tǒng)作為電動汽車的核心部件，涉及制動、能量回收、自適應(yīng)巡航和自動緊急剎車等多項功能，對整車的經(jīng)濟性、舒適性及安全性有著緊密的聯(lián)系，因此必須在車輛研發(fā)階段對其進行充分的測試。硬件在環(huán)測試系統(tǒng)，通過仿真模擬與線控制動系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的零件并與線控制動系統(tǒng)進行信息交互，可以實現(xiàn)對線控制動系統(tǒng)全場景、全功能的自動化快速測試，及時發(fā)現(xiàn)軟件的缺陷，減少實車驗證時間，確保軟件功能符合設(shè)計要求。

       針對智能化汽車研發(fā)與測試，以中科深谷核心產(chǎn)品CSPACE-RT為仿真控制平臺構(gòu)建基于模型設(shè)計的仿真與測試一體化應(yīng)用平臺，結(jié)合各種先進虛擬仿真系統(tǒng)，建立先進汽車控制系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)體系、軟硬件在環(huán)測試與系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)，滿足多傳感器、多車型、多主機廠等用戶開發(fā)、測試需求。

圖|系統(tǒng)+汽車行業(yè)解決方案

       智能駕駛功能開發(fā)與測試包含建立測試場景部分、車輛動力學(xué)模型部分、ADS 智駕應(yīng)用層算法、VCU 整車控制、臺架及電氣設(shè)備。

圖|系統(tǒng)+智能駕駛

PART 03 中科深谷智能駕駛HIL仿真測試在智駕開發(fā)中的應(yīng)用

       測試場景是開展自動駕駛汽車測試評價的重要前提，基于場景的自動駕駛汽車測試方法是實現(xiàn)加速測試、加速評價的有效途徑。由于真實交通場景復(fù)雜多變，場景特征要素需求尚未清晰，難以實現(xiàn)測試場景全覆蓋。因此，基于道路交通規(guī)則和交通安全現(xiàn)狀，需要結(jié)合典型的道路交通情景、道路交通事故、道路交通違法等真實駕駛場景，設(shè)計一種測試場景自動重構(gòu)方法，通過解構(gòu)真實場景并自由多種組合場景要素從而構(gòu)建更豐富的測試場景。

智能駕駛HIL仿真測試解決方案

01  測試模式一

       由高性能場景主機+ADS 域控制器+VCU 整車控制器+實時系統(tǒng)+實車臺架形成大閉環(huán) HIL 測試臺架，在高性能場景主機里通過 Prescan 軟件搭建 ADAS 測試場景，并將環(huán)境感知信息通過以太網(wǎng)輸出給 ADS 域控制器，ADS 域控制 器通過 CAN 信號將控制指令傳送至 VCU，VCU 按照指令驅(qū)動臺架執(zhí)行相關(guān)控制，并收集反饋信號后通過 CAN 信號發(fā)送至 CSPACE 實時系統(tǒng)，CSPACE實時系統(tǒng)根據(jù)實際臺架執(zhí)行響應(yīng)調(diào)整自車動力學(xué)屬性，并通過以太網(wǎng)反饋至高性能場景主機以改變當(dāng)前車輛運動姿態(tài)。此模式根據(jù)真實硬件執(zhí)行情況作為智駕功能開發(fā)測試依據(jù)，可以更加準確地標定功能算法。

*轉(zhuǎn)向模型和實際轉(zhuǎn)角可分別參與仿真。

模式一功能：（用例場景實現(xiàn)自車的橫向變道以及跟車減速）

功能場景：高速行車三車道場景，右前車道有輛速度慢于自車的行駛車輛。（具有高速公路定義、交通參與車輛定義，輸出目標級交通車輛信息、定位信息通過以太網(wǎng)通訊給 ADS）；

ADS 通過以太網(wǎng)接收傳感器采集的數(shù)據(jù)，建立當(dāng)前自車周圍環(huán)境模型，然后計算運行 op-planner 規(guī)劃算法，開放碰撞條件判斷及 cost 函數(shù)設(shè)計接口，進行軌跡簇篩選，計算出自車運行控制的車速以及轉(zhuǎn)角控制值，通過 CAN 總線通訊傳傳輸車速及目標轉(zhuǎn)角至 VCU；

VCU 接收到 ADS 的控制指令后，進行底層線控控制臺架驅(qū)動、制動控制等執(zhí)行（（真實制動壓力閉環(huán)及目標轉(zhuǎn)角閉環(huán)，開放車速閉環(huán)及轉(zhuǎn)角閉環(huán)控制器接口）， 通過 CAN 總線與 CSPACE 實時系統(tǒng)通訊。同時CSPACE實時機運行轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型、驅(qū)動負載模型、接受壓力閉環(huán)數(shù)據(jù)至制動輪缸模型，實時反饋車輛位置和姿態(tài)，并通過以太網(wǎng)通訊與場景主機通訊，將自身車輛狀態(tài)反饋至場景主機，實現(xiàn)場景里自車的橫向變道和減速動作。

02  測試模式二

      由高性能場景主機+ADS 域控制器+VCU 整車控制器+NI 實時系統(tǒng)可形成閉環(huán)的 PIL 測試臺架，根據(jù)CSPACE實時系統(tǒng)車輛動力學(xué)模型反饋結(jié)果可快速驗證智駕應(yīng)用層算法和 VCU 控制算法。

模式二功能： 

功能場景：低速園區(qū)場景（具有場景定義、交通參與車輛、行人定義，輸出激光雷達點云數(shù)據(jù)、定位信息通過以太網(wǎng)通訊給 ADS），；

智駕功能算法：ADS 運行 NDT 建圖定位算法，柵格地圖導(dǎo)入，運行 A*算法，開放控制接口，運行預(yù)瞄控制算法，開放預(yù)瞄距離及 PID 控制參數(shù)設(shè)置，通過 CAN 總線通訊傳傳輸車速及目標轉(zhuǎn)角至 VCU；

執(zhí)行控制算法：VCU 進行底層線控控制（目標制動壓力閉環(huán)及目標轉(zhuǎn)角閉環(huán)，開放車速閉環(huán)及轉(zhuǎn)角閉環(huán)控制器接口），通過 CAN 總線與 CSPACE實時系統(tǒng)通訊；

實時動力學(xué)：運行制動系統(tǒng)模型、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型、接受 VCU 制動壓力及轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩控制指令，實時反饋車輛位置和姿態(tài)，通過以太網(wǎng)通訊與場景主機通訊。

03  測試模式三

       由高性能場景主機+VCU 整車控制器+CSPACE實時系統(tǒng)可形成閉環(huán)的 PIL 測試臺架，高性能場景主機運行 CarSim 場景以及智駕功能算法，VCU 做車輛控制算法，CSPACE實時系統(tǒng)車輛動力學(xué)模型反饋響應(yīng)結(jié)果至高性能主機和 VCU 控制器。

模式三功能：

功能場景：Carsim 動力學(xué)場景（麋鹿測試場景、車速、橫擺角速度、側(cè)向加速度、轉(zhuǎn)角通過 CAN 通訊給 VCU）；

執(zhí)行控制算法：ESC 汽車電子穩(wěn)定程序算法，開放理想橫擺角速度模型、DYC 直接橫擺力矩控制模型及制動力分配模型，（目標制動壓力閉環(huán)），通過 CAN 總線與 CSPACE實時系統(tǒng)通訊；

實時動力學(xué)：運行制動系統(tǒng)模型、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型、接受 VCU 制動壓力，實時反饋車輛位置和姿態(tài)，通過以太網(wǎng)通訊與場景主機通訊。

04   測試模式四

        由高性能場景主機+ADS 域控制器可形成閉環(huán)的 PIL 測試臺架，高性能場景主機運行智能駕駛功能場景和車輛運動模型，ADS 域控制器做智駕功能控制算法。即 ADS 域控制器根據(jù)智駕功能做出控制指令后，輸出給場景里自車運動模型。

功能場景：低速園區(qū)場景（具有場景定義、交通參與車輛、行人定義，輸出激光雷達點云數(shù)據(jù)、定位信息通過以太網(wǎng)通訊給 ADS），；

智駕功能算法：ADS 運行 NDT 建圖定位算法，柵格地圖導(dǎo)入，運行 A*算法，開放控制接口，運行預(yù)瞄控制算法，開放預(yù)瞄距離及 PID 控制參數(shù)設(shè)置，通過 CAN 總線通訊控制 prescan 車輛運動學(xué)模型。

05  測試模式五

       由高性能場景主機+VCU 整車控制器+實時系統(tǒng)+實車臺架+駕駛員形成駕駛員在環(huán)閉環(huán) HIL 測試臺架。駕駛員操作實車臺架執(zhí)行部件，VCU 采集選換擋、油門踏板、制動踏板等指令信號，CSPACE實時系統(tǒng)采集制動壓力，方向盤轉(zhuǎn)角等信號，并建立車輛動力學(xué)模型，反饋至高性能場景主機，將駕駛員真實駕駛意圖融入至仿真場景中。

模式五功能： 

功能場景：高速行車場景（具有高速公路定義、交通參與車輛、行人定義）；執(zhí)行控制算法：VCU 采集座艙方向盤、檔位、油門及制動輸入，通過 CAN總線將開環(huán)數(shù)據(jù)接口傳遞給實時動力學(xué)模型；

實時動力學(xué)：運行轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型、驅(qū)動負載模型、接受壓力閉環(huán)數(shù)據(jù)至制動輪缸模型，實時反饋車輛位置和姿態(tài)；通過以太網(wǎng)通訊與場景主機通訊；

測功機：實時進行驅(qū)動負載加載，CSPACE實時主機通過 CAN 總線與負載系統(tǒng)通訊。

HIL仿真測試系統(tǒng)的優(yōu)勢

1、場景搭建便捷：應(yīng)用Driving Scenario Designer、RoadRunner快速搭建仿真場景。

2、車輛動力學(xué)真實：應(yīng)用CSPACE快速原型建立實時仿真系統(tǒng)。

PART 04  基于CSPACE實時仿真控制系統(tǒng)的分布式智能線控底盤平臺VCU整車控制、動力系統(tǒng)、線控轉(zhuǎn)向.....全開源！

       分布式智能線控底盤平臺基于CSPACE實時仿真控制系統(tǒng)，主要用于無人駕駛驗證，模擬各種車輛在不同的路況、交通環(huán)境下的駕駛情況，以及對車輛運動控制技術(shù)或控制算法的仿真和驗證。該平臺具備高可靠性、高靈活度、跨運行平臺的特點。VCU整車控制、動力系統(tǒng)、主動剎車、線控轉(zhuǎn)向、電池管理，全開源開發(fā)！可以定制的四驅(qū)四轉(zhuǎn)移動機器人、麥克拉姆輪機器人等平臺，還可用于機器人微專業(yè)建設(shè)、研究生聯(lián)合培養(yǎng)、研電賽等需求。

圖 | M2型線控底盤

M2型線控底盤主要特點

1、四輪驅(qū)動，前后獨立轉(zhuǎn)向

2、前后液壓盤式制動器，后輪電子卡鉗駐車

3、框架式車架、模塊化設(shè)計、線控設(shè)計

4、車規(guī)級CAN 2.0通訊（協(xié)議定制）

5、配置線控底盤控制器，提供底盤的安全及功能協(xié)調(diào)控制

6、車規(guī)級高低壓線束布置

7、車規(guī)級動力鋰電池、高效電池管理系統(tǒng)

8、充電機、DCDC

9、預(yù)留上裝設(shè)備接入接口（通訊、電源）

PART 05  應(yīng)用領(lǐng)域案例展示

1、自動駕駛物流車（園區(qū)物流）

3、自動駕駛觀光車

       隨著汽車向電動化、智能化方向發(fā)展，汽車的電子部件會越來越多，測試精度、覆蓋度及測試周期的要求也會越來越高，因此開發(fā)硬件在環(huán)測試十分必要。而中科深谷CSPACE實時仿真控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，使研發(fā)工程師在實際項目驗證過程中，大大的縮短了項目的開發(fā)周期，減少實車驗證時間。

       中科深谷長期扎根于產(chǎn)業(yè)，聚焦機器人核心器件研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，同時立足教育、深化產(chǎn)教融合，致力于創(chuàng)新探索新技術(shù)與新工科產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)融合和內(nèi)在機理。為高校提供教學(xué)實訓(xùn)裝備、實驗室建設(shè)、產(chǎn)學(xué)研合作、師資培訓(xùn)、專業(yè)建設(shè)、課程資源開發(fā)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等一體化服務(wù)。未來，中科深谷將持續(xù)研發(fā)創(chuàng)新，將新能源汽車等產(chǎn)業(yè)裝備設(shè)備的硬件、軟件、算法等開源開放出來，努力推動教育與產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展！