摘 要：實現(xiàn)整車ADAS功能，需要電動助力轉向系統(tǒng)能夠滿足ADAS上位機請求的相關要求，由于ADAS上位機開發(fā)周期較長，往往在首次裝車時無法搭載，影響了電動助力轉向系統(tǒng)的ADAS性能初步調試工作的開展及后續(xù)ADAS整車聯(lián)調的進度。因此，本文研究并提出了一種聯(lián)合Simulink和CANoe的汽車電動助力轉向系統(tǒng)的ADAS性能測試方法。由于單存采用CANoe CAPL編程模塊，難以對于較復雜的傳遞函數(shù)進行編程輸出，因此本文提出了根據(jù)測試項目通過用Simulink軟件建立測試環(huán)境，聯(lián)合CANoe接口進行CAN報文輸出至整車網絡的方式，實現(xiàn)EPS ADAS的測試驗證。

關鍵詞：電動助力轉向 ADAS CANoe Simulink 測試方法

0 引言

隨著汽車輔助駕駛功能滲透率逐年提高，ADAS功能已經逐步被用戶所接受，從最初僅作為可有可無的錦上添花的配置，轉變?yōu)樵黾玉{駛舒適性、安全性的不可或缺的功能。隨之帶來用戶對ADAS性能要求的快速提高。特別是橫向控制方面，由最初的僅能實現(xiàn)車道保持，升級為可自動變換車道超車，緊急避讓前車等等。隨著功能的升級，對于橫向執(zhí)行器即電動助力轉向系統(tǒng)（ElectricPower Steering， EPS）的響應性能提出了更高的要求。整車ADAS功能開發(fā)過程中，EPS和ADAS上位機由不同供應商團隊同步開發(fā)，開發(fā)周期不同，EPS往往在首次裝車時即可完成ADAS功能軟件的開發(fā)并搭載，但是ADAS上位機軟件需要更長的時間進行開發(fā)，在首輪裝車時難以同步搭載。因此，EPS難4c43e9b5b28b29eabe33f1ad114f6373以在早期進行充分的ADAS性能調試，開發(fā)進度被拖后，只能在后期進行進度追趕，影響開發(fā)質量。

CANoe是Vector公司開發(fā)的汽車網絡測試軟件平臺，具備完善的CAN網絡測試能力及通訊節(jié)點的仿真能力，可以使用CANoe自帶的CAPL編程模塊結合Panel進行殘余節(jié)點的仿真，例如模擬ESP、VCU、ADAS等模塊發(fā)送相應的報文進行EPS相關功能測試。但對于一些復雜的傳遞函數(shù)，CAPL并不能便捷的進行描述及仿真發(fā)送，而Simulink作為一款強大的可視化仿真軟件，具備完善的模塊庫，能夠輕松的進行系統(tǒng)的仿真，故本文提出了一種測試方法：使用Simulink進行ESP、VCU、ADAS等EPS關聯(lián)控制器的模擬仿真，聯(lián)合CANoe接口及Vector CAN接口設備，與EPS單件或整車CAN網絡進行連接，實現(xiàn)EPS的ADAS功能、性能臺架調試、實車調試，減小開發(fā)周期、提升開發(fā)質量。

1 EPS響應ADAS請求的性能評價

ADAS對EPS的請求分為扭矩請求和轉角請求兩種方式，目前普遍認為轉角請求的控制精度要高于扭矩請求。其中轉角請求還分為方向盤轉角請求和車輪轉角請求兩種方式，對于車輪轉角請求方式，EPS需要根據(jù)隨方向盤轉角變化傳動比計算車輪轉角值。本文以車輪轉角請求方式進行描述，方向盤轉角請求類似。

對于請求的響應評價一般是利用階躍、斜坡、正弦轉角請求作為輸入，測試EPS實際執(zhí)行的情況。包含響應的時間、響應的精度、超調量、穩(wěn)定時間、對稱度等。以下基于某款SUV車型進行說明。

1.1 角度響應時間

角度響應時間定義為自ADAS向EPS發(fā)出恒定角度請求到車輪轉角有明顯變化的時間，如圖１所示。

角度響應時間的評價在低中高車速下，不同轉角請求下進行，如表1所示。

1.2 角度響應對稱性

角度響應對稱性定義為車輛在平坦路面以恒定的車速（如30km/h）行駛，ADAS向EPS分別發(fā)送左右各0.5°（1°，1.5°）的轉角請求，車輪角度穩(wěn)定后分別測向左向右的車輪轉角差異要求左右差值百分比小于5%。

1.3 角度回正對稱性

角度回正響應對稱性定義為車輛在平坦路面以恒定的車速（如30km/h）行駛，ADAS向EPS分別發(fā)送左右各0.5°（1°，1.5°）的轉角請求，車輪角度穩(wěn)定后逐漸減小請求角度，分別測向左向右的車輪轉角差異要求左右差值百分比小于5%。

1.4 EPS閉環(huán)性能

用如下二階傳遞函數(shù)來評價EPS響應ADAS請求的閉環(huán)特性：

其中特征頻率為ω0=2πf0，阻尼系數(shù)D，遲滯時間TD。標準響應參數(shù)：TD。=0.02s，f0，=2.5Hz，D=0.95，偏移量0°；快響應參數(shù)：TD。=0.01s，f0，=4Hz，D=0.9，偏移量0.02°；快響應參數(shù)：TD。=0.05s，f0，=2Hz，D=1，偏移量-0.02°。

基于斜坡轉角輸入的響應（圖2）和基于正弦轉角輸入的響應（圖3），EPS允許帶寬如圖陰影區(qū)域。藍色曲線為ADAS請求，黑色線為快響應線，粉色為標準響應線，紅色為慢響應線。

2 仿真測試

2.1 臺架搭建

EPS測試臺架硬件（圖4）主要由EPS安裝支架、扭矩傳感器、程控電源、磁粉制動器負載、Vector CAN接口卡組成。程控電源輸出可調電壓的電源給EPS作為常電，并分出帶有開關的線束至EPS IG輸入端口。CAN接口卡連接至EPS的CAN_H、CAN_L端。磁粉制動器作為負載連接至EPS輸出端。

2.2 CAN通訊矩陣DBC數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建

由于Simulink中的CANFD Pack和CANFD Unpack模塊需要導入DBC文件用于各報文信號封裝和解封，因此，首先根據(jù)EPS通信矩陣，利用CANoe附帶的CANdb++Editor 工具創(chuàng)建DBC文件：按照通信協(xié)議中定義，將EPS、ESP、ADAS、VCU的報文進行定義，包含報文ID、layout、信號起始、信號長度、最大值、最小值等。

2.3 Simulink仿真搭建

Simulink與CANoe接口卡的交互方式為：1）報文輸入方向：通過Packet Input將Vector的CAN Device對應通道接入，再連接至單個報文的CANFD Unpack模塊，將該報文各個信號進行解析并按單條信號輸出，而后就可以使用這些信號進行相應的處理；2）報文輸出方向：通過CANFD Pack將各個信號匯聚后打包，連接至Packet Output模塊輸出至Vector的CAN Device對應通道。本文基于此方式進行了輸入輸出的架構搭建。包含ESP、VCU、ADAS、EPS的解析和仿真發(fā)送，整體架構如圖5所示。

其中ADAS、ESP節(jié)點報文涉及E2E的CRC校驗，單獨做S函數(shù)結合E2E Data ID輸入實現(xiàn)。臺架試驗時，ADAS的轉角限值可通過轉角vs車速的一維圖表查表計算出來并輸出。（圖6）

ADAS響應的閉環(huán)性能評價，需要用傳遞函數(shù)、延遲、偏移組合實現(xiàn)。正弦波形一路輸入至ADAS CANFD Pack模塊直接輸出至CAN網絡上，三路分別輸入至用于計算標準響應、快響應、慢響應的計算模塊，同時將回讀到CAN網絡上的EPS轉角信號導入到同一個示波器上，這樣就可以直觀的觀察到EPS實際響應是否滿足ADAS的閉環(huán)性能要求。（圖7）

為便于對關聯(lián)控制器的輸入值進行設置及觀測，在Simulink中創(chuàng)建了相應的控制面板。（圖8）

2.4 測試驗證

將EPS安裝至測試臺架上，并通過程控電源給EPS供常電及IG電，Vector VN1640與EPS信號端連接，啟動Simulink仿真，待EPS的ADAS可控信號變?yōu)閍vailable（可控）后，將ADAS轉角請求切換為Active，轉角輸入切換至正弦輸入?？梢钥吹紼PS反饋進入ADAS激活狀態(tài)，并按照轉角請求進行動作。在Simulink示波器上可觀測到標準響應（紅色線）、快響應（紫色線）、慢響應（綠色線）和EPS實際轉角值（白色線）?？梢钥吹?，當前EPS的實際響應線在ADAS要求的包絡范圍內。此外，打開CANoe軟件，同步檢查Simulink仿真的各信號發(fā)送準確性。檢查完畢后，關閉部分關聯(lián)節(jié)點（ESP、VCU等），將VN1640連接至整車OBD口EPS對應的CAN網段上，進行實車ADAS響應測試。（圖9）

經驗證，該仿真架構能夠滿足測試需求，既可以驗證交互邏輯也可以進行性能測試。后續(xù)其它車型也可基于該模版、方法進行調整改進。

3 總結

本文通過對EPS ADAS功能的性能要求、測試驗證方法進行研究，針對較復雜的測試評價提出了一種驗證方式：通過Simulink對ADAS及周邊關聯(lián)控制器進行模擬仿真，結合Vector CAN接口，實現(xiàn)了ADAS、EPS的交互及響應性能測試驗證。該方式可以有效節(jié)省EPS的ADAS功能開發(fā)及標定周期，提升標定質量。基于臺架的測試驗證，甚至能在裝車之前，就對EPS進行初步調試，進一步壓縮開發(fā)周期。

參考文獻：

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