项目五任务3：线控制动系统通信协议测试-学生手册

任务5.3线控制动系统通信协议测试-学生手册【任务导入】当你坐在汽车驾驶座上，手握方向盘，眼前的路况如同一幅画卷展开。但你是否想过？车辆是如何保证安全和稳定性的呢？靠的是线控制动系统，线控制动系统通过一系列精密的通信协议确保车辆在你的控制下运行平稳。线控制动系统从航空技术领域引入，在线控底盘技术中是难度最高的，但也是最关键的技术，线控制动系统掌控着自动驾驶的底盘安全性和稳定控制。假设你是某家线控底盘解决方案供应商的测试工程师，需要到现场完成低速无人物流车线控制动系统的调试工作，你应该如何完成任务呢?SHAPE提示：此次任务我们将模拟不同驾驶场景和车辆状态，通过发送和接收各种指令和数据包，来检验通信协议在不同情况下的表现。提示：此次任务我们将模拟不同驾驶场景和车辆状态，通过发送和接收各种指令和数据包，来检验通信协议在不同情况下的表现。

【学习目标】素质目标了解制动系统的接口要求，培养学生严谨的学习态度；将6S管理规范意识升华成工作习惯，保持工作环境的整洁和有序；培养学生敢于实操，勇于实践的良好品质。知识目标能解析说明线控制动系统CAN测试软件向CDC发送的制动控制通信协议[K71]；能解析说明线控制动系统CDC向CAN测试软件发送的制动反馈通信协议[K72]；能力目标能使用CAN测试工具，对线控制动通信协议进行CAN报文测试[A65]；能使用上位机对线控制动通信协议进行可视化测试[A66]。【知识准备】一、线控制动系统的接口要求目前在线控制动系统领域，各大供应商建立自己的通讯协议，自成体系、兼容性差。因此，为增强线控转向及制动系统的通用性和兼容性，减少主机厂与供应商间的协议适配工作，降低生产和运营成本，推动线控系统的技术进步及其在自动驾驶汽车应用。2022年12月30日，在中国汽车工程学会的指导下，由百度Apollo和国汽智联牵头，联合多家高校、供应商、主机厂和检测机构共同起草的《自动驾驶乘用车线控底盘性能要求及试验方法》系列团体标准正式发布。作为行业首个线控底盘系列标准，该系列标准规定了自动驾驶乘用车线控制动系统的一般要求、性能要求及试验方法。该系列标准适用于3级及4级自动驾驶乘用车前轮线控制动系统在附着良好路面工况下的开发和测试，其评价数据可来源于车载信息与控制系统。该系列标准规定了线控制动系统和自动驾驶控制器之间的接口信号应满足REF_Ref162878811\h表5-3-1要求:表5-3-SEQ表_5-3-\*ARABIC1线控制动系统信号接口要求类型信号内容信号采集精度单位默认线控制动系统控制信号减速度/制动踏板开度/速度0.1/0.5/0.1m/s2/%/km/h舒适制动使能信号--紧急制动使能信号--驻车控制信号--反馈信号车速信号0.1km/h轮速信号0.1km/h制动开关信号-制动系统可用状态信号-减速度信号0.1m/s2制动系统故障状态信号--备份线控制动系统控制信号减速度/制动踏板开度/速度0.1/0.5/0.1m/s2/%/km/h舒适制动使能信号--紧急制动使能信号--驻车控制信号--反馈信号车速信号0.1km/h轮速信号0.1km/h制动开关信号--制动系统可用状态信号--减速度信号0.1m/s2制动系统故障状态反馈--在某些自动驾驶场景中需要信号冗余以提高安全性，该系列标准考虑到不同厂家和车型对信号冗余的要求不同，未为每个信号定义对应的冗余信号，在实际使用中可以根据需要增加冗余信号。

二、线控制动系统的CAN报文通信协议1.底层CAN网络与USERCAN网络设计底层CAN网络与USERCAN网络设计通过VCU将车辆底层与控制层CAN网络隔离。车辆底层可设置成为私有CAN，保护车身网络数据，其中转向、制动、电机驱动、BMS的CAN原始报文将不对用户开放。为区分不同底层CAN的通信波特率设置多路底层CAN网络节点，其中CAN1为500K帧频率，CAN2为250K帧频率。将CAN0节点设置成为USERCAN对外输出可定制的CAN协议报文，并在CAN0节点接入遥控器节点，实现与USERCAN的PC端口并行的车辆控制端口，同时设置遥控器优先级高于PC，实现对车辆优先遥控接管。自动驾驶模式下根据控制报文协议对车辆底盘进行控制并读取来自车辆底盘反馈的数据，参考USERCAN控制报文协议。线控制动系统的CAN报文通信协议格式为Motorola格式编码，帧格式为标准帧，周期为10ms，波特率为500k，整车控制器（VCU）向底盘域控制器（CDC）发送的制动控制报文ID为0x501，CDC向VCU发送的驱动反馈报文ID为0x502。2.CAN测试软件向CDC发送的制动控制报文协议报文ID为0x501，信号方向为上位机向底层控制器发送制动控制报文，报文协议如REF_Ref162878947\h表5-3-2所示。表5-3-SEQ表_5-3-\*ARABIC2CAN测试软件向CDC发送的驱动控制报文协议编码格式：Motorola/ID:0x501/周期:10ms/波特率:500k/帧格式:标准帧/信号方向:(上位机->底层)字节位数据名备注分辨率偏移量物理范围单位Byte0Bit0油门使能/100-1/Bit1制动使能0:不使能，1:使能100-1/Bit2转向使能/100-1/Bit3档位使能0:不使能，1:使能100-1/Bit4灯光使能0:不使能，1:使能100-1/Bit5转向标定(零点标定)/100-1/Bit6电机控制模式0:转速模式1:扭矩控制模式100-1/Bit7预留/////Byte1Bit0-Bit7期望车速控制转速模式下100-100km/hByte2Bit0-Bit7期望刹车压力/100-127barByte3Bit0-Bit7期望转向角度高字节/1-10240-960°Byte4Bit0-Bit7期望转向角度低字节/1-10240-960°Byte5Bit0-Bit7期望油门开度扭矩控制模式下100-100%Byte6Bit0-Bit1转向灯控制/100-2/Bit2-Bit3电磁刹控制0:MCU控制1:强制释放3:强制抱死102-3/Bit4刹车灯控制1:开启0关闭100-1/Bit5-Bit7预留/////Byte7Bit0-Bit1期望档位1:R2:N3:D101-3/Bit2-Bit7预留/////3.CDC向CAN测试软件发送的制动反馈报文协议报文ID为0x502，信号方向为底层控制器向CAN测试软件发送制动反馈报文，报文协议如所示。表5-3-SEQ表_5-3-\*ARABIC3CDC向CAN测试软件发送的制动反馈报文协议编码格式：Motorola/ID:0x502/周期:10ms/波特率:500k/帧格式:标准帧/信号方向:(底层->上位机)字节位数据名备注分辨率偏移量物理范围单位Byte0Bit0实际转向控制模式/////Bit1实际左转向灯/////Bit2实际右转向灯/////Bit3-Bit4实际车辆状态0:遥控器模式1:自动驾驶模式2:紧急刹车模式100-1/Bit5-Bit6实际档位0x01:R0x02:N0x03:D100-3/Bit7实际刹车灯0:关闭1:开启100-1/Byte1Bit0-Bit7实际转向角度高字节/1-10240-960/Byte2Bit0-Bit7实际转向角度低字节/1-10240-960/Byte3Bit0-Bit7实际车速电机转换100-100km/hByte4Bit0-Bit7实际刹车压力/100-127barByte5Bit0-Bit7预留/////Byte6Bit0CAN0接收PC0x501报文超时0:正常1:超时100-1/Bit1CAN0接收RMC0x201报文超时0:正常1:超时100-1/Bit2CAN1接收RMC0x301报文超时0:正常1:超时100-1/Bit3CAN1接收RMC0x302报文超时0:正常1:超时100-1/Bit4CAN1接收RMC0x303报文超时0:正常1:超时100-1/Bit5CAN1接收EBS0x289报文超时0:正常1:超时100-1/Bit6CAN1接收EPS0x18f报文超时0:正常1:超时100-1/Bit7CAN2接收BMS0x18ff28f4报文超时0:正常1:超时100-1/Byte7Bit0CAN1接收MOTO310报文超时0:正常1:超时100-1/Bit1CAN1接收MOTO311报文超时0:正常1:超时100-1/Bit2转向自检失败0:正常1:超时100-1/Bit3制动自检失败0:正常1:超时100-1/Bit4自检超时10s仍未成功0:正常1:超时100-1/Bit5CAN1接收MOTO312报文超时0:正常1:超时100-1/Bit6-Bit7预留/////【任务实施】一、实施准备1.工具设备清单表5-3-SEQ表_5-3-\*ARABIC4工具设备清单分类名称数量图例实训设备线控底盘1套测试电脑1套CAN测试仪1套防护用品工作服1套安全帽1个工作手套1双辅助材料无纺布1张2.检查设备（1）穿戴好工作手套和安全帽，将工具设备等摆放在工位上。（2）检查线控底盘外观是否正常，内部零件是否齐全，线束连接是否正常。（3）检查测试电脑外观是否正常。（4）连接CAN测试仪外观是否正常无破损。3.连接设备（1）将车辆外接CAN0接口连接到CAN测试仪CAN1通道，如REF_Ref162885731\h图5-3-1所示图5-3-SEQ图_5-3-\*ARABIC1连接CAN测试工具（2）通过拨码开关，将CAN1的终端电阻R1拨到ON的位置，如REF_Ref162885945\h图5-3-2所示，接入终端电阻。图5-3-SEQ图_5-3-\*ARABIC2接入终端电阻（3）使用USB连接线将CAN分析仪连接到电脑。4.启动设备（1）按下车辆的电源开关，启动车辆，如REF_Ref163490094\h图5-3-3所示图5-3-SEQ图_5-3-\*ARABIC3启动车辆（2）长按遥控器的电源键（左右各一个，同时长按3秒），如REF_Ref162886188\h图5-3-4所示，启动遥控器。图5-3-SEQ图_5-3-\*ARABIC4启动遥控器（3）将遥控器最右侧SWD拨杆开关往下拨动，进入遥控驾驶模式，如REF_Ref162886262\h图5-3-5所示图5-3-SEQ图_5-3-\*ARABIC5进入遥控驾驶模式（4）按下测试电脑的电源开关，启动测试电脑二、线控制动通信协议可视化测试1.截取CDC向上位机发送的制动反馈报文（1）双击打开桌面上的“无人驾驶上位机”图标打开软件，如REF_Ref162972856\h图5-3-6所示。图5-3-SEQ图_5-3-\*ARABIC6无人驾驶上位机（2）单击“连接”，再单击“启动CAN”，将模式切换为控制模式，如REF_Ref163031697\h图5-3-7所示。图5-3-SEQ图_5-3-\*ARABIC7切换为控制模式（3）使用上位机开启油门使能，档位使能，制动使能以及灯光使能，如REF_Ref163052602\h图5-3-8所示；图5-3-SEQ图_5-3-\*ARABIC8档位使能（4）档位控制设置为D档，如REF_Ref163052625\h图5-3-9所示，将油门步长设置为1，如REF_Ref163052651\h图5-3-10所示。点击油门开度令底盘有一定初速度；图5-3-SEQ图_5-3-\*ARABIC9档位设置图5-3-SEQ图_5-3-\*ARABIC10油门设置（5）设置刹车步长为1，控制量为1,如REF_Ref163052667\h图5-3-11所示。在上位机界面截取制动反馈报文，反馈报文为：F70400000200000C，如REF_Ref163052678\h图5-3-12所示图5-3-SEQ图_5-3-\*ARABIC11刹车压力控制图5-3-SEQ图_5-3-\*ARABIC12截取反馈报文2.解析CDC向上位机发送的制动反馈报文（1）解析CDC向上位机发送的制动反馈报文，步骤如下：字节数据解析内容Byte00xF7Byte0用于反馈实际转向控制模式、左右转向灯、实际车辆状态、实际档位，实际刹车灯，0xF7表示字节Byte0的bit0=1，bit1=1，bit2=1，bit4-bit3=10，bit6-bit5=11，bit7=0，解析其所代表的含义：实际转向控制模式为自动驾驶模式，实际左转向灯关闭，实际右转向灯关闭，实际车辆状态为自动驾驶，实际档位为D档，实际刹车灯关闭。Byte10x04Byte1~Byte2用于反馈方向盘实际转向角度，由于这里没有用到转向控制系统，没有设置转向的角度，因此方向盘为初始状态。所以这里为0x04,0x00Byte20X00Byte30x00实际车速Byte40x02实际刹车压力为2Byte50x00预留字节Byte60x00CAN0接收PC0x501报文超时。Byte70x0C转向自检超时，制动自检超时。（4）根据报文解析可得，实际控制模式为自动驾驶模式，底盘进行了制动，与实际操作相符。三、线控制动通信协议CAN报文测试1.解析上位机向CDC发送的制动控制报文任务要求：对车辆进行刹车控制量为20的制动。解析步骤如下：字节计算过程数据Byte0Byte0代表油门使能、制动使能、转向使能、档位使能、灯光使能、转向标定（零点标定）以及电机控制模式。任务要求是进行制动，bit0=0，bit1=1，bit2=0，bit3=0，bit4=1，bit5=0，bit6=0。0x12Byte1Byte1用来设置期望车速，与制动系统无关，默认为Byte1=0x000x00Byte2Byte2用来设置期望刹车压力，任务要求制动压力为20，换算为Byte2=0x140x14Byte3Byte3代表期望转角高字节，与制动系统无关，默认为Byte3=0x000x00Byte4Byte4代表期望转角低字节，与制动系统无关，默认为Byte4=0x000x00Byte5Byte5用来设置期望油门开度，与制动系统无关，默认为Byte5=0x000x00Byte6Byte6用来设置期望转向灯控制、电磁刹控制、刹车灯控制，刹车灯为开启状态，因此为Byte6=0x010x10Byte7Byte7用来设置期望档位，与制动系统无关，默认为Byte7=0x000x00因此，得到对车辆进行刹车压力为20的CAN报文为：1200140000001000。2.使用CAN测试工具向CDC发送制动控制报文车辆与遥控器连接成功之后进入人工驾驶模式，对车辆进行报文控制时，需要让车辆进入到自动驾驶模式。（1）在遥控模式下按下遥控器背面右边按钮时，进入自动驾驶模式，如REF_Ref163052748\h图5-3-13所示。图5-3-SEQ图_5-3-\*ARABIC13遥控器说明（2）双击打开桌面上的“GCANTools”图标打开软件，选择设备类型为“USBCAN-V5”，点击“打开设备”，选择波特率为：500点击“确定”，如REF_Ref163052806\h图5-3-14所示，进入操作界面。图5-3-SEQ图_5-3-\*ARABIC14GCANTools（3）在显示界面，单击“显示模式”，在弹出的窗口界面选择“统计模式”，设置统计显示规则保留默认显示规则，单击“确定”，如图5-3-SEQ图_5-3-\*ARABIC15所示。图5-3-SEQ图_5-3-\*ARABIC16修改显示模式（4）在发送界面，帧ID修改为：501，数据（HEX）修改为：1200140000001000，如REF_Ref163054339\h图5-3-17所示。图5-3-SEQ图_5-3-\*ARABIC17输入发送报文（5）发送方式选择“正常发送”，帧类型选择“标准帧”，帧格式选择“数据帧”，发送次数为1000次（发送次数可随意选择），每次发送间隔为10ms，设置完成后，单击“发送”，如REF_Ref163054526\h图5-3-18所示。图5-3-SEQ图_5-3-\*ARABIC18发送内容选择（6）报文发送成功之后，注意是否出现制动的声音。3.解析CDC向GCANTools的制动反馈报文（1）在显示界面，可以查看到帧ID为501的报文显示发送成功，如REF_Ref163054746\h图5-3-19所示。图5-3-