项目四任务5：线控转向系统标定功能开发-学生手册

任务4.5线控转向系统标定功能开发-学生手册【任务导入】随着技术的发展，自动驾驶汽车对转向精度的要求越来越高，在实际应用中需要频繁地进行精确转向，以完成复杂的路径规划和精确的位置控制。然而，由于制造公差、磨损、装配误差以及环境因素等，转向系统在初始状态下可能无法达到理想的精度。转向零位标定，作为系统校准的关键步骤，确保了转向系统在执行任务时能够精确地定位到预定的角度。假设你是某家线控底盘解决方案供应商的测试工程师，需要按照公司的工作手册，依据通信协议，利用嵌入式系统中用于转向控制的C语言程序对转向系统线控部分进行线控转向系统零位标定工作。你应该如何设计标定程序，并验证自己设计的标定程序呢?提示：此次任务我们将提示：此次任务我们将通过C语言程序开发，完成线控转向零点标定的程序的编写；并进行标志位的读取与分析；掌握线控转向零点标定的异常处理方法。

【学习目标】素质目标根据线控转向零位标定的任务要求，培养学生的综合分析能力；培养学生的创新精神，激发学生的创新能力；将6S管理理念融入日常工作，保持工作环境的整洁和有序。知识目标能讲解线控转向系统标定的定义[K57]；能讲解线控转向零点标定的工作原理[K58]。能力目标能编写线控转向零点标定的程序[A52]；能执行线控转向零点标定的程序，并进行标志位的读取与分析[A53]；能掌握线控转向零点标定的异常处理方法[A54]。【知识准备】一、线控转向系统标定的定义1.转向系统零位标定的定义零位标定通常是指在机械、电子设备或系统中，将某个参数设置为基准或起始点的过程。转向零位标定，也称为转向中位标定或转向零点校准，是指在汽车转向系统中确定和调整方向盘的中位（即直行位置）的过程。这个位置是方向盘在没有施加任何转向力时的自然位置，车辆应该能够直线行驶。转向零位标定的目的是确保车辆在直线行驶时，转向系统能够提供准确的反馈，并且驾驶员能够感受到车辆的行驶状态。2.EPS回正控制功能根据EPS的助力控制原理，大致分为基本助力、主动回正控制和主动阻尼控制这三个方面，如REF_Ref170139756\h图4-5-1所示，再叠加上各种补偿来弥补转向系统的惯量等动态因素对动态特性所产生的影响。现有的EPS系统把汽车的转向动力学和操纵动力学看成稳态的，使用开环助力算法，根据这个耦合了较多原理的非线性场去进行后续的设计工作。

图4-5-SEQ图4-5-\*ARABIC1经典EPS原理经典EPS的架构如REF_Ref170139764\h图4-5-2所示，助力控制中的助力矩值大小是经由驾驶员施加在转向盘上的力矩和车速来直接计算得出的，在叠加上各种补偿来反映系统的动态特性；回正控制则是要保证驾驶员在松开转向盘之后，能够将转向盘精确平稳的回到中间位置；阻尼控制则是将一个主动阻尼分量加在电机力矩上，进而可以将其看成一个虚拟的阻尼器，使系统的稳定性得到有效地保障。图4-5-SEQ图4-5-\*ARABIC2经典EPS架构转向时，由于转向轮主销后倾角和主销内倾角的存在，使得转向轮具有自动回正的作用。EPS系统在机械转向机构的基础上，增加了EPS电机和减速机构。EPS系统通过EPS电子控制单元对EPS电机进行转向回正控制，与前轮定位产生的回正力矩一起进行车辆的转向回正动作，使转向盘迅速回正，抑制转向盘振荡，保持路感，提高转向灵敏性和稳定性，优化转向回正特性，缩短了收敛时间。回正控制通过调整回正补偿电流，进而产生回正作用转矩，该转矩沿某一方向使转向轮返回到中间位置。3.EPS零位标定的意义目前EPS大多依靠方向盘转角传感器，通过计算方向盘转角的位置和转角变化速率来预测驾驶员的操作意图，从而为EPS控制单元提供控制动作的依据，进行高速的阻尼控制和低速回正功能调节，提升汽车转向系统的高速操纵稳定性能和低速转向回正性能。转角传感器在正常工作前需要通过诊断仪或下线诊断系统等较为复杂的设备进行零位标定。但是整车的转向系统相对位置只有在汽车生产下线定位参数调整完成后才能最终确定。由于转角传感器在与整车集成时存在装配误差，同时车辆完成装配后需要进行四轮定位，会造成转角传感器的初始零位与方向盘零位存在角度偏差，需要在完成四轮定位后车轮转角为零、方向盘在中位时，对转角传感器标定零位才能确保系统正常运行，EPS装配流程如REF_Ref170139771\h图4-5-3所示。图4-5-SEQ图4-5-\*ARABIC3EPS装配流程二、线控转向零点标定的工作原理1.零点标定的工作原理动力转向系统的方向盘角度标定属于动力转向系统中特殊功能部分。标定过程具体分为数据通信连接、诊断命令分析、标定功能实现3大模块，如REF_Ref170139777\h图4-5-4所示。数据通信连接模块是指根据协议类型确定初始化参数，使得诊断系统与汽车ECU建立通信连接。诊断命令分析模块是对通信数据进行分析，从而提取关键命令信息，并建立诊断数据库。标定功能实现模块是指根据诊断数据库内容进行开发，利用C语言编写标定功能函数，完成对标定步骤的设定，实现诊断仪的具体标定功能。图4-5-SEQ图4-5-\*ARABIC4零点标定工作流程2.零点标定的工作流程以下是线控转向零点标定的一般工作流程：（1）标定准备在标定前，系统需要确保处于稳定状态，并且所有相关部件都已正确安装和连接。（2）进入标定模式系统通过软件命令切换到标定模式。这通常涉及到设置特定的控制位或发送特定的信号到转向控制单元（ECU）。（3）确定零点位置手动调节将方向盘转动到方向盘的中间位置。（4）传感器信号采集转角传感器和扭矩传感器测量当前的转角和扭矩，并将其转换为电信号。（5）ECU处理电子控制单元（ECU）接收传感器信号，并根据这些信号计算出零点位置。（6）记录零点计算出的零点位置被记录和存储在ECU中，作为转向控制算法的基准点。（7）执行机构校准根据标定结果，ECU向执行机构（如伺服电机）发送指令，调整转向轮到正确的零点位置。（8）反馈校正系统可能会使用闭环控制，其中车轮转角传感器的反馈信号被用来微调零点位置，确保精确对齐。（9）标定完成一旦零点被正确标定，系统退出标定模式，并切换到正常操作模式。线控转向系统的零位标定确保了转向系统在没有机械连接的情况下，能够准确地响应驾驶员的输入，提供正确的路感反馈，并保持车辆的稳定性和操控性。3.线控转向零点标定的方法转向盘转角传感器零点标定调零校准方法有如下两种：（1）调整传感器的安装位置，直到其输出的转角信号为零度为止。（2）通过标定工具使转向盘转角传感器输出的转角信号为零度。第一种方法对装配精度要求较高，要反复调整费时费力。第二种方法无须调整传感器的安装位置装配简单，生产效率高。因此一般采用第二种方法，通过标定转向盘转角传感器的绝对零度位置来实现调零校准。转向标定工具本质上就是一个能够收发CAN报文的装置，以下两种方案均可：（1）用单片机、CAN通信芯片设计专用嵌入式系统，编写固件代码；（2）用PC机外接USBCAN适配器搭建硬件系统，编写上位机程序。目前，国内大部分汽车厂EPS工艺标定工艺都需要借助特定的汽车诊断仪器。在线控转向系统标定功能开发方面，选择用单片机、CAN通信芯片设计专用嵌入式系统，编写固件代码进行开发。三、零位标定程序功能设计1.程序设计目的C语言编写的嵌入式系统程序代码设计的目的，主要用于设置和初始化转向系统的工作模式和零位标定状态。程序代码为转向系统提供一个初始化设置，确保系统在启动时按照预定的工作模式和标定状态进行配置。实际的转向控制逻辑和标定过程可能在其他部分的代码中实现。2.全局变量声明在全局区域声明了两个8位整数变量sign1和sign2，它们被初始化为0。sign1变量用于存储当前的工作模式，sign2变量用于存储当前的标定状态。Int8sign1=0;Int8sign2=0;3.函数声明和定义（1）声明设置转向系统的当前工作模式函数voidWorkingMode(Int8value)；（2）声明设置或清除中位标定状态函数voidMedianCalibration(Int8value)；4.函数体（1）在设置转向系统的当前工作模式函数中，参数value被赋值给全局变量sign1，将工作模式设置为输入的值。设置工作模式0：人工模式1：自动模式voidWorkingMode(Int8value){sign1=value;}（2）在零位标定状态函数中，参数value被赋值给全局变量sign2，设置中位标定状态。设置中位标定1：开始零位标定0：清除标定状态。voidMedianCalibration(Int8value){sign2=value;}5.初始化函数初始化函数只在开始执行一次，之后需要初始化的函数写在这里面。voidInit_Turn1(){//正常模式WorkingMode(1);MedianCalibration(0);//标定模式，标定当前角度为0度//WorkingMode(0);//MedianCalibration(1);}【任务实施】一、实施准备1.工具设备清单表4-5-SEQ表4-5-\*ARABIC1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分析仪1套UCBDM下载器1套千斤顶1台防护用品工作服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）用千斤顶举升线控底盘后轮，使后轮离地。（选择在实训室场地测试时需要做此操作）（4）检查测试电脑外观是否正常。（5）检查CAN分析仪外观是否正常无破损。（6）检查BDM下载器外观是否正常无破损。二、连接设备1.连接CAN分析仪与车辆（1）将车辆外接CAN接口连接到CAN分析仪CAN1通道，如REF_Ref170139796\h图4-5-5所示。图4-5-SEQ图4-5-\*ARABIC5连接CAN分析仪（2）通过拨码开关，将CAN1的终端电阻R1拨到ON的位置，如REF_Ref170139803\h图4-5-6所示，接入终端电阻。图4-5-SEQ图4-5-\*ARABIC6接入终端电阻（3）使用USB连接线将CAN分析仪连接到电脑。2.连接BDM下载器与车辆（1）拆卸VCU的两颗固定螺栓，并拆卸VCU底板，如REF_Ref170139809\h图4-5-7所示。图4-5-SEQ图4-5-\*ARABIC7拆卸VCU（2）连接BDM下载器和VCU，如REF_Ref170139815\h图4-5-8所示，注意连接线束的方向（线束突起朝里）。图4-5-SEQ图4-5-\*ARABIC8连接BDM下载器和VCU（3）连接BDM下载器和测试电脑，如REF_Ref170139821\h图4-5-9所示图4-5-SEQ图4-5-\*ARABIC9连接BDM下载器和测试电脑3.启动设备（1）确认设备连接无误后，按下车辆的电源开关，启动车辆，如REF_Ref170139828\h图4-5-10所示。图4-5-SEQ图4-5-\*ARABIC10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_Ref170139835\h图4-5-11所示，启动遥控器。图4-5-SEQ图4-5-\*ARABIC11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_Ref170139841\h图4-5-12所示。(注意：需将遥控器的拨杆SWB拨到中间位置，关闭转向灯)图4-5-SEQ图4-5-\*ARABIC12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。三、编写零位标定程序代码（1）打开代码文件在“MCU_Program/turn”文件夹中，双击打开turn_Calibration.c文件，如REF_Ref170139851\h图4-5-13所示。图4-5-SEQ图4-5-\*ARABIC13turn_Calibration.c文件（2）编写零位标定代码根据代码文件中的中文注释中的任务要求，修改零位标定程序代码为标定模式并保存，如REF_Ref170139871\h图4-5-14所示。图4-5-SEQ图4-5-\*ARABIC14修改零位标定程序四、固件烧入1.将零位标定程序固件烧入到VCU（1）双击打开“program.mcp”快捷图标，进入“FreescaleCodewarrior”主界面，如REF_Ref170139875\h图4-5-15所示。图4-5-SEQ图4-5-\*ARABIC15“FreescaleCodewarrior”主界面（2）单击“Debug”下拉菜单，在弹出的“USBDMConfiguration-HC12”弹窗中，单击“OK”，进入烧入界面，如REF_Ref170139880\h图4-5-16所示。图4-5-SEQ图4-5-\*ARABIC16进入烧入界面（3）等待进入烧入界面完成，进度条如REF_Ref170139886\h图4-5-17所示。图4-5-SEQ图4-5-\*ARABIC17进入烧入界面进度条（4）点击“运行”按钮（绿色箭头），进行固件烧入，如REF_Ref170139892\h图4-5-18所示。图4-5-SEQ图4-5-\*ARABIC18运行界面2.在线查看零位标定参数（1）固件烧入完成后，在“FreescaleCodewarrior”主界面，双击“data”行，进入查看参数界面，如REF_Ref170139896\h图4-5-19所示。图4-5-SEQ图4-5-\*ARABIC19进入查看参数界面（2）在查看参数界面空白区域，单击鼠标右键，在弹窗中选择“OpenModule”，如REF_Ref170139901\h图4-5-20所示。图4-5-SEQ图4-5-\*ARABIC20选择模块（3）在弹出的“Modules”弹窗中，选择“turn_Calibration.c”文件，显示对应的变量值，如REF_Ref170139906\h图4-5-21所示。图4-5-SEQ图4-5-\*ARABIC21选择“turn_Calibration.c”文件（4）在查看参数界面空白区域，单击鼠标右键，在弹窗中选择“mode”，在弹出的“mode”弹窗中，选择“periodical”，如REF_Ref170139910\h图4-5-22所示。图4-5-SEQ图4-5-\*ARABIC22修改模式（5）在弹出的“UpdateRate”弹窗中，将数值改为1，如REF_Ref170139917\h图4-5-23所示。图4-5-SEQ图4-5-\*ARABIC23修改刷新比率（6）在查看参数界面，能够看到实时更新显示标定参数，如REF_Ref170139972\h图4-5-24所示。图4-5-SEQ图4-5-\*ARABIC24实时更新显示标定参数五、设置转向零位1.设置转向零位位置EPS具有自动回正控制功能，转向零位标定程序能够将自动回正控制功能解除。手动调整车轮位置，将车轮位置调整到中点位置并固定，如REF_Ref170139976\h图4-5-25所示。图4-5-SEQ图4-5-\*ARABIC25手动将车轮位置调整到中点位置2.修改零位标定程序代码并再次进行固件烧入手动调整车轮为居中