项目四任务3：线控转向系统通信协议测试-学生手册

任务4.3线控转向系统通信协议测试-学生手册【任务导入】线控转向是自动驾驶汽车实现路径跟踪与避障避险必要的关键技术，其性能直接影响主动安全与驾乘体验。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转向系统的调试工作，你应该如何完成任务呢?SHAPE提示：此次任务我们用低速无人物流车进行实训，你需要解读提示：此次任务我们用低速无人物流车进行实训，你需要解读线控转向通信协议，并借助相关软件完成线控转向通信协议可视化测试和CAN报文测试。

【学习目标】素质目标通过对线控转向系统的通信协议解析，培养学生的逻辑思维能力；培养学生在团队中有效沟通和协作，共同完成任务；在实操任务中实施6S管理，培养学生6S管理规范意识。知识目标能用自己的语言解析说明线控转向系统的接口要求[K50]；能用自己的语言解析说明转向控制和转向反馈报文协议[K51]；能简单阐述线控转向通信协议可视化测试的流程及方法[K52]。能简单阐述线控转向通信协议CAN报文测试的流程及方法[K53]。能力目标能根据转向反馈报文协议，独立完成线控转向通信协议可视化测试[A47]；能根据转向控制报文协议，独立完成线控转向通信协议CAN报文测试[A48]。【知识准备】一、线控转向系统的接口要求目前在线控转向系统领域，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转向系统的一般要求、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转向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转向系统和自动驾驶控制器之间的接口信号应满足REF_Ref161403309\h表4-3-1要求:表4-3-SEQ表4-3-\*ARABIC1线控转向系统和自动驾驶控制器之间的接口信号类型发送节点信号内容(以方向盘控制为例)信号采集精度单位线控转向系统控制信号进入退出自动驾驶请求--方向盘转角0.1°方向盘转角变化率1°/s自动驾驶系统状态--反馈信号转向系统工作状态--转向系统故障状态--方向盘转角反馈0.1°方向盘转角变化率反馈1°/s转向接管状态--转向系统力矩反馈0.1Nm转向系统力矩传感器有效位--转向系统最大转角限制0.1°转向系统最大转速限制1°/s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、线控转向系统的CAN报文通信协议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。线控转向系统的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，测试电脑（PC）向整车控制器（VCU）发送的控制报文ID为0x501，VCU向PC发送的反馈报文ID有3个，它们分别为0x502、0x503、0x504。因转向反馈信息只与0x502的报文相关，所以本任务只解析0x502的报文协议1.PC向VCU发送的转向控制报文协议报文ID为0x501，信号方向为PC向VCU发送转向控制报文，报文协议如REF_Ref161404511\h表4-3-2所示。表4-3-SEQ表4-3-\*ARABIC2PC向VCU发送的转向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:(PC->VCU)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0:不使能，1:使能100-1/Bit1制动使能0:不使能，1:使能100-1/Bit2转向使能0:不使能，1: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)0:不标定1: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方向：左负右正1-10240-960°Byte4Bit0-Bit7期望转向角度低字节方向：左负右正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Bit1-Bit0:0:关闭1:左转2:右转100-2/Bit2-Bit3电磁刹控制Bit3-Bit2:0: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Bit1-Bit0:1:R2:N3:D101-3/Bit2-Bit7预留/////信号传输数据的值与信号实际的物理值转换公式如下：实际的物理值=传输数据的值*分辨率+偏移量使用上位机进行方向盘左转90°的操作控制，解析步骤如下：步骤一：先进行转向系统零点标定报文分析计算，使用CAN测试软件控制回正方向盘。解析转向系统零点标定报文计算过程见REF_Ref161672510\h表4-3-3。表4-3-SEQ表4-3-\*ARABIC3零点标定计算过程字节计算过程数据Byte0Byte0的bit2用来设置转向使能，当bit2=1时，转向使能为使能模式；Byte0的bit5用来设置零点标定，当bit5=1时，CAN测试软件标定当前位置为角度中点；其他位与转向系统无关，默认为0；故Byte0=0x240x24Byte1Byte1用来设置期望车速，与转向系统无关，默认为Byte1=0x000x00Byte2Byte2用来设置期望刹车压力，与转向系统无关，默认为Byte2=0x000x00Byte3-Byte4Byte3-Byte4用来设置方向盘旋转的角度，与方向盘中点设置无关，默认为0x0000即可。0x0000Byte5Byte5用来设置期望油门开度，与转向系统无关，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，与转向系统无关，默认为Byte6=0x000x00Byte7Byte7用来设置期望档位，与转向系统无关，默认为Byte7=0x000x00因此，得到进行转向系统零点标定的CAN报文为：2400000000000000。步骤二：进行方向盘左转90°报文分析计算，使用上位机CAN报文控制方向盘左转90°。解析方向盘左转90°报文计算过程见REF_Ref161672590\h表4-3-4。表4-3-SEQ表4-3-\*ARABIC4方向盘左转90°计算过程字节计算过程数据Byte0Byte0的bit2用来设置转向使能，当bit2=1时，转向使能为使能模式；Byte0的bit5用来设置零点标定，当bit5=0时，零点标定为不标定模式；其他位与转向系统无关，默认为0；故Byte0=0x040x04Byte1Byte1用来设置期望车速，与转向系统无关，默认为Byte1=0x000x00Byte2Byte2用来设置期望刹车压力，与转向系统无关，默认为Byte2=0x000x00Byte3-Byte4Byte3-Byte4用来设置方向盘旋转的角度，方向为左负右正，根据信号传输数据的值与信号实际的物理值转换公式可得：-90=934*1+（-1024），信号传输数据的值为934，数值934换算成两字节16进制数为0x03A6，由于Byte3为高字节，Byte4为低字节，则Byte3=0x03，Byte4=0xA6，因此Byte3-Byte4=0x03A6。0x03A6Byte5Byte5用来设置期望油门开度，与转向系统无关，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，与转向系统无关，默认为Byte6=0x000x00Byte7Byte7用来设置期望档位，与转向系统无关，默认为Byte7=0x000x00因此，得到进行转向系统零点标定的CAN报文为：04000003A6000000。2.VCU向PC发送的转向反馈报文协议报文ID为0x502，信号方向为VCU向PC发送转向反馈报文，报文协议如REF_Ref161404526\h表4-3-5所示。表4-3-SEQ表4-3-\*ARABIC5VCU向PC发送的转向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:(VCU->PC)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0:人工模式1:自动驾驶100-1/Bit1实际左转向灯0:开启1:关闭100-1/Bit2实际右转向灯0:开启1:关闭100-1/Bit3-Bit4实际车辆状态Bit4-Bit3:0:手动驾驶1:遥控驾驶2:自动驾驶3:紧急制动100-3/Bit5-Bit6实际档位Bit6-Bit5:0x01: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4-3-SEQ表4-3-\*ARABIC6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_Ref161404366\h图4-3-1所示。图4-3-SEQ图4-3-\*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_Ref161404361\h图4-3-2所示，接入终端电阻。图4-3-SEQ图4-3-\*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_Ref170810486\h图4-3-3所示。图4-3-SEQ图4-3-\*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_Ref161404349\h图4-3-4所示，启动遥控器。图4-3-SEQ图4-3-\*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_Ref161404339\h图4-3-5所示。图4-3-SEQ图4-3-\*ARABIC5进入遥控驾驶模式（4）按下电脑的电源开关，启动电脑。二、线控转向通信协议可视化测试1.在上位机进行线控转向控制测试车辆与遥控器连接成功之后进入人工驾驶模式，对车辆进行线控时，需要让车辆进入到自动驾驶模式。（1）双击打开桌面上的“无人驾驶上位机”图标打开软件，如REF_Ref161404332\h图4-3-6所示。图4-3-SEQ图4-3-\*ARABIC6无人驾驶上位机（2）在“连接/启动/停止”界面，单击“连接”，再单击“启动CAN”，进入观测模式，如REF_Ref161404325\h图4-3-7所示。图4-3-SEQ图4-3-\*ARABIC7无人驾驶上位机操作界面（3）在“连接/启动/停止”界面，单击“观测模式”，切换到“控制模式”，如REF_Ref161672793\h图4-3-8所示。图4-3-SEQ图4-3-\*ARABIC8切换到“控制模式”（4）按下遥控器后面的“遥控/自动模式切换开关”（如REF_Ref163826722\h图4-3-9所示），进入自动驾驶模式（如REF_Ref163826727\h图4-3-10所示），此时车辆双闪灯闪亮。图4-3-SEQ图4-3-\*ARABIC9遥控器“遥控/自动模式切换开关”图4-3-SEQ图4-3-\*ARABIC10自动驾驶模式（5）在“车辆使能”界面，单击“转向未使能”，切换到“转向已使能”状态；单击“灯光未使能”，切换到“灯光使能”状态，如REF_Ref161672833\h图4-3-11所示。图4-3-SEQ图4-3-\*ARABIC11进行车辆使能设置（6）在“横向”操作界面，设置步长为5，单击“红色向左箭头”，设置方向盘转向期望角度为左转30度，在上位机查看转向反馈角度为-30，灯光反馈为左转向灯亮，如REF_Ref161404318\h图4-3-12所示，车轮成功向左转动。图4-3-SEQ图4-3-\*ARABIC12反馈角度显示2.截取VCU向PC发送的转向反馈报文在CAN报文发送和接收界面，查看并截取帧ID为502的转向反馈报文，如REF_Ref161404308\h图4-3-13所示，截取到的报文为：9503E2000000000C。图4-3-SEQ图4-3-\*ARABIC13截取的转向反馈报文3.解析VCU向PC发送的转向反馈报文（1）解析VCU向PC发送的转向反馈报文步骤见REF_Ref161673008\h表4-3-7：表4-3-SEQ表4-3-\*ARABIC7VCU向PC发送的转向反馈报文解析过程字节数据解析内容Byte00x95Byte0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；0x95转换成二进制为：10010101；字节Byte0的bit0=1，bit1=0，bit2=1，bit4-bit3=10，bit6-bit5=00，bit7=1；解析其所代表的含义：实际转向控制模式为转向正常工作，左转向灯为开启状态，右转向灯为关闭状态，实际车辆状态为自动驾驶模式，实际档位为N档，实际刹车灯为关闭状态。Byte10x03Byte1~Byte2用于反馈方向盘实际转向角度，0x03E2换算成十进制值为994，根据信号传输数据的值与信号实际的物理值转换公式可得：-30=994*1+（-1024），实际的物理值为30，因为方向盘方向为左负右正，因此可得方向盘向左转了30°。Byte20xE2Byte30x00实际车速Byte40x00实际刹车压力Byte50x00预留字节Byte60x00CAN数据接收正常。Byte70x0C转向自检超时，制动自检超时。（4）根据报文解析可得，实际转向控制模式为自动驾驶模式，方向盘向左转了30°，与实际操作相符。（5）操作完成后，关闭上位机软件。三、线控转向通信协议CAN报文测试1.解析PC向VCU发送的转向控制报文任务要求：使用CAN测试工具设置方向盘转向角度为右转45°。解析方向盘右转45°报文步骤见REF_Ref161675426\h表4-3-8：表4-3-SEQ表4-3-\*ARABIC8解析方向盘右转45°报文步骤字节计算过程数据Byte0Byte0的bit2用来设置转向使能，当bit2=1时，转向使能为使能模式；Byte0的bit5用来设置零点标定，当bit5=0时，零点标定为不标定模式；其他位与转向系统无关，默认为0；故Byte0=0x040x04Byte1Byte1用来设置期望车速，与转向系统无关，默认为Byte1=0x000x00Byte2Byte2用来设置期望刹车压力，与转向系统无关，默认为Byte2=0x000x00Byte3-Byte4Byte3-Byte4用来设置方向盘旋转的角度，根据信号传输数据的值与信号实际的物理值转换公式可得：45=1069*1+（-1024），信号传输数据的值为1069，数值1069换算成两字节16进制数为0x042D，由于Byte3为高字节，Byte4为低字节，则Byte3=0x04，Byte4=0x2D，因此Byte3-Byte4=0x042D。0x042DByte5Byte5用来设置期望油门开度，与转向系统无关，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，与转向控制无关，默认为Byte6=0x000x00Byte7Byte7用来设置期望档位，与转向系统无关，默认为Byte7=0x000x00因此，得到转向系统方向盘转向角度为右转45°的CAN报文为：040000042D000000。2.使用PC向VCU发送转向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。（2）双击打开桌面上的“GCANTools”图标打开软件，如REF_Ref163830997\h图4-3-14所示。图4-3-SEQ图4-3-\*ARABIC14CAN测试软件（3）选择设备类型为“USBCAN-V5”，单击“打开设备”，选择波特率为：500，单击“确定”，如REF_Ref161404222\h图4-3-15所示，进入操作界面。图4-3-SEQ图4-3-\*ARABIC15添加设备操作界面（4）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REF_Ref161404238\h图4-3-16所示。图4-3-SEQ图4-3-\*ARABIC16修改显示模式（5）在发送界面，帧ID修改为：501，数据（HEX）修改为：040000042D000000，如REF_Ref161404248\h图4-3-17所示。图4-3-SEQ图4-3-\*ARABIC17输入发送报文（6）发送方式选择“正常发送”，帧类型选择“数据帧”，帧格式选择“标准帧”，发送次数为100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_Ref161404254\h图4-3-18所示。图4-3-SEQ图4-3-\*ARABIC18正确选择发送内容（7）报文发送成功之后，查看车辆前轮成功向右转动。3.解析VCU向PC发送的转向反馈报文（1）在显示界面，可以查看到