任务3.3 线控驱动系统通信协议测试-学生手册

任务3.3线控驱动系统通信协议测试-学生手册【任务导入】随着汽车电动化、智能化和网联化的持续深入，底盘线控技术的应用也愈发全面，对底盘线控技术的技术要求也越发提高。线控驱动系统是现代汽车的核心组成部分，也是实现车辆精准、稳定、安全行驶的关键。通信协议的可靠性和实时性，是线控驱动系统稳定、安全运行的保障。假设你是某家线控底盘解决方案供应商的测试工程师，需要对线控驱动系统的通信协议进行全面的测试，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】素质目标通过对线控驱动系统的通信协议解析，培养学生的逻辑思维能力；通过对线控驱动系统的通信协解读，培养学生的网络安全防护意识；在实操任务中实施6S管理，培养学生6S管理规范意识。知识目标能解析说明PC向VCU发送的控制报文协议（驱动部分）[K35]；能解析说明VCU向PC发送的反馈报文协议（驱动部分）[K36]。能力目标能使用上位机工具，对线控驱动通信协议进行可视化测试[A32]；能使用CAN测试工具，对线控驱动通信协议进行CAN报文测试[A33]。【知识准备】一、线控驱动系统的接口要求目前线控底盘系统行业基准尚不清晰。不同品牌、不同车型底盘性能各不相同，在自动驾驶系统量产过程中，需要针对不同性能车型进行重复适配开发，造成资源浪费。同时，线控底盘作为自动驾驶的执行机构，其性能的好坏也直接影响到自动驾驶的使用效果和安全性，为实现高级别自动驾驶，线控底盘应该满足什么样的性能要求。对此，各机构和厂家对线控底盘的评价指标和评价方法各不相同，上下游之间无法高效协同，同一车型在不同开发机构手中需要分别进行测试验证。针对上述行业问题，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，该系列标准适用于3级及4级自动驾驶乘用车线控底盘的开发和测试，从一般要求（功能要求、接口要求等）、性能要求（基础性能和系统切换性能）和试验方法三方面对自动驾驶乘用车线控底盘提出了要求。该系列标准规定了线控驱动系统和自动驾驶控制器之间的接口信号应满足REF_Ref161734940\h表3-3-1和REF_Ref161734946\h表3-3-2的要求:表3-3-SEQ表3-3-\*ARABIC1控制接口信号序号信号内容信号采集精度单位1请求进入/退出自动驾驶模式--2纵向控制模式--3目标纵向加速度0.1m/s²4目标纵向车速0.1km/h5目标驱动扭矩1Nm6加速踏板开度0.5%7目标挡位--表3-3-SEQ表3-3-\*ARABIC2反馈接口信号序号信号内容信号采集精度单位1驱动系统自动驾驶模式反馈--2驱动系统反馈实时车辆纵向加速度0.1m/s²3车速/轮速0.1km/h4驱动系统反馈实时转速1RPM5驱动系统反馈实时扭矩1Nm6驱动系统故障状态--7加速踏板状态--8加速踏板开度0.5%9当前挡位状态--二、线控驱动系统的CAN报文通信协议线控驱动系统的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，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0x504为电池数据，所以本任务不介绍ID为0x504的通信协议。1.PC向VCU发送的控制报文协议（驱动部分）报文ID为0x501，信号方向为PC向VCU发送控制报文，报文协议见REF_Ref161734973\h表3-3-3。表3-3-SEQ表3-3-\*ARABIC3PC向VCU发送的控制报文协议（驱动部分）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0:不使能，1:使能100-1/Bit1制动使能/////Bit2转向使能/////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)/////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/////Byte3Bit0-Bit7期望转向角度高字节/////Byte4Bit0-Bit7期望转向角度低字节/////Byte5Bit0-Bit7期望油门开度扭矩控制模式下100-100%Byte6Bit0-Bit1转向灯控制0:关闭，1:左转，2:右转100-2/Bit2-Bit3预留/////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:R，2:N，3:D101-3/Bit2-Bit7预留/////2.VCU向PC发送的反馈报文协议（驱动部分）报文ID为0x502、0x503，信号方向为VCU向PC发送反馈报文，报文协议见REF_Ref161734985\h表3-3-4、REF_Ref161734990\h表3-3-5。表3-3-SEQ表3-3-\*ARABIC4VCU向PC发送的反馈报文协议（驱动部分）-ID：0x502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: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0x01:R0x02:N0x03:D100-3/Bit7实际刹车灯/////Byte1Bit0-Bit7实际转向角度高字节/////Byte2Bit0-Bit7实际转向角度低字节/////Byte3Bit0-Bit7实际车速电机转换100-100km/hByte4Bit0-Bit7实际刹车压力/////Byte5Bit0-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/////表3-3-SEQ表3-3-\*ARABIC5VCU向PC发送的反馈报文协议（驱动部分）-ID：0x503编码格式：Motorola/ID:0x503/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-Bit7预留/////Byte1Bit0-Bit7预留/////Byte2Bit0-Bit7预留/////Byte3Bit0-Bit7预留/////Byte4Bit0-Bit7预留/////Byte5Bit0-Bit7预留/////Byte6Bit0-Bit7实际电机转速高字节/10/rpmByte7Bit0-Bit7实际电机转速低字节/10/rpm【任务实施】一、实施准备1.工具设备清单表3-3-SEQ表3-3-\*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分析仪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。（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。3.连接设备（1）将车辆外接CAN0接口连接到CAN分析仪CAN1通道，如REF_Ref161735189\h图3-3-1所示。图3-3-SEQ图3-3-\*ARABIC1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_Ref161735199\h图3-3-2所示，接入终端电阻。图3-3-SEQ图3-3-\*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）旋开“12V供电”开关和“急停”开关，并拉起“48V供电”开关，启动车辆，如REF_Ref161735208\h图3-3-3所示。图3-3-SEQ图3-3-\*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_Ref161735216\h图3-3-4所示，启动遥控器。图3-3-SEQ图3-3-\*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_Ref161735222\h图3-3-5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3-3-SEQ图3-3-\*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、线控驱动通信协议可视化测试利用无人驾驶上位机软件（以下简称上位机）上控制线控驱动系统，再利用可视化界面观察线控驱动的控制反馈效果，从而完成线控驱动通信协议的可视化测试。1.启动连接上位机（1）双击测试电脑桌面上的上位机图标（如REF_Ref161735231\h图3-3-6所示），打开上位机。图3-3-SEQ图3-3-\*ARABIC6上位机（2）在上位机软件主界面先单击“连接”，再单击“启动CAN”，进入观测模式，如REF_Ref161735239\h图3-3-7所示。观测模式下可以观察车辆上电后各种状态（比如在遥控模式下可以通过上位机显示的反馈数据查看车辆的各种状态）。图3-3-SEQ图3-3-\*ARABIC7上位机操作界面2.进入自动驾驶模式（1）单击“观测模式”，切换为控制模式，如REF_Ref161735256\h图3-3-8所示。图3-3-SEQ图3-3-\*ARABIC8切换为控制模式（2）按下遥控器后面的“遥控/自动模式切换开关”（如REF_Ref161735261\h图3-3-9所示），进入自动驾驶模式（如REF_Ref161735272\h图3-3-10所示），此时车辆双闪灯闪亮。图3-3-SEQ图3-3-\*ARABIC9遥控器“遥控/自动模式切换开关”图3-3-SEQ图3-3-\*ARABIC10自动驾驶模式3.挡位反馈测试单击“挡位使能”，再选择挡位，观察下方的挡位反馈是否一致，如REF_Ref161735281\h图3-3-11所示。图3-3-SEQ图3-3-\*ARABIC11挡位反馈测试4.油门反馈测试单击“油门使能”，再选择步长，单击油门开度的增大或减少按钮，调节油门开度，并观察油门反馈数据是否与控制量一致，如REF_Ref161735291\h图3-3-12所示。图3-3-SEQ图3-3-\*ARABIC12油门反馈测试5.实际车速测试观察实际车速数据与油门开度中的控制量数据是否一致，如REF_Ref161735296\h图3-3-13所示。图3-3-SEQ图3-3-\*ARABIC13实际车速测试6.通讯超时测试观察是否有通讯超时错误码，如REF_Ref161735301\h图3-3-14所示。图3-3-SEQ图3-3-\*ARABIC14通讯超时测试7.ID号为0x502的反馈报文测试（驱动部分）查看并截取ID号为0x502的反馈报文，如REF_Ref161735308\h图3-3-15所示。图3-3-SEQ图3-3-\*ARABIC15ID号为0x502的反馈报文解析ID号为0x502的反馈报文（驱动部分），见REF_Ref161735016\h表3-3-7。表3-3-SEQ表3-3-\*ARABIC7ID为0x502的报文解析（驱动部分）字节数据解析Byte00XF6Byte0用来反馈实际车辆状态和实际档位等，0xF6换算成二进制数为11110110，解析其所代表的含义：bit4-bit3=10，换算成十进制数为2，所以实际车辆状态为自动驾驶模式；bit6-bit5=11，换算成十进制数为3，所以挡位为前进档。Byte10x04Byte1用来反馈实际转向角度高字节（本任务暂不解析）。Byte20x00Byte2用来反馈实际转向角度低字节（本任务暂不解析）。Byte30x09Byte3用来反馈实际车速，0x09换算成十进制数为9，解析其所代表的含义：实际车速为9km/h。Byte40x00Byte4用来反馈实际刹车压力（本任务暂不解析）。Byte50x00预留字节Byte60x00Byte6用来反馈报文超时数据（本任务不解析）。Byte70x0CByte7用来反馈报文超时和自检失败数据（本任务不解析）。根据报文解析可得，实际车辆状态为自动驾驶模式，实际挡位为前进挡，实际车辆为9km/h，与实际操作相符。8.ID号为0x503的反馈报文测试（驱动部分）查看并截取ID号为0x503的反馈报文，如REF_Ref161735315\h图3-3-16所示。图3-3-SEQ图3-3-\*ARABIC16ID号为0x503的反馈报文解析ID号为0x503的反馈报文（驱动部分），见REF_Ref161735024\h表3-3-8。表3-3-SEQ表3-3-\*ARABIC8ID为0x503的报文解析（驱动部分）字节数据解析Byte00X00预留字节Byte10x00预留字节Byte20x00预留字节Byte30x00预留字节Byte40x00预留字节Byte50x00预留字节Byte60x03Byte6用来反馈实际电机转速高字节，Byte7用来反馈实际电机转速低字节。0x0384换算成十进制数为900，所以实际电机转速=900×1-0=900（rpm）。Byte70x84根据报文解析可得，实际电机转速为900rpm，与上位机显示的电机转速（如REF_Ref161735323\h图3-3-17所示）相符。图3-3-SEQ图3-3-\*ARABIC17上位机显示的电机转速9.其他测试观察电机错误显示、锁机状态、电机故障、电机温度、控制器温度、电机电压等数据是否有异常，如REF_Ref161735330\h图3-3-18所示。图3-3-SEQ图3-3-\*ARABIC18其他测试10.关闭上位机三、线控驱动通信协议CAN报文测试任务要求：设置电机控制模式为转速模式，行驶方向为前进，期望车辆速度控制为15Km/h。1.计算PC向VCU发送的控制报文（驱动部分）PC向VCU发送的控制报文（驱动部分）计算见REF_Ref161735031\h表3-3-9。表3-3-SEQ表3-3-\*ARABIC9PC向VCU发送的控制报文（驱动部分）计算字节计算数据Byte0油门使能为使能，则bit0=1。制动使能为使能，则bit1=1。转向使能无要求，可设bit2=1。档位使能为使能，则bit3=1。灯光使能无要求，可设bit4=1。转向标定（零点标定）不标定，则bit5=0。电机控制模式为转速控制模式，则bit6=0。bit7为预留位，默认bit7=0。所以，Byte0等于00011111，换算成十六进制为0x1F。0X1FByte1Byte1用来设置期望车速，因期望车辆速度为15Km/h，所以Byte7为0x0F。0x0FByte2Byte2用来设置期望刹车压力，因无要求，所以期望油门开度可设为0x00。0x00Byte3Byte3用来设置期望转角高字节，因无要求，所以期望转角高字节可设为0x04。0x04Byte4Byte4用来设置期望转角低字节，因无要求，所以期望转角低字节可设为0x00。0x00Byte5Byte5用来设置期望油门开度，因在扭矩控制模式下才需要设置，所以期望油门开度可设为0x00。0x00Byte6转向灯控制无要求，可设bit1-bit0=00。电磁刹控制为释放，数据为1，换算为二进制为01，则bit3-bit2=01。刹车灯控制无要求，可设bit4=0。Bit5~bit7为预留位，则设Bit7-bit5=000。所以，Byte6等于00000100，换算成十六进制为0x04。0x04Byte7期望档位为前进挡，数据为3，换算为二进制为11，则bit1-bit0=11。Bit2-bit7为预留位，则设Bit7-bit2=000000。所以Byte7等于00000011，换算成十六进制为0x03。0x03根据上表的数据分析可以总结出来结果：使用CAN测试软件发送的报文为：1F0F000400000403。2.启动CAN测试软件（1）在测试电脑桌面上双击“GCANTools”CAN测试软件图标（如REF_Ref161735340\h图3-3-19所示），打开CAN测试软件。图3-3-SEQ图3-3-\*ARABIC19CAN测试软件（2）单击“打开设备”，波特率选择500k，再单击“确定”（如REF_Ref161735345\h图3-3-20所示），进入“GCANTools”主界面（如REF_Ref161735356\h图3-3-21所示）。图3-3-SEQ图3-3-\*ARABIC20添加设备操作界面图3-3-SEQ图3-3-\*ARABIC21GCANTools主界面3.发送报文在CAN测试软件上输入相关参数：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”，帧ID输入501，数据输入1F0F000400000403，发送次数输入1000（发送次数可随意选择，但是在进行测试的过程中需要持续驱动电机，因此需要发送多次，发送次数越多，控制的持续时间越长），每次发送间隔输入10ms，设置完成后，单击“发送”。如REF_Ref161735383\h图3-3-22所示。图3-3-SEQ图3-3-\*ARABIC22发送报文报文发送完成后，线控底盘驱动系统按任务要求运转。4.解析VCU向PC发送的反馈报文（驱动部分）在CAN测试软件上捕捉ID为0x502、0x503的报文，然后再针对线控驱动系统的反馈数据分别进行解析，验证通信协议的正确性。（1）解析ID为0x502的报文（驱动部分）在CAN测试软件上捕捉到ID为0x502的报文如REF_Ref161735388\h图3-3-23所示。图3-3-SEQ图3-3-\*ARABIC23ID为0x502的报文ID为0x502的报文解析（驱动部分）见REF_Ref161735140\h表3-3-10。表3-3-SEQ表3-3-\*ARABIC10ID为0x502的报文解析（驱动部分）字节数据解析Byte00XF7Byte0用来反馈实际车辆状态和实际档位等，0xF7换算成二进制数为11110111，解析其所代表的含义：bit4-bit3=1