基于Simulink及CANoe的電動助力轉向系統ADAS性能測試方法研究

摘 要：實現整車ADAS功能，需要電動助力轉向系統能夠滿足ADAS上位機請求的相關要求，由于ADAS上位機開發周期較長，往往在首次裝車時無法搭載，影響了電動助力轉向系統的ADAS性能初步調試工作的開展及后續ADAS整車聯調的進度。因此，本文研究并提出了一種聯合Simulink和CANoe的汽車電動助力轉向系統的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進行編程輸出，因此本文提出了根據測試項目通過用Simulink軟件建立測試環境，聯合CANoe接口進行CAN報文輸出至整車網絡的方式，實現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，轉變為增加駕駛舒適性、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，對于橫向執行器即電動助力轉向系統（ElectricPower Steering， EPS）的響應性能提出了更高的要求。整車ADAS功能開發過程中，EPS和ADAS上位機由不同供應商團隊同步開發，開發周期不同，EPS往往在首次裝車時即可完成ADAS功能軟件的開發并搭載，但是ADAS上位機軟件需要更長的時間進行開發，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，開發進度被拖后，只能在后期進行進度追趕，影響開發質量。

CANoe是Vector公司開發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進行殘余節點的仿真，例如模擬ESP、VCU、ADAS等模塊發送相應的報文進行EPS相關功能測試。但對于一些復雜的傳遞函數，CAPL并不能便捷的進行描述及仿真發送，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關聯控制器的模擬仿真，聯合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EPS的ADAS功能、性能臺架調試、實車調試，減小開發周期、提升開發質量。

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實際執行的情況。包含響應的時間、響應的精度、超調量、穩定時間、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分別發送左右各0.5°（1°，1.5°）的轉角請求，車輪角度穩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分別發送左右各0.5°（1°，1.5°）的轉角請求，車輪角度穩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閉環性能

用如下二階傳遞函數來評價EPS響應ADAS請求的閉環特性：

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

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EPS通信矩陣，利用CANoe附帶的CANdb++Editor 工具創建DBC文件：按照通信協議中定義，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的解析和仿真發送，整體架構如圖5所示。

其中ADAS、ESP節點報文涉及E2E的CRC校驗，單獨做S函數結合E2E Data ID輸入實現。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響應的閉環性能評價，需要用傳遞函數、延遲、偏移組合實現。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的閉環性能要求。（圖7）

為便于對關聯控制器的輸入值進行設置及觀測，在Simulink中創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可控信號變為available（可控）后，將ADAS轉角請求切換為Active，轉角輸入切換至正弦輸入。可以看到EPS反饋進入ADAS激活狀態，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）。可以看到，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仿真的各信號發送準確性。檢查完畢后，關閉部分關聯節點（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及周邊關聯控制器進行模擬仿真，結合Vector CAN接口，實現了ADAS、EPS的交互及響應性能測試驗證。該方式可以有效節省EPS的ADAS功能開發及標定周期，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，進一步壓縮開發周期。

參考文獻：

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