隨著汽車行業(yè)向智能化和自動駕駛技術的不斷推進，線控轉向（Steer-by-Wire，SBW）技術逐漸被各方重視起來。SBW系統(tǒng)通過電子信號取代傳統(tǒng)的機械轉向裝置，使得方向盤和轉向機械機構解耦，為汽車帶來了更高的集成度，更大的可變轉向比，更靈活的設計和更高的舒適性等。Vector可提供完整的SBW控制器測試解決方案，以下將結合當前實施的線控轉向功能測試系統(tǒng)項目為大家詳細介紹。

杭州擎威科技有限公司（以下簡稱“擎威”）在研發(fā)SBW線控轉向手輪控制器（HWA）和路輪控制器（RWA）的項目中，Vector與擎威深度合作，共同開發(fā)了SBW信號級閉環(huán)HiL測試系統(tǒng)。

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測試系統(tǒng)概述

該項目為客戶提供針對SBW系統(tǒng)的ECU級HiL測試解決方案，即信號級閉環(huán)HiL測試系統(tǒng)。

包含的被測對象僅有HWA和RWA的ECU PCB板：

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HWA與RWA控制的助力電機及逆變器由FPGA仿真板卡（VT5838）仿真

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TAS傳感器的SENT信號由SENT板卡（VT2710）仿真

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CAN總線仿真由總線接口卡（VT6104B）提供

軟件方面：

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DYNA4提供車輛動力學模型，用于SBW HiL系統(tǒng)閉環(huán)

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vTESTstudio負責自動化測試環(huán)境搭建及腳本設計

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CANoe作為測試、仿真、分析的核心平臺，運行測試工程和自動化測試腳本

圖1：基于CANoe的SBW信號級閉環(huán)HiL測試系統(tǒng)拓撲

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電機控制與模型

HWA和RWA可以視作兩個電機控制器，首先需要實現(xiàn)對電機的精確控制。VT5838是一款高性能的FPGA復合I/O板卡，其上可運行各種定制化開發(fā)的電機及逆變器FPGA模型。本次項目中VT5838將分別為HWA和RWA完成6相永磁同步電機（PMSM）的仿真，采集被測ECU輸出的PWM和電機繼電器開關信號，并將電機位置傳感器信號、相電壓、相電流、母線電壓/電流等信號反饋給被測ECU。由于信號精度要求高，為避免干擾，需充分考慮VT5838與被測ECU的共地處理。

在完成硬件的通道匹配工作后，需在CANoe中完成電機模型的參數(shù)匹配，參數(shù)的正確與否將直接影響電機模型的轉矩和轉速特性。包括：磁通量、Id/Iq、Ld/Lq、死區(qū)時間、極對數(shù)等諸多參數(shù)。

不同于傳統(tǒng)電驅控制器的電機模型調試，在轉向HiL中“零位點”十分重要，方向盤的回正等功能會以此為基礎。除此以外，還需要完成電機模型d/q軸與HWA/RWA控制器的對齊。

以上HWA/RWA控制器可與逆變器和電機模型構成一個小閉環(huán)。在此階段，可對被測ECU進行電機控制算法的驗證，如：N-T曲線、極限轉矩、極限轉速等測試。該電機模型還能夠實現(xiàn)多種針對電機的故障注入，如：白噪聲、高頻干擾等。

圖2：逆變器和電機FPGA仿真模型信號交互拓撲

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HWA與RWA其他信號

完成HWA/RWA控制器與FPGA模型的閉環(huán)調試后，可將HWA/RWA與逆變器和電機模型視為一個整體，即完整的手輪路感模擬系統(tǒng)和路輪轉向執(zhí)行系統(tǒng)。接下來進行HWA與RWA控制器的聯(lián)合調試，此部分主要為總線通訊以及TAS傳感器的仿真與調試。

TAS傳感器的SENT信號由VT2710進行仿真，為SBW系統(tǒng)提供及時、準確的扭矩和轉角信號。根據(jù)TAS傳感器手冊，在完成必要的參數(shù)配置和信號定義后，可通過VT2710板卡將SENT信號發(fā)送至控制器。而基于CANoe Option AMD/XCP，通過CCP/XCP協(xié)議觀測被測ECU是否可以正確地解析SENT信號。

至此，可以實現(xiàn)對被測ECU全范圍的連續(xù)扭矩及轉角信號仿真，也可實現(xiàn)SENT信號的短5V、短GND、開路、CRC錯誤等故障注入，用于TAS傳感器診斷功能和功能安全驗證。

圖3：CANoe中SENT配置界面示例

SBW系統(tǒng)的正常運行還依賴于完整的殘余總線仿真環(huán)境。使用CANoe完成配置后，配合總線接口卡（VT6104B或VN1640A等）實現(xiàn)CAN/CANFD仿真及測試。使用VT6104B可進一步實現(xiàn)CAN/CANFD的短VBAT、短GND、終端電阻斷開、開路等電氣故障，使用CAPL可實現(xiàn)E2E錯誤、報文丟失、超時等數(shù)據(jù)鏈路層和TP層的故障注入。

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SBW與DYNA4車輛動力學模型

DYNA4是Vector的車輛動力學及ADAS場景仿真軟件平臺，可無縫耦合CANoe及各主流品牌測試系統(tǒng)實現(xiàn)三電、底盤、ADAS等ECU XiL各環(huán)節(jié)閉環(huán)仿真和測試需求。

DYNA4車輛動力學模型提供SBW控制器所需要的各種車輛狀態(tài)信號，如：方向盤轉角、齒條位移、車身姿態(tài)等。DYNA4提供的變量接口會CANoe作為系統(tǒng)變量，與VT System I/O信號、SENT信號及CAN/CANFD報文信號進行映射，最終傳遞給被測ECU。

DYNA4車輛動力學模型通過CANoe將方向盤轉角信號發(fā)送給HWA控制器，HWA控制器根據(jù)內部算法并結合RWA反饋，控制電機模型輸出扭矩，實現(xiàn)手輪系統(tǒng)對于路感的模擬。對于路輪系統(tǒng)RWA會接收到HWA的轉角請求，配合FPGA電機模型產(chǎn)生扭矩信號進而傳遞至DYNA4。DYNA4將計算得到的齒條位置信息傳給RWA控制器，實現(xiàn)對車輪轉角和車身姿態(tài)的控制。

圖4：車輛動力學模型與SBW系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互

至此，已經(jīng)完成對SBW系統(tǒng)的完整閉環(huán)。用戶可基于DYNA4搭建測試所需的工況和場景，對駕駛員的橫/縱向駕駛行為、測試路面等進行編輯，建立豐富的場景庫。使用vTESTstudio搭建測試腳本時，將調用所需的測試場景，導入CANoe中實現(xiàn)自動化測試。

圖5：SBW與DYNA4實現(xiàn)車輛閉環(huán)信號表現(xiàn)

總結

以上為本次SBW信號級閉環(huán)HiL測試系統(tǒng)的介紹，該測試系統(tǒng)可充分對被測SBW控制器軟件功能邏輯進行驗證。相比于EPP級、系統(tǒng)級轉向HiL方案，該方案成本低、復用性高、可不受機械結構限制實現(xiàn)更加極限的工況及故障注入模擬。同時可擴展用于總線一致性測試、網(wǎng)絡管理測試、診斷測試等SBW底軟驗證工作。

根據(jù)客戶的被測對象的不同，對SBW或傳統(tǒng)EPS HiL測試系統(tǒng)可進行如下分類：

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SBW/EPS總成級測試系統(tǒng)：測試對象為整個SBW/EPS系統(tǒng)，包含完整的上/下轉向機械總成，其傳動裝置為真實的機械結構。車輛動力學模型僅提供前轉向系統(tǒng)以外的被控對象模型。

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SBW/EPS EPP級測試系統(tǒng)：被測對象為包含真實助力電機的上/下轉控制器，不包含真實的機械傳動裝置。在車輛模型中需要對前轉向系統(tǒng)中的機械傳動機構進行建模（不包含電機模型）

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SBW/EPS ECU信號級測試系統(tǒng)：被測對象為真實的上/下轉向ECU，在EPP級測試系統(tǒng)的基礎上，還需完成對逆變器和電機FPGA模型的建模