《清华大学苏州汽车研究院：线控转向系统冗余设计及协调控制（2021）（27页）.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《清华大学苏州汽车研究院：线控转向系统冗余设计及协调控制（2021）（27页）.pdf（27页珍藏版）》请在三个皮匠报告上搜索。

1、*非授权请勿打印、复制、剪辑、对外传阅！清华大学苏州汽车研究院 智能底盘所 ICEC 高峰 2021/11于上海嘉定版本：宣讲V0.1线控转向系统冗余设计及协调控制盖世汽车2021中国汽车智能底盘大会宣讲稿Copyright 2018-2019 Suzhou Automotive Research Institute,Tsinghua University *非授权请勿打印、复制、剪辑、对外传阅！p 模块化智能底盘发展方向 2图片来源于网络p 再生制动能量回收p 踏板模拟p E-Boosterp IPBp 冗余EPS设计p 横向功能安全p 90度p 四轮独立转向p 冗余线控p 主动控制p 水平

2、调整p 高度调节p 能量回收p 线控驱动p 集中驱动p 三电技术p 轮毂电机p 智能底盘EEA与集成技术p 底盘域运算平台技术p 横纵协调运动控制技术p 域控制器软硬件设计p 安全通讯与FOTA技术p 功能安全与预期功能安全p ADAS功能扩展：LKA、AEBp 能量管理p 电池安全模块化方案供应商模块化方案供应商智能生态承载平台智能生态承载平台软件架构服务商软件架构服务商趋势趋势1：线控执行系统标准化：线控执行系统标准化趋势趋势2：底盘运算控制平台化：底盘运算控制平台化Copyright 2018-2019 Suzhou Automotive Research Institute,Tsing

3、hua University *非授权请勿打印、复制、剪辑、对外传阅！线控转向线控制动线控悬架线控驱动姿态控制横纵协调能量管理控制权转移机制横纵协调控制功能安全ASILDSOTIF设计Autosar架构多总线冗余独立移动底盘L3自动驾驶功能集中运算平台座舱快速上装接口通讯安全+FOTA多类型传感器ADAS功能p 智能底盘域控制器关键技术应用场景图片来源于网络ICEC:Intelligent Chassis Electronic Control*非授权请勿打印、复制、剪辑、对外传阅！p 智能底盘域SWC关联架构当前姿态的稳定当前姿态的稳定阈值阈值当前姿态的预测极值当前姿态的预测极值Copyrig

4、ht 2018-2019 Suzhou Automotive Research Institute,Tsinghua University *非授权请勿打印、复制、剪辑、对外传阅！p 横向控制理论研究?前轮转向主动控制前后轮转向主动控制四轮独立转向控制横向稳定性控制前后轮转向协调控制直接横摆力矩控制横纵向协调控制?r?r?vCopyright 2018-2019 Suzhou Automotive Research Institute,Tsinghua University *非授权请勿打印、复制、剪辑、对外传阅！p 助力/主动转向数据流Copyright 2018-2019 Suzhou A

5、utomotive Research Institute,Tsinghua University *非授权请勿打印、复制、剪辑、对外传阅！p 线控转向操控稳定性限值目标目标方法方法对象对象方法方法分析结果分析结果转向稳定性限值分析操控稳定性评价基于整车横向稳定性分析横摆角措施稳定建模横摆角速度?=?,?，其考虑了前轮转角输入?、路面附着力。式中，?和?分别为质心据前后轴的距离；?为纵向速度分量；车辆稳定性因数?=?+?；?为前（后）轴轮胎侧偏刚度；?为等效前轮转角。结论：不同车速下，前轮转角的稳态输入角度?越大，横摆角速度在一定范围内越大，车身越容易失稳，直到横向侧滑。操作可控性评价1，基于驾

6、驶员主观横向可控性分析2，建立驾驶人模型与参数辨识系统（,?,?）主观公差限值评估干扰评分度根据不同驾驶员在不同车速下的主观可控程度。结论：可控、不安、危险的趋势评分。下雨路面雨后路面干燥路面强化状态横摆角速度增益?=?+?1+?+?=?+?1+?Copyright 2018-2019 Suzhou Automotive Research Institute,Tsinghua University *非授权请勿打印、复制、剪辑、对外传阅！p 横向控制SWC设计Copyright 2018-2019 Suzhou Automotive Research Institute,Tsinghua Un

7、iversity *非授权请勿打印、复制、剪辑、对外传阅！p 横向控制稳定性分析 通过对车辆操纵稳定性和轮胎稳定性的综合评价，利用局部线性化方法估计得出横向速度与横摆率的车辆横向稳定域。?=?+?=?+?前提前提条件条件状态状态?0?|?失稳状态?稳定状态?0?|?失稳状态?稳定状态?=min?,?,?,?=1基于稳定域的车辆失稳判断方法稳定域描等价描述：?=?,?,?,?Copyright 2018-2019 Suzhou Automotive Research Institute,Tsinghua University *非授权请勿打印、复制、剪辑、对外传阅！p 横纵向仿真控制分析高速转向

8、稳定控制高速转向稳定控制场景：场景：实际前轮转角设计前轮转角高速转向稳定域轨迹在高速转向稳定控制场景中，分析了所提模型对高车速时急转向场景车辆稳定性的适用性。通过设计的阶跃前轮转角输入，在高速转向稳定控制场景中，分析了所提模型对高车速时急转向场景车辆稳定性的适用性。通过设计的阶跃前轮转角输入，结合稳定域，得到被限值的实际前轮转角结合稳定域，得到被限值的实际前轮转角?移动在车速?基本不变时，设计前轮转角输入阶跃大阶跃大、角度大角度大，不满足车辆稳定性要求。在修正的动态稳定域控制过程中，通过设置控制模式，限制限制?和和?，实现动态稳定性控制。初速度120km/h，?=0.8受稳定域模型控制的车辆姿

9、态迹车辆姿态迹虽超出修正边界，但维持在最大稳定域边界内，满足车辆稳定性要求。Copyright 2018-2019 Suzhou Automotive Research Institute,Tsinghua University *非授权请勿打印、复制、剪辑、对外传阅！p 智能底盘域对线控转向的指标需求ADAS使能时：使能时：p车道偏离车道边线外侧 0.4 mp车辆纵向减速度应不大于 3 m/s2，引起的车速减少量应不大于 5 m/s。p车辆横向加速度应不大于 3 m/s2，车辆横向加速度变化率应不大于 5 m/s3。自动转向使能时：自动转向使能时：p转向角分辨率：0.1度；p转向角精度1度；

10、p转向速度540度/S(Steering wheel)p角度环需求：运行周期1000u s，输入为目标角度与实际轮胎（或方向盘）转速，输出目标转速，带宽：30-50Hz;p保守助力：50%（6.4吨50-75%）p功能安全等级：ASILDp预期功能安全：转向响应滞后导致的安全隐患设计。图片来源于网络Copyright 2018-2019 Suzhou Automotive Research Institute,Tsinghua University *非授权请勿打印、复制、剪辑、对外传阅！电机：D3-PMSM电机/六相T/N：6.5Nm1300rpm+140A；TAS传感器：hella/BOS

11、CH/BI/Valeo位置识别：HALL/旋变/磁阻双电源供电系统双控制器设计多总线通讯互诊L3及以上自动驾驶功能安全：ASILDADAS:角度接口(0.1&450/s)架构：AUTOSAR&终端OTA力矩管理力矩管理 Torque Management力矩仲裁力矩仲裁/分配分配 Torque Arbitration/Distribution力矩力矩/角度接口角度接口 Torque/Angle IF力矩力矩保护保护 Torque Protection控制权控制权 SwitchRamp基本基本功能功能 Basic Function随速助力随速助力 Speed Power Steering阻尼控制

12、阻尼控制 Damping Control主动回正主动回正 Active Return Center力矩高频补偿力矩高频补偿 High Frequency Torque Compensation惯量补偿惯量补偿 Inertia Compensation转向手感模式选择转向手感模式选择 Steering Hand Feeling Mode Choose自适应稳定补偿器自适应稳定补偿器 Adaptive Stability CompensationOverUse/齿条末端保护齿条末端保护 Rack End Protectionp 满足L3的EPS-PowrPack冗余系统架构Copyright 20

13、18-2019 Suzhou Automotive Research Institute,Tsinghua University *非授权请勿打印、复制、剪辑、对外传阅！ECU2 ECU1UARTCANFDPWMTAS1Master MCU2MPS1TAS2MPS2Slave MCU2Master MCU1Slave MCU1PredriverInverterInverterPredriverPower1整车CAN1整车CAN2Power2M1M2ASILB(D)+ASILB(D)ASILDASILC(D)+ASILA(D)Dual Channel FIT 100Dual Supply FIT

14、 10 p 线控执行系统功能安全冗余架构Copyright 2018-2019 Suzhou Automotive Research Institute,Tsinghua University *非授权请勿打印、复制、剪辑、对外传阅！p 线控转向系统硬件冗余架构Copyright 2018-2019 Suzhou Automotive Research Institute,Tsinghua University *非授权请勿打印、复制、剪辑、对外传阅！p 底盘电子Autosar软件架构服务Copyright 2018-2019 Suzhou Automotive Research Instit

15、ute,Tsinghua University *非授权请勿打印、复制、剪辑、对外传阅！p 冗余转向硬件结构图Copyright 2018-2019 Suzhou Automotive Research Institute,Tsinghua University *非授权请勿打印、复制、剪辑、对外传阅！p 冗余系统交互状态信号序号序号物理通道物理通道内容内容变量名变量名交互周期交互周期更新周期更新周期1HSCT当前运行模式SystemMode_u8_Sig200us200us2主从ECU状态InitArbitration_u8_Sig200usRT3主从目标力矩仲裁模式TqCmdArbitra

16、teMode_u8_Sig200us1ms4主ECU仲裁目标力矩Tacmd_Master_s16s12_Sig200us1ms5从ECU仲裁目标力矩Tacmd_Slaver_s16s12_Sig200us1ms6目标力矩(限制前)Tacmd_unlimited_s16s12_Sig200us1ms7目标力矩（限制后）Tacmd_Limited_s16s12_Sig200us1ms8力矩信号SteeringTq_s16s10_Sig200us1ms9方向盘角度信号SteeringAngle_s16s4_Sig200us1ms10电机转子电气角度MotEAngle_u16s12_Sig200us2

17、00us11A相电流信号MotorCurrentA_Actual_s16s7_Sig200us200us12C相电流信号MotorCurrentC_Actual_s16s7_Sig200us200us13Q轴电流目标值IqRef_Cmd_s16s7_Sig200us200us14D轴电流目标值IdRef_Cmd_s16s7_Sig200us200us15故障等级FaultLevel_u8_Sig200usRT16CANFD当前运行模式SystemMode_u8_Sig1ms1ms17主从ECU状态InitArbitration_u8_Sig200usRT18主从目标力矩仲裁模式TqCmdArb

18、itrateMode_u8_Sig1ms1ms19目标力矩（限制后）Tacmd_Limited_s16s12_Sig1ms1ms20目标角度AngleCmd_s16s4_Sig1ms1ms21故障等级FaultLevel_u8_Sig1ms1ms22PWM同步迟滞时间SyncDelaytime_s16s10_SigRTRT23电机控制运行时间MotCtrDuration_s16s10_SiRTRTCopyright 2018-2019 Suzhou Automotive Research Institute,Tsinghua University *非授权请勿打印、复制、剪辑、对外传阅！应用概

19、应用概率率（%）202010010015km/h10010015km/h需求功率比（需求功率比（%）5050FMEAFMEA严重度（严重度（1010）10105 515km/h15km/h技术亮点：线控冗余系统的仲裁与分配n主从角色的实时转换；n保证最基本的线控功能；n应用场景的二八定律及平均分配原则n环境因素的最大化限制p 线控系统力矩仲裁与分配Copyright 2018-2019 Suzhou Automotive Research Institute,Tsinghua University *非授权请勿打印、复制、剪辑、对外传阅！p 冗余系统协作机制Copyright 2018-201

20、9 Suzhou Automotive Research Institute,Tsinghua University *非授权请勿打印、复制、剪辑、对外传阅！p 冗余系统电机驱动同步交互Copyright 2018-2019 Suzhou Automotive Research Institute,Tsinghua University *非授权请勿打印、复制、剪辑、对外传阅！p 底盘域故障FTTI需求冗余执行冗余执行仲裁与分仲裁与分配配稳定性稳定性安全性安全性Fault confirmationFall Back RouteBasicFunctionFault confirmationMai

21、n Route SilentSwitch OffFunction横向偏移：直道0.2m 弯道0.3m 中心线0.2m横向控制：横向控制：SAEL3时时:FTTI=10-20ms=10-20msSAEL3时时:FTTI=20-30ms=20-30ms纵向制动：纵向制动：SAEL3时时:FTTI=60-80ms=60-80msSAEL3时时:FTTI=80-100ms=80-100msCopyright 2018-2019 Suzhou Automotive Research Institute,Tsinghua University *非授权请勿打印、复制、剪辑、对外传阅！SBW Additio

22、nal Safety Goal SummarySG_No.FSRASIL Level紧急操作模式安全状态Operating mode从故障状态进入紧急操作模式的时间维持紧急操作模式的时间FSR01冗余EPS应该在辅助驾驶中控制方向盘转角跟期望转角在xx度以内D避免输出错误方向盘转角，继续保持输出期望转角能力转向轮角度车速30KM/H以内辅助驾驶过程中15ms10min or one drive-cycleFSR02冗余EPS应该在辅助驾驶中控制方向盘转速跟期望转速在xx.x度/s以内D避免输出错误的方向盘转速，继续保持输出期望的转速能力10.5度/s运行车速30KM/H以内辅助驾驶过程中15m

23、s10min or one drive-cycleFSR03当司机输出转动方向盘的扭矩大于x.xNM时，冗余EPS应该停止方向盘自动控制并且根据司机扭矩提供方向盘助力D手动驾驶优先级大于自动驾驶优先级停止自动控制并且根据司机扭矩提供助力扭矩辅助驾驶过程中15ms10min or one drive-cycleFSR04当任一ECU/TAS/总线异常时，电机应提供30-75%的助力需求D避免整车无法转向部分助力 辅助驾驶过程中15ms10min or one drive-cycleFSR05电机实际力矩估算值与仲裁后的力矩分配值的差值?超出阈值时，EPS输出50%助力D避免力矩分配错误导致助力异

24、常。部分助力 辅助驾驶过程中15ms10min or one drive-cyclep 域控制器功能安全目标（例）Copyright 2018-2019 Suzhou Automotive Research Institute,Tsinghua University *非授权请勿打印、复制、剪辑、对外传阅！关键路径异构设计相似度评价安全执行Dc-link电压采样硬件异构多点采样（电源电压与驱动桥电压）容错度：在合理压差范围内0.3-1V主从调用：驱动桥电压与电源电压有直接的继承关系，因此采用驱动桥电压作为驱动部分的效率计算机相关诊断。软件异构采用中位值与平均值的软件滤波采样Booster Cu

25、rve并行异构曲线多点插值/函数计算容错度：余度0.5nm,同步互诊0.3nm安全优先p 线控系统异构设计Step1：异构设计Step2：相似度评价Step3：安全执行主从调用均值调用缺省调用安全优先功能优先硬件异构+软件异构：DC_Link电压采样、电流采样、电源Enable、TAS采样、基于内核的锁步、多总线互诊、双电机同步、MPS等软件异构：工作模式、NVM、力矩环、底层驱动反馈、RAMP、仲裁、分配反馈、双BL的OTA、诊断等硬件异构：相电流、温度、主辅架构等Copyright 2018-2019 Suzhou Automotive Research Institute,Tsinghu

26、a University *非授权请勿打印、复制、剪辑、对外传阅！关键路径异构设计相似度评价安全执行Dc-link电压采样硬件异构多点采样（电源电压与驱动桥电压）容错度：在合理压差范围内0.3-1V主从调用：驱动桥电压与电源电压有直接的继承关系，因此采用驱动桥电压作为驱动部分的效率计算机相关诊断。软件异构采用中位值与平均值的软件滤波采样Booster Curve并行异构曲线多点插值/函数计算容错度：余度0.5nm,同步互诊0.3nm安全优先NVM方式异构多区（2区或3区）存储，调用时采用轮流或对照调用根据上电的奇偶次数，进行结果评价当发生数据异常时，采用缺省数据或上一次正常工作的数据力矩RAM

27、P并行算法异构采用定步长变化与等比例变化的异构。限值对照：设定的变化率在一定范围内。功能优先，因是限值对照，安全隐患低，在目标阶跃较大时可选择调用。角度计算并行算法异构 方向盘角度传感器采集；轮速+横摆角传感器容错度：冗余度5度安全优先 (偏小）扭矩传感器硬件同步采样容错度：冗余度0.3Nm安全优先(偏小）p 域控制器异构设计（例）Copyright 2018-2019 Suzhou Automotive Research Institute,Tsinghua University *非授权请勿打印、复制、剪辑、对外传阅！Known UnsafeKnown SafeUnknown Unsafe

28、Unknown Safe满足功能安全需求但不满足ADAS横向控制指标p 预期功能安全的关联因子（例）Copyright 2018-2019 Suzhou Automotive Research Institute,Tsinghua University *非授权请勿打印、复制、剪辑、对外传阅！横向控制横向控制性能测试性能测试FS&SOTIF测试内容测试内容ADAS测试内容测试内容正反向空载力矩测试传感器信号数据溢出测试角度阶跃指令响应测试对称度/力矩平顺性传感器信号传输延时特征测试角度连续调节动态响应测试各车速最大转动力矩电压范围超限测试最大调节角度测试静态电流特性测试电压扰动注入测试车速/轮

29、速反馈信号检测输入输出特性测试FAIL-OFF测试感知传感器模拟信号测试主动助力/回正测试Fail-operational测试横向控制响应性测试传感器信号特征测试转向FTTI测试LKA执行性能测试跟随/响应特性机电极限特征SOTIF测试AEB执行性能测试手/自驾驶工况转换特征手/自转换过程故障注入测试APA执行性能测试故障注入测试手/自驾驶工况SOTIF测试手/自驾驶工况转换特征测试底盘域的横纵协调控制远程客户端测试远程客户端测试Switch Ramp时序测试孪生仿真（模拟+实际）孪生仿真（模拟+实际）p 线控转向测试内容Copyright 2018-2019 Suzhou Automotive Research Institute,Tsinghua University *非授权请勿打印、复制、剪辑、对外传阅！Thanks!联系讨论方式：高峰 Intelligent Chassis Electronic Control