中科深谷CSPACE实时仿真控制系统+线控底盘，全面赋能新能源汽车，引领智能驾驶！

       随着科技的发展，人们对汽车的需求也逐渐提高。在众多的汽车技术中，自动驾驶技术可以说是其中最炙手可热的一个领域。而实现自动驾驶，线控底盘技术则是关键的一环。

PART 01 什么是线控底盘？

       线控底盘技术就是把刹车、油门、转向、悬挂等关键部分，从传统的整体机械硬连接，变成了通过电线连接的线控设计，通过电信号的传递来完成车辆的横向和纵向控制。

PART 02  自动驾驶的基石——线控底盘应用背景

1、改装式转向系统工序复杂，可靠性低

       普通底盘的转向系统改装，需要经由拆解、管柱切割、驱动机构焊接、系统联调等步骤；难以避免加工周期长、工序复杂、可靠性低、精度差等特点。

2、真空助力式制动系统，线控改装难度高

       常见的制动系统线控化改装，一是利用商用ESC泵来提供主动增压制动；一是利用直线性推杆模拟制动踏板动作提供增压制动。两种改装方案均基于原有设备，寿命短、可靠性低，无法适应自动驾驶车辆长时间、满负荷运行的需要。

3、电机控制器接口多样，无总线控制能力

       要实现驱动系统的总线化控制，必须将电机控制器的控制接口实现总线化管理；传统的工控机+单片机扩展板的方案，接线复杂，安装困难，难以实现接口标准化、开发平台化，运行稳定化。

4、车上电气开关杂乱，无统一线控接口

       目前鲜见全车电气总线化控制，其原因在于工控机IO口数量有限，电平标准单一，无法将多个开关接入工控机。

       由于线控系统取消了传统的机械连接，取而代之的是传感器、控制单元及电磁执行机构，所以具有安全、响应快、维护费用低、安装测试简单快捷的优点。

       但是线控制动系统作为电动汽车的核心部件，涉及制动、能量回收、自适应巡航和自动紧急刹车等多项功能，对整车的经济性、舒适性及安全性有着紧密的联系，因此必须在车辆研发阶段对其进行充分的测试。硬件在环测试系统，通过仿真模拟与线控制动系统相关联的零件并与线控制动系统进行信息交互，可以实现对线控制动系统全场景、全功能的自动化快速测试，及时发现软件的缺陷，减少实车验证时间，确保软件功能符合设计要求。

       针对智能化汽车研发与测试，以中科深谷核心产品CSPACE-RT为仿真控制平台构建基于模型设计的仿真与测试一体化应用平台，结合各种先进虚拟仿真系统，建立先进汽车控制系统设计开发体系、软硬件在环测试与系统实现技术，满足多传感器、多车型、多主机厂等用户开发、测试需求。

图|系统+汽车行业解决方案

       智能驾驶功能开发与测试包含建立测试场景部分、车辆动力学模型部分、ADS 智驾应用层算法、VCU 整车控制、台架及电气设备。

图|系统+智能驾驶

PART 03 中科深谷智能驾驶HIL仿真测试在智驾开发中的应用

       测试场景是开展自动驾驶汽车测试评价的重要前提，基于场景的自动驾驶汽车测试方法是实现加速测试、加速评价的有效途径。由于真实交通场景复杂多变，场景特征要素需求尚未清晰，难以实现测试场景全覆盖。因此，基于道路交通规则和交通安全现状，需要结合典型的道路交通情景、道路交通事故、道路交通违法等真实驾驶场景，设计一种测试场景自动重构方法，通过解构真实场景并自由多种组合场景要素从而构建更丰富的测试场景。

智能驾驶HIL仿真测试解决方案

01  测试模式一

       由高性能场景主机+ADS 域控制器+VCU 整车控制器+实时系统+实车台架形成大闭环 HIL 测试台架，在高性能场景主机里通过 Prescan 软件搭建 ADAS 测试场景，并将环境感知信息通过以太网输出给 ADS 域控制器，ADS 域控制 器通过 CAN 信号将控制指令传送至 VCU，VCU 按照指令驱动台架执行相关控制，并收集反馈信号后通过 CAN 信号发送至 CSPACE 实时系统，CSPACE实时系统根据实际台架执行响应调整自车动力学属性，并通过以太网反馈至高性能场景主机以改变当前车辆运动姿态。此模式根据真实硬件执行情况作为智驾功能开发测试依据，可以更加准确地标定功能算法。

*转向模型和实际转角可分别参与仿真。

模式一功能：（用例场景实现自车的横向变道以及跟车减速）

功能场景：高速行车三车道场景，右前车道有辆速度慢于自车的行驶车辆。（具有高速公路定义、交通参与车辆定义，输出目标级交通车辆信息、定位信息通过以太网通讯给 ADS）；

ADS 通过以太网接收传感器采集的数据，建立当前自车周围环境模型，然后计算运行 op-planner 规划算法，开放碰撞条件判断及 cost 函数设计接口，进行轨迹簇筛选，计算出自车运行控制的车速以及转角控制值，通过 CAN 总线通讯传传输车速及目标转角至 VCU；

VCU 接收到 ADS 的控制指令后，进行底层线控控制台架驱动、制动控制等执行（（真实制动压力闭环及目标转角闭环，开放车速闭环及转角闭环控制器接口）， 通过 CAN 总线与 CSPACE 实时系统通讯。同时CSPACE实时机运行转向系统模型、驱动负载模型、接受压力闭环数据至制动轮缸模型，实时反馈车辆位置和姿态，并通过以太网通讯与场景主机通讯，将自身车辆状态反馈至场景主机，实现场景里自车的横向变道和减速动作。

02  测试模式二

      由高性能场景主机+ADS 域控制器+VCU 整车控制器+NI 实时系统可形成闭环的 PIL 测试台架，根据CSPACE实时系统车辆动力学模型反馈结果可快速验证智驾应用层算法和 VCU 控制算法。

模式二功能： 

功能场景：低速园区场景（具有场景定义、交通参与车辆、行人定义，输出激光雷达点云数据、定位信息通过以太网通讯给 ADS），；

智驾功能算法：ADS 运行 NDT 建图定位算法，栅格地图导入，运行 A*算法，开放控制接口，运行预瞄控制算法，开放预瞄距离及 PID 控制参数设置，通过 CAN 总线通讯传传输车速及目标转角至 VCU；

执行控制算法：VCU 进行底层线控控制（目标制动压力闭环及目标转角闭环，开放车速闭环及转角闭环控制器接口），通过 CAN 总线与 CSPACE实时系统通讯；

实时动力学：运行制动系统模型、转向系统模型、接受 VCU 制动压力及转向转矩控制指令，实时反馈车辆位置和姿态，通过以太网通讯与场景主机通讯。

03  测试模式三

       由高性能场景主机+VCU 整车控制器+CSPACE实时系统可形成闭环的 PIL 测试台架，高性能场景主机运行 CarSim 场景以及智驾功能算法，VCU 做车辆控制算法，CSPACE实时系统车辆动力学模型反馈响应结果至高性能主机和 VCU 控制器。

模式三功能：

功能场景：Carsim 动力学场景（麋鹿测试场景、车速、横摆角速度、侧向加速度、转角通过 CAN 通讯给 VCU）；

执行控制算法：ESC 汽车电子稳定程序算法，开放理想横摆角速度模型、DYC 直接横摆力矩控制模型及制动力分配模型，（目标制动压力闭环），通过 CAN 总线与 CSPACE实时系统通讯；

实时动力学：运行制动系统模型、转向系统模型、接受 VCU 制动压力，实时反馈车辆位置和姿态，通过以太网通讯与场景主机通讯。

04   测试模式四

        由高性能场景主机+ADS 域控制器可形成闭环的 PIL 测试台架，高性能场景主机运行智能驾驶功能场景和车辆运动模型，ADS 域控制器做智驾功能控制算法。即 ADS 域控制器根据智驾功能做出控制指令后，输出给场景里自车运动模型。

功能场景：低速园区场景（具有场景定义、交通参与车辆、行人定义，输出激光雷达点云数据、定位信息通过以太网通讯给 ADS），；

智驾功能算法：ADS 运行 NDT 建图定位算法，栅格地图导入，运行 A*算法，开放控制接口，运行预瞄控制算法，开放预瞄距离及 PID 控制参数设置，通过 CAN 总线通讯控制 prescan 车辆运动学模型。

05  测试模式五

       由高性能场景主机+VCU 整车控制器+实时系统+实车台架+驾驶员形成驾驶员在环闭环 HIL 测试台架。驾驶员操作实车台架执行部件，VCU 采集选换挡、油门踏板、制动踏板等指令信号，CSPACE实时系统采集制动压力，方向盘转角等信号，并建立车辆动力学模型，反馈至高性能场景主机，将驾驶员真实驾驶意图融入至仿真场景中。

模式五功能： 

功能场景：高速行车场景（具有高速公路定义、交通参与车辆、行人定义）；执行控制算法：VCU 采集座舱方向盘、档位、油门及制动输入，通过 CAN总线将开环数据接口传递给实时动力学模型；

实时动力学：运行转向系统模型、驱动负载模型、接受压力闭环数据至制动轮缸模型，实时反馈车辆位置和姿态；通过以太网通讯与场景主机通讯；

测功机：实时进行驱动负载加载，CSPACE实时主机通过 CAN 总线与负载系统通讯。

HIL仿真测试系统的优势

1、场景搭建便捷：应用Driving Scenario Designer、RoadRunner快速搭建仿真场景。

2、车辆动力学真实：应用CSPACE快速原型建立实时仿真系统。

PART 04  基于CSPACE实时仿真控制系统的分布式智能线控底盘平台VCU整车控制、动力系统、线控转向.....全开源！

       分布式智能线控底盘平台基于CSPACE实时仿真控制系统，主要用于无人驾驶验证，模拟各种车辆在不同的路况、交通环境下的驾驶情况，以及对车辆运动控制技术或控制算法的仿真和验证。该平台具备高可靠性、高灵活度、跨运行平台的特点。VCU整车控制、动力系统、主动刹车、线控转向、电池管理，全开源开发！可以定制的四驱四转移动机器人、麦克拉姆轮机器人等平台，还可用于机器人微专业建设、研究生联合培养、研电赛等需求。

图 | M2型线控底盘

M2型线控底盘主要特点

1、四轮驱动，前后独立转向

2、前后液压盘式制动器，后轮电子卡钳驻车

3、框架式车架、模块化设计、线控设计

4、车规级CAN 2.0通讯（协议定制）

5、配置线控底盘控制器，提供底盘的安全及功能协调控制

6、车规级高低压线束布置

7、车规级动力锂电池、高效电池管理系统

8、充电机、DCDC

9、预留上装设备接入接口（通讯、电源）

PART 05  应用领域案例展示

1、自动驾驶物流车（园区物流）

3、自动驾驶观光车

       随着汽车向电动化、智能化方向发展，汽车的电子部件会越来越多，测试精度、覆盖度及测试周期的要求也会越来越高，因此开发硬件在环测试十分必要。而中科深谷CSPACE实时仿真控制系统的出现，使研发工程师在实际项目验证过程中，大大的缩短了项目的开发周期，减少实车验证时间。

       中科深谷长期扎根于产业，聚焦机器人核心器件研发与产业化，同时立足教育、深化产教融合，致力于创新探索新技术与新工科产业人才培养融合和内在机理。为高校提供教学实训装备、实验室建设、产学研合作、师资培训、专业建设、课程资源开发、创新创业等一体化服务。未来，中科深谷将持续研发创新，将新能源汽车等产业装备设备的硬件、软件、算法等开源开放出来，努力推动教育与产业的融合发展！