基于CAN網絡的智能網聯汽車線控底盤系統測試研究

中圖分類號：U43.1 收稿日期：2025-02-17 DOI： 10.19999/j.cnki.1004-0226.2025.05.015

Research on Testing of CAN Network-Based X-by-Wire Chassis System for Intelligent Connected Vehicles

Mao Libo She Xiang Zhejiang Technical Institute of Economics，Hangzhou 310o18，China

Abstract：Withtherapid developmentof intellgentconnected vehicle technology，an increasingnumberofindustry productsare equiped withahigher-levelx-by-wirechasissystem.BasedonCANbus networkcontroltechnologyandcorrspondingtestequipment，this paperbuildsatestbnchforthex-by-wirechasissystmofacertan typeofinteligentcoectedvehicle.Itteststhexby-wire steringresponseunder diferenttorques andsimultaneouslyestablishesanevaluationsystemfromaninovative dimesion， providingadirectionfortheimprovementofthetestresearchonthex-by-wirechasissystemofintellgentconnectedvehicles.

Keywords：X-by-wireChassis;CANNetwork;TestResearch

1前言

隨著汽車產業往電動化、智能化、網聯化方向持續變革，線控底盤技術成為智能網聯汽車的核心技術載體之一。作為銜接上層算法與下層執行的關鍵一環，線控底盤系統通過電信號實現了驅動、制動、轉向等核心功能的數字化精準控制。這不僅為后續高級別的自動駕駛提供了必要的執行基礎，更是為車輛的智能化運動控制構建了核心的物理平臺。同時，結構與控制的變化也意味著整車或系統層面的使用會出現新的問題。為確保研發、使用、售后層面的可靠與精確，對相關系統的測試研究變得日益重要。

本文搭建基于實車的線控底盤系統測試臺架，并研究創新維度的測試過程與結果評價體系，為智能網聯汽車線控底盤系統測試研究提供了新的研究思路與完善方向。

2線控底盤系統測試研究現狀

線控底盤系統已經發展數年，對于系統的測試，一些學者進行了研究。么洪列等1基于某重型卡車參數，提出了基于硬件在環HIL的線控轉向系統試驗方案，并搭建了自動控制試驗模型。蘇海東等2通過對試驗車型的制動與轉向系統改裝并連接診斷接口，成功編譯線控底盤系統關鍵行駛參數，為基于實車的進一步線控試驗提供了實踐基礎。胡健健等3設計了基于B/S架構、無人駕駛域控、VCU、5G模塊與CAN轉以太網模塊的無人電動礦卡線控底盤的遠程調試工具。李淑萍4通過改裝某型純電動乘用車構建了無人駕駛實驗平臺，并通過ROS分布式模塊設計實現了軟件系統與線控系統的實時通信。貫懷光等5基于智能底盤試驗平臺與CANoe軟件提出一種智能底盤輔助駕駛系統控制精度和穩定性測試方法，并定義了相關測試指標。陳克乾[6]基于對通信靈活性等四方面因素進行考慮比較，認為汽車關鍵部件系統采用CAN更適合新能源汽車的通信環境。向世林等7探討了高級駕駛輔助系統情況下的X-in-loop測試的相關方法，并提出了可以對系統進行全面測試的虛擬混合測試方法。

綜上，當前線控底盤系統測試已經基于硬件在環、實車改裝、遠程控制等多種模式開展研究，在硬件選型搭建和軟件設計調試上均有了較為深入的探索，但是對于相關測試指標的維度定義、評價體系研究還需要進一步完善。

3基于CAN網絡的測試臺架框架設置

本文所使用的材料及對象有：某型純電動智能網聯汽車，專用自動駕駛訓練臺架，CAN網絡讀取設備與對應軟件、電腦、汽車故障診斷儀以及相應安全防護設備。

試驗汽車為后置電機后輪驅動形式，為安全起見，對后輪采用限位塊固定，以防在車輛測試中造成意外。專用自動駕駛訓練臺架與整車CAN網絡控制線束相連接，同時與安裝在車身外部的車載智能化硬件相連接，包括32線激光雷達、毫米波雷達、前置主攝像頭等。其中激光雷達因傳輸數據量大，采用網線連接而非傳統CAN線或LIN線。此外，由于上述智能化硬件為后裝，原車并不配備控制單元，因此訓練臺架還配備有智能駕駛芯片，以及接收控制整車端CAN信號的上位主機。連接原理圖見圖1。

底盤線控部分從整車模塊CAN線衍生出來接入臺架的上位機，并同樣借助相對應的CANTool軟件。在CANTool軟件中已經內置了與試驗車型對應的dbc數據庫文件。dbc文件全稱是DatabaseCAN文件，用于描述CAN網絡中所傳遞的數據。在汽車車載CAN網絡中傳遞的數據為二進制，雖然目前汽車會根據所處模塊的不同來配置不同的CAN網絡。但在一個網絡下依舊會傳輸大量信息。因此dbc文件主要的作用是定義CAN消息中的版本、波特率、網絡節點、報文、信號、注釋、特征等，其中報文的定義包括報文ID、報文長度、報文名稱、報文發送方，信號的定義包括數值類型、數值范圍、偏移量、因子以及單位等。由此，才可以在CANTool軟件通過數據庫文件解析CAN信號。通過CANTool軟件接收、發送界面以及dbc數據庫。由此，使用請求信號的發送與目標信號的狀態觀測，來協助完成相關底盤線控相關功能的測試與評價。

線控部分的實現是借助目標試驗汽車的ACC自適應巡航控制功能（AdaptiveCruiseControl）。自適應巡航控制是在定速巡航的基礎上迭代而來，定速巡航可以使得車輛在縱向前進方向保持一定的速率，但無法進行與前方物體的距離控制以及橫向方向的保持。因此融合了縱橫向控制的新型自適應巡航可以實現的功能有：a保證與前方物體的固定距離，即巡航速度可變；b.保證在車道線內的居中行駛，即轉向角度可調整。控制原理見圖2。

因此，在該類型的自適應巡航控制中，可以實現線控底盤的相關功能，包括控制系統對于電驅的控制、對制動系統的控制以及對轉向系統的控制。以轉向系統為例，在車輛高壓上電的情況下，智能駕駛控制器或整車VCU根據為保持居中所需要的車身偏移量來計算方向盤所需轉角，并通過自身或上位機的信號控制輸入電動轉向電機的電流來實現對駕駛員端以及路面端的控制，即對方向盤進行轉角控制以及對轉向器進行角度控制，最終實現車輛橫向偏移的效果。實車操作如圖3所示。

4線控底盤系統測試流程與性能評價

在完成測試系統的搭建后，選取測試的目標、進行測試流程并建立測試結果的評價體系。本研究選取線控轉向子系統作為研究目標，通過上述搭建系統進行測試，擬測試的目標參數為方向盤偏轉角，同時將方向盤偏轉的精確性、穩定性以及不同轉向扭矩限制下的上述性能作為評價體系。測試方法如表1所示。

在測試中，確立觀測對象與控制對象。觀測對象為試驗汽車CAN信號中的方向盤轉角，即整車CAN第1通道下的轉向系統數據幀。該數據幀長度為64位，包括多個信號：方向盤轉角、方向盤轉速、駕駛員介入狀態等。選取其中的方向盤轉角信號EpsSystemSteeringAn-gle。控制對象為試驗汽車CAN信號中的ACC系統數據幀。該數據幀長度為32位，也包括多個信號：最大轉向扭矩限制、最小轉向扭矩限制、方向盤轉角請求與轉向控制激活等。選取上述信號作為控制，名稱為MotorTorqueMaxLimitRequest、MotorTorqueMinLimitRequest、AngleRequest、AngleRequestActive。最后，以車載CAN網絡上位機控制常使用的 10ms 為發送周期進行控制。

在CANTool軟件窗口中觀察方向盤轉角控制請求與方向盤實際轉角反饋，并進行導出與計算，可以評估線控轉向多維度下的相關性能。

由于車輛本身處于環氧地坪地面，考慮到安全因素，將扭矩初始控制在 ±10N?m ，評價該數值限制下線控轉向系統中的方向盤全過程反饋。通過數據呈現可以發現，本次測試于0s開始，在5s進行左轉 30^° 角階躍指令發送并保持持續的周期發送狀態，在間隔10s后的第15s進行回正指令；在第25s進行右轉 30^° 角階躍指令發送并保持周期發送，在第 35s 再一次發送回正指令，最后于第40s結束控制，完成測試。此處根據車輛xyz方向的正負規則，定義左側正右側負，因此左轉30度為 +30^° ，右轉反之。試驗汽車在 30^° 角的轉向指令下，發生短暫的震蕩后被控制系統迅速抑制，并最終恢復到穩定狀態。此處定義與目標轉角偏差量 1% 為最終穩定狀態，此處即 0.3^° ，圖表呈現與數據計算如圖4、表2所示。

定義首次達到目標轉角用時為上升時間 Δt₁ ，到達第一次超調幅值用時為超調時間 Δt₂ ，波動停止用時為抑制時間 Δt₃ ，到達穩定值（即與穩定值誤差在 ±1% 用時為延遲時間 Δt₄ ，最終到達目標角度數值用時為最終時間 Δt_5° 由表2可以發現，在初始設定的正負 10N?m 轉向扭矩限制下，當給予左右轉 30^° 的階躍輸入，試驗汽車的線控轉向系統會出現短暫的兩次轉向角超調，第一次擺振出現在 20ms 時刻，擺振幅值波動率平均為37.5% ，隨后進行 10ms 的回彈，平均回彈角度絕對值為13.2^° ，范圍處于較輕與打手嚴重之間，打手程度可以接受[8]。在回彈后系統繼續進行第二次角度調整，此次依舊出現擺振波峰但幅值已被抑制。平均波動角度絕對值為 3.6^° ，對應波動率為 11.9% ，明顯小于第一次。說明線控轉向系統中已經對擺振采取了及時的扭矩控制來進行抑制。最終在 40ms 時刻開始進入不再波動的平穩區間，并在 130～144ms 之間進入波動誤差 ±1% 的穩定區間。由此，在底盤線控測試系統的第一次試驗下，目標試驗車型在階躍輸入后，出現了短暫輕微的打手，隨后迅速穩定。

接下來對不同扭矩限制下的相同角度階躍輸入進行對比測試，并對測試結果建立多指標體系的評價。考慮到車輛輪胎所處環境，確定線控轉向系統扭矩限制值的范圍為 5～20N?m ，并且以 5N?m 為間隔，分為四組進行測試評價，分別為 ±5 N?m 、 ±10 N?m 、±15N?m?±20N?m. 。圖表呈現與數據對比如圖5～圖8以及表3、表4所示。

通過上述轉向角反饋圖觀察得到，在 5～20N?m 區間的不同扭矩限制下，通過報文發送測試，進行角階躍輸入指令，試驗汽車的方向盤均在 20ms 左右達到第一次超調幅值，隨后進行 10ms 快速回彈 12^°～15^° 后開始第二次超調幅值，此時由于試驗汽車線控轉向系統扭矩控制作用，二次超調幅值遠小于第一次幅值，并在該次幅值之后就不再出現超調，開始穩定趨向于最終目標數值，約在 150ms 開始進入穩定值區間，即此時方向盤角度數值與目標角度數值誤差在 ±1% ;并在約 260～340ms 時刻達到最終目標角度值。

試驗中選取左轉 30^° 角階躍和右轉 30^° 回正階躍這兩個情況進行進一步測試參數評價，觀察得到在試驗所處 0km/h 速度環境下，對線控轉向系統方向盤側進行的轉矩限制數值不同會影響到方向盤反饋。以圖5和表3的左轉 30^° 角階躍為例，更高的最大轉向扭矩會帶來更快響應度、更大波動性，在 20N?m 的最大扭矩限制下，波動率超過 40% 。從抑制能力的維度評估，更大的轉向扭矩限制，會帶來更快的波動抑制，試驗汽車更早進入到趨穩狀態。從穩態表現的維度評估，不同扭矩限制下達到穩定值的用時差別在 20ms 以內，但大扭矩限制會導致更久的最終數值到達用時。繼續觀察圖8和表4中右轉 30^° 后回正階躍場景，對試驗汽車線控轉向系統所評估出的結論一致：響應度與波動性維度，扭矩限制越大響應越快、波動越明顯、超調量越大。抑制能力維度，小扭矩限制相比大扭矩限制具有更慢的波動抑制。穩態表現維度，小扭矩限制下可以更早進入穩定值范圍以及更早到達最終目標數值。

綜上，試驗汽車線控轉向系統整體上對于角階躍輸入有較快的響應以及較好的波動抑制作用與穩態表現，在不同的最大扭矩限制下，其響應度、波動性、抑制能力與限制值存在正比關系，但在穩態表現能力上，則呈現出反比關系。后續將繼續開展更多維度下的線控轉向以及整個線控底盤測試研究。

5結語

a.總結梳理智能網聯汽車線控底盤系統測試發展現狀，當前對于測試系統的設計、研究、優化有多方面的探索與進展，但在測試評價維度、評價創新性等方面還需要做進一步研究。

b.搭建基于CAN網絡的線控底盤系統測試臺架，并結合試驗實車和上位機設備，選擇線控轉向作為測試研究方向，進行了多種場景與限制條件下的線控底盤系統轉向相關功能測試。

c.針對測試結果，開展創新維度評價指標體系下的測試結果分析，包括響應度、波動性、抑制能力與穩態表現。基于上述維度下的分析結果，對試驗車型的線控轉向系統相關性能進行了多維度、有針對性地評價。研究結論可為下一步深入線控底盤其他子系統的測試與評價研究提供參考。

參考文獻：

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