CN115782790A - 一种基于新能源汽车线控底盘的改装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于新能源汽车线控底盘的改装方法，在原车基础上加装包含有控制器、转向系统、制动系统、传感器件等机构的线控系统，以实现转向和制动的线性控制，通讯协议开源，可对外实现通讯；换档功能通过模拟原车档位传感器各档位的信号传输给原车VCU以实现换挡，在信号模拟控制的过程中会屏蔽原车档位信号，即可实现原车操作换挡和线控两个模式；驱动加减速控制则通过模拟原车油门踏板信号传输给原车VCU实现加减速控制，在信号模拟的控制过程中屏蔽原车油门信号，即可实现原车加减速和线控两个模式。如此能够帮助学员更好地理解系统组成，解决了因原车是高度集成的产品造成结构不易观察学习的问题，从而满足实验教学的需求。

Description

一种基于新能源汽车线控底盘的改装方法

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种基于新能源汽车线控底盘的改装方法。

背景技术

车辆线控底盘的关键在于线控转向、线控制动系统和线控驱动三大系统，线控底盘是无人驾驶与新能源车正中间的一个契合点，是实现自动驾驶的重要媒介，目前许多新能源车的底盘已经具有了一部分线控工作能力，比如线控转向和线控制动系统。线控底盘由于采用了线(电子信号)的方式来代替传统的机械设备、液压机或气动式等类型的联接，进而实现不需要驾驶人员的力或扭距的输出。线控系统是执行机构和控制组织二者在没有套筒连接和机械设备力量的传送时，将驾驶员的使用命令根据感应器件认知，再选用电子信号等方式历经网络传送给执行机构与电子器件控制器。其中，执行机构运用外界电力能源来进行对应的每项任务，其实施的所有全过程和运行结果受电子器件控制器的控制与检测。

目前国内已有多座城市的许多区域开放了无人驾驶的开放道路，使无人驾驶发展迅速。但由于配备线控底盘的量产车价格高昂，以及量产车的生产厂家不会将线控底盘的通讯协议等相关数据公开。导致目前针对汽车教育多都以实训台架、改装小车(非市场化产品)、或者基于机器人底盘的教学产品，难以在量产车的基础上直接进行线控底盘技术的教学，从而造成教学领域线控底盘技术的应用与市场化产业存在较大差距。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的缺点，提供一种可直接基于量产车型的底盘进行线控改装的方法，既能方便针对市场现有电动(新能源)汽车底盘线控系统的改装，满足底盘线控系统通过加装传感器、计算平台等以拓展自动驾驶功能，同时还能便于学校教授学生汽车的相关知识，以帮助提高学生的认知度及动手能力。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于新能源汽车线控底盘的改装方法，其特征在于：在原车控制器VCU及原车线控CAN的基础上加装整车控制器VCU、整车线控CAN、驱动电路、遥控接收电路、开关电路、转向系统及刹车系统(亦称制动系统)，其中，整车控制器VCU与整车线控CAN、原车线控CAN、驱动电路、遥控接收电路及开关信号之间采用双层PCB板内部电路连接，整车控制器VCU通过整车线控CAN连接到转向系统和制动系统并对二者进行控制；整车控制器VCU分别通过原车线控CAN及驱动电路连接原车控制器VCU；整车控制器VCU还通过开关电路分别连接电源开关、使能开关、急停开关；

原车线控CAN接收原车控制器VCU的报文数据以解析轮速、车速报文，并传输给整车控制器VCU以实现对车速的线性控制；

整车线控CAN用于发送与接收外部CAN报文，包括接收控制指令报文、执行器反馈报文、发送控制指令报文、整车控制器VCU反馈报文；

驱动电路通过模拟电压信号给原车控制器VCU进行车速、档位及刹车等信号的控制；

遥控接收电路连接遥控接收器，在遥控模式下通过接收遥控接收器的信号控制其他模块的输出。

进一步地，整车控制器VCU包括有两个处理器，即第一MCU和第二MCU，两者使用串口通讯方式连接，用于交互接收到的原车控制器VCU的转速、车速等数据。

进一步地，第一MCU连接有第一CAN收发器，第二MCU连接有第二CAN收发器，两CAN收发器一起连接一汽车连接器，汽车连接器用于连接外部线路；第一MCU通过第一CAN收发器连接到汽车连接器用于实现整车线控CAN接收线控指令、发送模块控制指令和反馈报文；第二MCU通过第二CAN收发器连接到汽车连接器用于实现原车线控CAN解析原车控制器VCU的转速、车速等信号。

进一步地，开关电路与第一MCU连接并连接到汽车连接器，用于第一MCU接收电源开关、使能开关和急停开关的信号。

进一步地，第一MCU和第二MCU还连接有降压电路，降压电路连接到汽车连接器，用于将输入的12V电压转化为3.3V电压给第一MCU第二MCU供电。

进一步地，遥控接收电路分别与第一MCU、第二MCU及汽车连接器连接，用于第一MCU接收遥控接收器信号。

进一步地，整车控制器VCU还包括有ADC芯片，其与第一MCU连接；ADC芯片连接有模拟开关芯片，模拟开关芯片与第一MCU及汽车连接器连接，用于第一MCU控制ADC芯片输出0～5V的模拟信号电压作为原车控制器VCU的油门信号，并通过模拟开关芯片控制输出返回到原车控制器VCU；ADC芯片采用LTC1661芯片，其可控制输出两组可调电压信号；模拟开关芯片采用74HC4066芯片。

进一步地，整车控制器VCU还包括有档位电路，其与第一MCU连接，同时档位电路还连接有继电器电路，用于第一MCU控制档位电路的模拟信号电压作为原车控制器VCU的档位信号，并通过继电器电路控制输出；档位电路为三组mos电路，可控制输出三组0或12V的电压信号。

汽车连接器输入的原车控制器VCU的档位信号及ADC芯片输入的模拟档位信号，最终由第一MCU通过控制继电器电路输出返回到原车控制器VCU。

还可设置检测面板，在检测面板上设置有若干相互对应的检测接入端口和检测接出端口，通过信号线将汽车的转向系统、刹车系统及驱动系统分别连接至检测面板的检测接入端口，将检测设备连接至检测面板上对应各系统的检测接出端口，以实现对汽车的检测。通过检测面板实现控制系统不同针脚的信号电压、系统连接关系等的检测。亦可理解成传统修车的模式，以便检测不同信号线的信号。当然，这种检测面板的功能类似于电气检测领域的其它检测转接装置的功能，主要是为了实现电信号的集中转接，便于在教学过程中提供检测端口，相当于将电脑板的端脚引导至检测面板，以方便教学，不用通过拔插插头来检测汽车上具体控制线路的信号。

可通过检测面板给汽车连接上位机，通过上位机修改整个底盘线控系统的程序源代码，以实现对系统算法、通讯协议的修改，并通过持续优化算法，以达到线控转向、制动、驱动的性能优化，也可以理解成通过不同算法来做不同状态下的性能测试。

可在检测面板上设置诊断座，通过诊断座连接下位机，由下位机实现对底盘线控系统的数据读取以及对故障的自诊断。还可通过下位机配套的功能软件，将系统代码转译成系统具体的故障代码，以便于指引教学。

改装后的车辆按以下过程进行工作：

1)第一MCU通过整车线控CAN接收到对应的CAN控制报文或者使用遥控模式接收到遥控接收器的信号；

2)第二MCU通过原车线控CAN接收到原车控制器VCU的转速、车速报文并解析，通过串口通讯发送给第一MCU；

3)第一MCU分析CAN控制报文或遥控信号、车速、轮速等信息；

4)第一MCU根据CAN控制报文或遥控信号，控制对应的油门信号电压、档位信号电压至原车控制器VCU，进行驱动控制；

5)第一MCU根据CAN控制报文或遥控信号，发送对应的转向控制报文给转向系统，进行转向控制；

6)第一MCU根据CAN控制报文或遥控信号，发送对应的制动控制报文给制动系统，进行制动控制。

使用过程：

1、遥控模式

1)打开电源开关，使能开关处于打开状态，确认急停按钮为关闭状态；

2)打开遥控器电源，将遥控器的使能按键打开；

3)通过遥控器上的摇杆及按钮，可以切换车辆状态，如档位、车速、刹车、前轮转向。

2、线控指令模式

1)打开电源开关，使能开关处于打开状态，确认急停按钮为关闭状态；

2)关闭遥控器电源，或将遥控器的使能按键关闭；

3)通过整车线控CAN发送正确的控制报文，即可切换车辆状态，如档位、车速、刹车、前轮转向；

3、人工模式

关闭电源开关或使能开关处于关闭状态且急停按钮为关闭状态。

本发明在原车的基础上加装一套包含有控制器、转向系统、制动系统、传感器件等机构的线控系统，可以实现转向和制动的线性控制，且通讯协议开源，可以对外实现通讯；同时，换档功能通过模拟原车档位传感器各档位的信号传输给原车VCU以实现换挡，在信号模拟控制的过程中会屏蔽原车档位信号，即可实现原车操作换挡和线控两个模式；驱动加减速控制则通过模拟原车油门踏板信号传输给原车VCU，实现加减速控制，在信号模拟的控制的过程中屏蔽原车油门信号，即可实现原车加减速和线控两个模式。

通过对线控底盘的改装，对系统的工作过程能够获得更加清晰的认识，从硬件层次上能够直接观察到的系统有执行电机、相应传感器、控制模块等，这些组成部件都是分布式的，因而能够帮助学员更好地理解系统组成，解决了因原车基本上都是高度集成的产品造成结构不易观察学习的问题；从软件控制层次上看，系统加装完成后可以实现自主线性控制，不同的控制指令得到不同的输出结果，因而能够更好地理解控制程序的编译及协议的重要性。同时还可以通过控制指令完成性能测试，如转向精准度、制动灵敏度等，从而满足实验教学的需求。

如此，通过对市场化量产车进行底盘线控改装，展现了线控底盘技术中的线控通讯、线控模拟的控制方法，系统的控制方法及通讯协议开源，能够更好地满足汽车教学过程中的功能控制、功能测试、开环实验等教学场景，方便针对市场现有的电动汽车底盘线控系统的改装，让学校教授学生相关知识，提高学生的认知度及动手能力。在满足底盘线控系统的教学同时，也可通过加装传感器、计算平台等拓展自动驾驶功能的开发应用。

附图说明

图1为本发明整体架构示意图；

图2为本发明整车VCU内部线路示意图；

图3为本发明控制流程图；

图4为第一MCU及其外围电路图；

图5为第二MCU及其外围电路图；

图6为汽车连接器及其外围电路图；

图7为两个CAN收发器及其外围电路图；

图8为降压电路图；

图9为ADC芯片和模拟开关芯片及其外围电路图；

图10为档位电路图；

图11为继电器电路图；

图12为检测面板的接入示意图；

图13为上位机的功能实现流程图；

图14为通过上位机展示的控制参数示意图；

图15为下位机(亦可称调试主机)的接入示意图；

图16为下位机的功能实现流程图。

具体实施方式

本实施例中，参照图1-图3，并配合图4-图11，所述基于新能源汽车线控底盘的改装方法，在原车控制器VCU7及原车线控CAN3的基础上加装整车控制器VCU1、整车线控CAN2、驱动电路4、遥控接收电路5、开关电路6、转向系统8及刹车系统9，其中，整车控制器VCU1与整车线控CAN2、原车线控CAN3、驱动电路4、遥控接收电路5及开关信号6之间采用双层PCB板内部电路连接，整车控制器VCU1通过整车线控CAN2连接到转向系统8和制动系统9并对二者进行控制；整车控制器VCU1分别通过原车线控CAN3及驱动电路4连接原车控制器VCU7；整车控制器VCU1还通过开关电路6分别连接电源开关20、使能开关21、急停开关22；

原车线控CAN3接收原车控制器VCU7的报文数据以解析轮速、车速报文，并传输给整车控制器VCU以实现对车速的线性控制；

整车线控CAN2用于发送与接收外部CAN报文，包括接收控制指令报文、执行器反馈报文、发送控制指令报文、整车控制器VCU1反馈报文；

驱动电路4通过模拟电压信号给原车控制器VCU7进行车速、档位及刹车等信号的控制；

遥控接收电路5连接遥控接收器23，在遥控模式下通过接收遥控接收器23的信号控制其他模块的输出。

整车控制器VCU1包括有两个处理器，即第一MCU11和第二MCU12，均可使用STM32F303CCT6芯片，两者通过串口通讯方式连接，用于交互接收到的原车控制器VCU7的转速、车速等数据。

第一MCU11连接有第一CAN收发器13，第二MCU12连接有第二CAN收发器14，两CAN收发器一起连接一汽车连接器113，汽车连接器113用于连接外部线路；第一MCU11通过第一CAN收发器13连接到汽车连接器11用于实现整车线控CAN2接收线控指令、发送模块控制指令和反馈报文；第二MCU12通过第二CAN收发器14连接到汽车连接器11用于实现原车线控CAN3解析原车控制器VCU7的转速、车速等信号。

开关电路6与第一MCU11连接并连接到汽车连接器113，用于第一MCU11接收电源开关20、使能开关21和急停开关22的信号。

第一MCU11和第二MCU12连接有降压电路16，降压电路16连接到汽车连接器113，用于将输入的12V电压转化为3.3V电压给第一MCU11第二MCU供电12。

遥控接收电路5分别与第一MCU11、第二MCU12及汽车连接器113连接，用于第一MCU11接收遥控接收器23的信号。

整车控制器VCU1还包括有ADC芯片18，其与第一MCU11连接；ADC芯片18连接有模拟开关芯片111，模拟开关芯片111与第一MCU11及汽车连接器113连接，用于第一MCU11控制ADC芯片18输出0～5V的模拟信号电压作为原车控制器VCU7的油门信号，并通过模拟开关芯片111控制输出返回到原车控制器VCU7；ADC芯片18采用LTC1661芯片，其可控制输出两组可调电压信号；模拟开关芯片111采用74HC4066芯片。

整车控制器VCU1还包括有档位电路19，其与第一MCU11连接，同时档位电路19还连接有继电器电路110，用于第一MCU11控制档位电路19的模拟信号电压作为原车控制器VCU7的档位信号，并通过继电器电路110控制输出；档位电路19为三组mos电路，可控制输出三组0或12V的电压信号。

汽车连接器113输入的原车控制器VCU7的档位信号及ADC芯片18输入的模拟档位信号，最终由第一MCU11通过控制继电器电路110输出返回到原车控制器VCU7。

改装后的车辆按以下过程进行工作：

1)第一MCU11通过整车线控CAN2接收到对应的CAN控制报文或者使用遥控模式接收到遥控接收器23的信号；

2)第二MCU12通过原车线控CAN3接收到原车控制器VCU7的转速、车速报文并解析，通过串口通讯发送给第一MCU11；

3)第一MCU11分析CAN控制报文或遥控信号、车速、轮速等信息；

4)第一MCU11根据CAN控制报文或遥控信号，控制对应的油门信号电压、档位信号电压至原车控制器VCU7，进行驱动控制；

5)第一MCU11根据CAN控制报文或遥控信号，发送对应的转向控制报文给转向系统8，进行转向控制；

6)第一MCU11根据CAN控制报文或遥控信号，发送对应的制动控制报文给制动系统9，进行制动控制。

使用过程：

1、遥控模式

1)打开电源开关20，使能开关21处于打开状态，确认急停按钮22为关闭状态；

2)打开遥控器电源，将遥控器的使能按键打开；

3)通过遥控器上的摇杆及按钮，可以切换车辆状态，如档位、车速、刹车、前轮转向。

2、线控指令模式

1)打开电源开关20，使能开关21处于打开状态，确认急停按钮22为关闭状态；

2)关闭遥控器电源，或将遥控器的使能按键关闭；

3)通过整车线控CAN2发送正确的控制报文，即可切换车辆状态，如档位、车速、刹车、前轮转向；

3、人工模式

关闭电源开关20或使能开关21处于关闭状态且急停按钮22为关闭状态。

参照图12-图16，还可设置检测面板，在检测面板上设置有若干相互对应的检测接入端口和检测接出端口，通过信号线将汽车的转向系统、刹车系统及驱动系统分别连接至检测面板的检测接入端口，将检测设备连接至检测面板上对应各系统的检测接出端口，以实现对汽车的检测。通过检测面板实现控制系统不同针脚的信号电压、系统连接关系等的检测。亦可理解成传统修车的模式，以便检测不同信号线的信号。当然，这种检测面板的功能类似于电气检测领域的其它检测转接装置的功能，主要是为了实现电信号的集中转接，便于在教学过程中提供检测端口，相当于将电脑板的端脚引导至检测面板，以方便教学，不用通过拔插插头来检测汽车上具体控制线路的信号。

可通过检测面板给汽车连接上位机(这种上位机可以是载有相应控制软件的电脑)，通过上位机修改整个底盘线控系统的程序源代码，以实现对系统算法、通讯协议的修改，并通过持续优化算法，以达到线控转向、制动、驱动的性能优化，也可以理解成通过不同算法来做不同状态下的性能测试。比如，为了验证控制系统算法的正确性，也就是说提供了系统算法的源代码，实现在教学过程中算法逻辑的优化修改，在修改完算法代码后，就需要对不同代码下的运算性能进行测试。例如，发送执行50％的左转向功能，那么左转向的转向角度以多少度最合适，就需要经过多次测试来明确和优化。

可在检测面板上设置诊断座，通过诊断座连接下位机(或称调试主机，可以是载有相应功能软件的电脑)，由下位机实现对底盘线控系统的数据读取以及对故障的自诊断。还可通过下位机配套的功能软件，将系统代码转译成系统具体的故障代码，以便于指引教学。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (10)

1.一种基于新能源汽车线控底盘的改装方法，其特征在于：在原车控制器VCU及原车线控CAN的基础上加装整车控制器VCU、整车线控CAN、驱动电路、遥控接收电路、开关电路、转向系统及刹车系统，其中，整车控制器VCU与整车线控CAN、原车线控CAN、驱动电路、遥控接收电路及开关信号之间采用双层PCB板内部电路连接，整车控制器VCU通过整车线控CAN连接到转向系统和制动系统并对二者进行控制；整车控制器VCU分别通过原车线控CAN及驱动电路连接原车控制器VCU；整车控制器VCU还通过开关电路分别连接电源开关、使能开关、急停开关；

原车线控CAN接收原车控制器VCU的报文数据以解析轮速、车速报文，并传输给整车控制器VCU以实现对车速的线性控制；

整车线控CAN用于发送与接收外部CAN报文，包括接收控制指令报文、执行器反馈报文、发送控制指令报文、整车控制器VCU反馈报文；

驱动电路通过模拟电压信号给原车控制器VCU进行车速、档位及刹车信号的控制；

遥控接收电路连接遥控接收器，在遥控模式下通过接收遥控接收器的信号控制其他模块的输出。

2.根据权利要求1所述的基于新能源汽车线控底盘的改装方法，其特征在于：整车控制器VCU包括有两个处理器，即第一MCU和第二MCU，两者使用串口通讯方式连接，用于交互接收到的原车控制器VCU的转速、车速数据；

第一MCU连接有第一CAN收发器，第二MCU连接有第二CAN收发器，两CAN收发器一起连接一汽车连接器，汽车连接器用于连接外部线路；第一MCU通过第一CAN收发器连接到汽车连接器用于实现整车线控CAN接收线控指令、发送模块控制指令和反馈报文；第二MCU通过第二CAN收发器连接到汽车连接器用于实现原车线控CAN解析原车控制器VCU的转速、车速信号。

3.根据权利要求2所述的基于新能源汽车线控底盘的改装方法，其特征在于：开关电路与第一MCU连接并连接到汽车连接器，用于第一MCU接收电源开关、使能开关和急停开关的信号；第一MCU和第二MCU还连接有降压电路，降压电路连接到汽车连接器，用于将输入的12V电压转化为3.3V电压给第一MCU第二MCU供电。

4.根据权利要求3所述的基于新能源汽车线控底盘的改装方法，其特征在于：遥控接收电路分别与第一MCU、第二MCU及汽车连接器连接，用于第一MCU接收遥控接收器信号。

5.根据权利要求4所述的基于新能源汽车线控底盘的改装方法，其特征在于：整车控制器VCU还包括有ADC芯片，其与第一MCU连接；ADC芯片连接有模拟开关芯片，模拟开关芯片与第一MCU及汽车连接器连接，用于第一MCU控制ADC芯片输出0～5V的模拟信号电压作为原车控制器VCU的油门信号，并通过模拟开关芯片控制输出返回到原车控制器VCU；ADC芯片采用LTC1661芯片，其可控制输出两组可调电压信号；模拟开关芯片采用74HC4066芯片。

6.根据权利要求5所述的基于新能源汽车线控底盘的改装方法，其特征在于：还包括有档位电路，其与第一MCU连接，同时档位电路还连接有继电器电路，用于第一MCU控制档位电路的模拟信号电压作为原车控制器VCU的档位信号，并通过继电器电路控制输出；档位电路为三组mos电路，可控制输出三组0或12V的电压信号；汽车连接器输入的原车控制器VCU的档位信号及ADC芯片输入的模拟档位信号，最终由第一MCU通过控制继电器电路输出返回到原车控制器VCU。

7.根据权利要求6所述的基于新能源汽车线控底盘的改装方法，其特征在于：设置检测面板，在检测面板上设置有若干相互对应的检测接入端口和检测接出端口，通过信号线将汽车的转向系统、刹车系统及驱动系统分别连接至检测面板的检测接入端口，将检测设备连接至检测面板上对应各系统的检测接出端口，以实现对汽车的检测。

8.根据权利要求7所述的基于新能源汽车线控底盘的改装方法，其特征在于：通过检测面板给汽车连接上位机，通过上位机修改整个底盘线控系统的程序源代码，以实现对系统算法、通讯协议的修改，并通过持续优化算法，以达到线控转向、制动、驱动的性能优化。

9.根据权利要求8所述的基于新能源汽车线控底盘的改装方法，其特征在于：在检测面板上设置有诊断座，通过诊断座连接下位机，由下位机实现对底盘线控系统的数据读取以及对故障的自诊断。

10.根据权利要求6所述的基于新能源汽车线控底盘的改装方法，其特征在于：按以下过程进行工作，

1)第一MCU通过整车线控CAN接收到对应的CAN控制报文或者使用遥控模式接收到遥控接收器的信号；

2)第二MCU通过原车线控CAN接收到原车控制器VCU的转速、车速报文并解析，通过串口通讯发送给第一MCU；

3)第一MCU分析CAN控制报文或遥控信号、车速、轮速信息；

4)第一MCU根据CAN控制报文或遥控信号，控制对应的油门信号电压、档位信号电压至原车控制器VCU，进行驱动控制；

5)第一MCU根据CAN控制报文或遥控信号，发送对应的转向控制报文给转向系统，进行转向控制；

6)第一MCU根据CAN控制报文或遥控信号，发送对应的制动控制报文给制动系统，进行制动控制。

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