随着汽车行业向智能化和自动驾驶技术的不断推进，线控转向（Steer-by-Wire，SBW）技术逐渐被各方重视起来。SBW系统通过电子信号取代传统的机械转向装置，使得方向盘和转向机械机构解耦，为汽车带来了更高的集成度，更大的可变转向比，更灵活的设计和更高的舒适性等。Vector可提供完整的SBW控制器测试解决方案，以下将结合当前实施的线控转向功能测试系统项目为大家详细介绍。
杭州擎威科技有限公司（以下简称“擎威”）在研发SBW线控转向手轮控制器（HWA）和路轮控制器（RWA）的项目中，Vector与擎威深度合作，共同开发了SBW信号级闭环HiL测试系统。
01
测试系统概述
该项目为客户提供针对SBW系统的ECU级HiL测试解决方案，即信号级闭环HiL测试系统。
包含的被测对象仅有HWA和RWA的ECU PCB板：
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HWA与RWA控制的助力电机及逆变器由FPGA仿真板卡（VT5838）仿真
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TAS传感器的SENT信号由SENT板卡（VT2710）仿真
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CAN总线仿真由总线接口卡（VT6104B）提供
软件方面：
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DYNA4提供车辆动力学模型，用于SBW HiL系统闭环
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vTESTstudio负责自动化测试环境搭建及脚本设计
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CANoe作为测试、仿真、分析的核心平台，运行测试工程和自动化测试脚本
图1：基于CANoe的SBW信号级闭环HiL测试系统拓扑
02
电机控制与模型
HWA和RWA可以视作两个电机控制器，首先需要实现对电机的精确控制。VT5838是一款高性能的FPGA复合I/O板卡，其上可运行各种定制化开发的电机及逆变器FPGA模型。本次项目中VT5838将分别为HWA和RWA完成6相永磁同步电机（PMSM）的仿真，采集被测ECU输出的PWM和电机继电器开关信号，并将电机位置传感器信号、相电压、相电流、母线电压/电流等信号反馈给被测ECU。由于信号精度要求高，为避免干扰，需充分考虑VT5838与被测ECU的共地处理。
在完成硬件的通道匹配工作后，需在CANoe中完成电机模型的参数匹配，参数的正确与否将直接影响电机模型的转矩和转速特性。包括：磁通量、Id/Iq、Ld/Lq、死区时间、极对数等诸多参数。
不同于传统电驱控制器的电机模型调试，在转向HiL中“零位点”十分重要，方向盘的回正等功能会以此为基础。除此以外，还需要完成电机模型d/q轴与HWA/RWA控制器的对齐。
以上HWA/RWA控制器可与逆变器和电机模型构成一个小闭环。在此阶段，可对被测ECU进行电机控制算法的验证，如：N-T曲线、极限转矩、极限转速等测试。该电机模型还能够实现多种针对电机的故障注入，如：白噪声、高频干扰等。
图2：逆变器和电机FPGA仿真模型信号交互拓扑
03
HWA与RWA其他信号
完成HWA/RWA控制器与FPGA模型的闭环调试后，可将HWA/RWA与逆变器和电机模型视为一个整体，即完整的手轮路感模拟系统和路轮转向执行系统。接下来进行HWA与RWA控制器的联合调试，此部分主要为总线通讯以及TAS传感器的仿真与调试。
TAS传感器的SENT信号由VT2710进行仿真，为SBW系统提供及时、准确的扭矩和转角信号。根据TAS传感器手册，在完成必要的参数配置和信号定义后，可通过VT2710板卡将SENT信号发送至控制器。而基于CANoe Option AMD/XCP，通过CCP/XCP协议观测被测ECU是否可以正确地解析SENT信号。
至此，可以实现对被测ECU全范围的连续扭矩及转角信号仿真，也可实现SENT信号的短5V、短GND、开路、CRC错误等故障注入，用于TAS传感器诊断功能和功能安全验证。
图3：CANoe中SENT配置界面示例
SBW系统的正常运行还依赖于完整的残余总线仿真环境。使用CANoe完成配置后，配合总线接口卡（VT6104B或VN1640A等）实现CAN/CANFD仿真及测试。使用VT6104B可进一步实现CAN/CANFD的短VBAT、短GND、终端电阻断开、开路等电气故障，使用CAPL可实现E2E错误、报文丢失、超时等数据链路层和TP层的故障注入。
04
SBW与DYNA4车辆动力学模型
DYNA4是Vector的车辆动力学及ADAS场景仿真软件平台，可无缝耦合CANoe及各主流品牌测试系统实现三电、底盘、ADAS等ECU XiL各环节闭环仿真和测试需求。
DYNA4车辆动力学模型提供SBW控制器所需要的各种车辆状态信号，如：方向盘转角、齿条位移、车身姿态等。DYNA4提供的变量接口会CANoe作为系统变量，与VT System I/O信号、SENT信号及CAN/CANFD报文信号进行映射，最终传递给被测ECU。
DYNA4车辆动力学模型通过CANoe将方向盘转角信号发送给HWA控制器，HWA控制器根据内部算法并结合RWA反馈，控制电机模型输出扭矩，实现手轮系统对于路感的模拟。对于路轮系统RWA会接收到HWA的转角请求，配合FPGA电机模型产生扭矩信号进而传递至DYNA4。DYNA4将计算得到的齿条位置信息传给RWA控制器，实现对车轮转角和车身姿态的控制。
图4：车辆动力学模型与SBW系统数据交互
至此，已经完成对SBW系统的完整闭环。用户可基于DYNA4搭建测试所需的工况和场景，对驾驶员的横/纵向驾驶行为、测试路面等进行编辑，建立丰富的场景库。使用vTESTstudio搭建测试脚本时，将调用所需的测试场景，导入CANoe中实现自动化测试。
图5：SBW与DYNA4实现车辆闭环信号表现
总结
以上为本次SBW信号级闭环HiL测试系统的介绍，该测试系统可充分对被测SBW控制器软件功能逻辑进行验证。相比于EPP级、系统级转向HiL方案，该方案成本低、复用性高、可不受机械结构限制实现更加极限的工况及故障注入模拟。同时可扩展用于总线一致性测试、网络管理测试、诊断测试等SBW底软验证工作。
根据客户的被测对象的不同，对SBW或传统EPS HiL测试系统可进行如下分类：
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SBW/EPS总成级测试系统：测试对象为整个SBW/EPS系统，包含完整的上/下转向机械总成，其传动装置为真实的机械结构。车辆动力学模型仅提供前转向系统以外的被控对象模型。
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SBW/EPS EPP级测试系统：被测对象为包含真实助力电机的上/下转控制器，不包含真实的机械传动装置。在车辆模型中需要对前转向系统中的机械传动机构进行建模（不包含电机模型）
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SBW/EPS ECU信号级测试系统：被测对象为真实的上/下转向ECU，在EPP级测试系统的基础上，还需完成对逆变器和电机FPGA模型的建模
以上测试系统均可基于CANoe、vTESTstudio、DYNA4、VT System实现，点击下方“阅读原文” ，可查看更多介绍信息。
关于擎威
杭州擎威科技有限公司成立于2023年5月，位于浙江省杭州市，本项目前主要聚焦于汽车线控转向的核心技术。
该项目是吉利汽车集团与路特斯集团顺应汽车智能化发展趋势，提前布局关键领域的战略性项目，计划总投入约50亿元，预计到2026年全面建成集研发测试、生产制造、营销管理等职能于一体的综合性产业总部。
本项目主要面向吉利控股集团旗下相关品牌（吉利汽车、路特斯等）及国内外主流汽车制造商，研发制造汽车智能线控转向及智能底盘相关软硬件产品和架构解决方案。其中，项目规划建设年产200万套电动助力转向和线控转向产品制造基地和研发测试中心等。
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