【原】EPS高级功能学习

高级功能也叫ADAS，advanced driving assistance system，里面包含了很多功能，我主要了解了五个，LDW（Lane departure warning）车道偏移预警，LKA（Lane keep assistance）车道保持辅助，APC（Automatic parking control）自动泊车控制，DSR（driver steering recommendation）主动转向干预，DMS（driver model switch）驾驶模式切换。

不过在学习具体的高级功能之前，需要了解作为高级功能的执行器的EPS，（electronic power steering）电动助力转向。如上图所示，在我的理解中，它是方向盘和轮子之间复杂的传动机构，辅以电动机助力，同时需要一个ECU作为控制单元。从控制的角度讲，分为转矩控制和转角控制。要说清楚这个，首先要明白控制的本质，或者说自动控制的本质，它是一种偏差控制，控制的目的是消除偏差，控制的效果可以从响应时间，超调量，稳态误差这三个角度去分析。

具体到eps上面来说就是，输入轴和输出轴之间的旋转方向出现偏差，ECU根据此时的车速信号和发动机转速，以及助力特性曲线的要求，输出pwm波来控制电机电压从而调节电机转速，通过皮带传动到蜗杆上，实现助力。这里忍不住想多说一句话，我本科毕设做的就是SVPWM，空间矢量脉宽调制，题目是轨道交通用直线电机的开绕组控制，当时为了抑制所谓的零序电流，我整了一套非常复杂的开关顺序，现在看来并没有啥意义，但是对于理解很多概念还是有帮助的。借用知乎上面的图。

在这个基础上，我开始了高级功能的学习。ldw的功能通过状态机的状态切换来实现切换，激活还是不激活，暂时故障还是永久故障。ldw请求信号来自上位机，激活条件主要是去检测车速和手力，当驾驶员的手力超过一定值的时候就会立即退出ldw，在这个基础上还有一种策略，对于超过手力的持续时间进行检测。车速一般选择在一定范围之内才可以激活ldw功能。震动的频率一般在25Hz，1Nm左右。在实际开发过程中可以通过读相关参数（比如ldw_config）的Bit位来使能或者关闭一些检测，比如频率检测，手力检查，车速检查等。LDW，也可以通过其他参数（比如Ldw_failure）的Bit位来判断失效项，比如震动频率是否过低，是否超过最大转矩等等。

APC自动泊车，根据传感器的信息完成停车空间感知和车道规划，通过控制刹车，油门以及转向来实现自动泊车。目前可以说实现了从L0到L4，L0比如说倒车影像仪啊，雷达预警啊，L1级别是半自动泊车，驾驶员控制油门和刹车，转向则由汽车自己控制。L2 级别是自动辅助泊车（APA auto parking assist）APA功能开启需要驾驶员手动按下车内使能按钮，并且在车速低于一定值时，整车使能APA功能。随后车辆四周传感器（超声波，鱼眼相机）会开始搜寻可用的停车位，并通过车内中控大屏显示搜寻到的车位。驾驶员选择车位后，中控大屏会提示驾驶员挂上倒挡，此时APA会规划出一条泊车路径，并开始接管车辆的转向、加减速、制动等操作，直到最终完成泊车入库。L2+遥控泊车（RPA remote）有一类车位，本身特别狭窄或被两车包夹的太紧，停进去之后两车车门基本没有打开的空间，这个时候从全景天窗逃生是个不错的选择。但还有一种更人性化的方法，泊车前驾驶员下车，通过手机遥控方式控制泊车功能开闭。L3 记忆泊车（Home zone）HPA功能正常使用前需要进行一次手把手的教学。首先将车开到小区/公司停车场一个固定起点（可以是人便于乘坐电梯、楼梯的位置），手动使能HPA学习功能。此时低速开动车辆泊入自己固定的车位，挂上P档完成车辆泊入过程。HPA系统基于传感器感知的环境数据和车辆本身参数进行本地学习或云端学习，从而完成泊入过程自学习，建立泊入过程地图及行驶路径。L4代客泊车（Automated Valet）客户的期望是可以在停车场内部（地上、地下全区域）、外部（地上划定范围）任意位置下车，由车辆自主完成排队等待、闸口通过、车位寻找，泊车入库工作。

对于转向系统而言关心的输入是请求状态和请求角度，输出的话是EPS的实际工作状态，以及退出原因。主要有三个子模块，状态机，控制，以及安全检查。当车速过高，手力过大，上位机故障，信号无效，请求角度过大（最好加上时间延迟）会自动退出。不同的主机厂对车速的要求会不一样，但是依旧是要进行安全评估的。状态机用于响应上位机的握手请求，并且关闭助力和主动回正功能。控制模块则是进行PI的调节，控制稳态误差，提高响应速度和减少超调量是一对矛盾，有时候需要做一些取舍。而检查模块则是检测车速，手力以及eps的工作装填是否正常。状态机里面角度有转向角和pinion角，两者之间的差是我们需要控制的。助力产生的影响可以用一个负值相抵消，不过在低速的时候助力本身并不大。

LKA车道保持辅助响应外部ADAS转向力矩或者转角请求，以保持车辆在车道内。输入的信号除了LKA请求之外，还有ABS和ESP的状态，完成握手之后，就会输出LKA的状态，转向力矩和电机力矩给到检查模块。检查模块之后会输出限值的转向力矩和限值的电机力矩。限值的电机力矩会很小，并直接给到电机让电机转起来克服静摩擦。限值的转向力矩和限值的电机力矩会经过助力模块得到最终的转向力矩。在斜率限值的时候，需要考虑不同的车速，在高速和低速的时候，LKA的要求是不一样的。和APC一样，在超出某些限定值的情况出现的时候，会退出LKA。

DSR驾驶转向干预，在介绍这个之前先要说一个概念（Electronic stability program）ESP电子稳定系统，这是一个在纵向的通过刹车制动进行的干预，而DSR则是在横向进行的干预。在左右轮子的地面摩擦系数不一致的情况，或者转弯时的转向不足和转向过度的时候，DSR功能会被激活。高级功能也分为两个模块，状态机和检查部分。状态机和上位机进行握手通信，决定是否激活，以及处于什么状态以及是否退出。对于转矩请求有两个限制，一个最大最小值限制，一个是斜率限制，防止过饱和。

DMS驾驶模式切换，主要有三种，标准，运动，舒适。工况除了公路外还有别个工况，比如山地模式，雪地模式。运动模式下，需要更大的手力，操纵感更强。舒适模式下，提供的助力就会比较小。在状态机的输入前会有一个输入mapping，在状态机输出后会有一个输出mapping。相关的配置需要修改相应参数的Bit位。激活前需要满足激活的前提。

状态机状态的切换，大致如下。首先是激活进入初始状态，然后检查各个bit位是否OK，如果ok就进入available状态，如果不OK就会进入当前故障状态。当前故障排除后，再检查各个bit位，OK就进入available状态，而如果available状态下检测到各个bit位有故障，就会进入当前故障状态。如果故障不能排除就会进入永久故障状态。