1、技術(shù)背景

隨著全球汽車電子電氣架構(gòu)的智能化革命的興起，新能源汽車控制系統(tǒng)需同時(shí)面對(duì)高精度動(dòng)態(tài)響應(yīng)、功能安全冗余和多域協(xié)同兼容性三大技術(shù)挑戰(zhàn)，車輛控制器（Vehicle Control Unit，簡(jiǎn)稱VCU） 的測(cè)試與驗(yàn)證需求也隨之呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。

2、RCP系統(tǒng)的需求

在電氣化與智能化深度融合的趨勢(shì)下，整車控制算法的復(fù)雜性顯著提升，傳統(tǒng)瀑布式開(kāi)發(fā)模式已陷入瓶頸，難以滿足快速迭代需求。

RCP技術(shù)通過(guò)集成車輛控制算法運(yùn)算模塊、功率驅(qū)動(dòng)單元及多通道傳感器信號(hào)采集接口，構(gòu)建了一套完整的電控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，以此支持控制算法的快速驗(yàn)證與優(yōu)化，為新一代電控系統(tǒng)的研發(fā)提供了高效解決方案。

在控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，RCP（快速控制原型）與HIL（硬件在環(huán)）技術(shù)作為實(shí)時(shí)仿真的兩大核心應(yīng)用，猶如一對(duì)兄弟，在算法驗(yàn)證與系統(tǒng)測(cè)試中扮演著互補(bǔ)的角色。HIL技術(shù)通過(guò)在仿真機(jī)中構(gòu)建虛擬環(huán)境，安全高效地測(cè)試真實(shí)控制器（如VCU）的功能與性能。

RCP技術(shù)則正好相反，它將控制算法（如車輛運(yùn)動(dòng)控制、能量管理算法等）快速部署到高性能硬件平臺(tái)（如多核CPU），實(shí)現(xiàn)了從算法模型設(shè)計(jì)到硬件實(shí)時(shí)驗(yàn)證的無(wú)縫銜接。這一技術(shù)大幅縮短了開(kāi)發(fā)周期。

其核心核心優(yōu)勢(shì)可歸納為三點(diǎn)：

01、高效迭代

無(wú)需硬件的開(kāi)發(fā)和代碼的編寫、調(diào)試，支持控制參數(shù)的在線調(diào)優(yōu)，將算法優(yōu)化周期從周級(jí)壓縮至天級(jí)；

02、全面驗(yàn)證

可實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)協(xié)同的全工況覆蓋測(cè)試；

03、成本優(yōu)化

針對(duì)不同驗(yàn)證項(xiàng)目，不需要重新進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)，在開(kāi)發(fā)早期階段即進(jìn)行大量測(cè)試，降低控制算法設(shè)計(jì)缺陷的可能性。

3、VCU RCP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖所示VCU RCP系統(tǒng)包括以下四部分：

01、上位機(jī)

開(kāi)發(fā)和編譯車輛控制算法；通過(guò)試驗(yàn)管理軟件，搭建上位機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線調(diào)參，波形顯示，數(shù)據(jù)記錄等操作。

02、實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)

包含實(shí)時(shí)機(jī)、各種類型的IO板卡以及驅(qū)動(dòng)模塊等，運(yùn)行車輛控制算法及接口模型，板卡通過(guò)線束連接到驅(qū)動(dòng)模塊或被控對(duì)象完成對(duì)真實(shí)對(duì)象的閉環(huán)控制。

03、驅(qū)動(dòng)模塊

為實(shí)時(shí)機(jī)IO接口提供驅(qū)動(dòng)能力，通過(guò)EtherCAT接收實(shí)時(shí)機(jī)指令，生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

04、被控對(duì)象

真實(shí)的臺(tái)架設(shè)備或者試驗(yàn)車輛。

4、實(shí)時(shí)仿真機(jī)

RCP實(shí)時(shí)仿真機(jī)在硬件架構(gòu)上與HIL實(shí)時(shí)仿真機(jī)基本一致，但其功能定位存在顯著差異：RCP實(shí)時(shí)仿真機(jī)主要用于運(yùn)行控制算法，因此其IO接口與HIL系統(tǒng)完全相反。

為滿足不同級(jí)別RCP控制的多樣化需求，實(shí)時(shí)仿真機(jī)需具備豐富的IO接口類型，以充當(dāng)“萬(wàn)能控制器”的角色，適配不同項(xiàng)目的算法開(kāi)發(fā)。這種設(shè)計(jì)不僅需要支持多種信號(hào)類型和通信協(xié)議，還需確保靈活性與可擴(kuò)展性。

針對(duì)這一點(diǎn)，熠速提供的RCP方案包含百余種IO模塊，支持CAN、CAN FD、EtherCAT、I2C、SPI等總線協(xié)議，PWM、DIO等數(shù)字信號(hào)接口以及模擬信號(hào)接口，確保靈活性與兼容性。通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)和高性能硬件架構(gòu)，該方案實(shí)現(xiàn)了從模型設(shè)計(jì)到實(shí)機(jī)驗(yàn)證的無(wú)縫銜接，顯著提升算法開(kāi)發(fā)效率。

各領(lǐng)域RCP系統(tǒng)常用的信號(hào)接口如下：

5、功率驅(qū)動(dòng)單元

在VCU的實(shí)際工作過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)電磁閥、繼電器等執(zhí)行器是主要功能之一。然而，實(shí)時(shí)仿真機(jī)的IO模塊一般只用于信號(hào)的采集與模擬，無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器。因此，在 RCP應(yīng)用中，為了確保執(zhí)行器的正常工作，需要在實(shí)時(shí)仿真機(jī)與執(zhí)行器之間加入專門的驅(qū)動(dòng)模塊，以實(shí)現(xiàn)VCU原本的驅(qū)動(dòng)功能。

針對(duì)這一需求，熠速自主研發(fā)了功率驅(qū)動(dòng)單元RapidStack，其驅(qū)動(dòng)通道類型覆蓋高邊驅(qū)動(dòng)、低邊驅(qū)動(dòng)和H橋驅(qū)動(dòng)，能夠滿足RCP系統(tǒng)對(duì)各類執(zhí)行器的控制與驅(qū)動(dòng)需求。

RapidStack通過(guò)EtherCAT總線實(shí)現(xiàn)與實(shí)時(shí)仿真機(jī)的高效通信，確?？刂菩盘?hào)的實(shí)時(shí)性和確定性，同時(shí)模塊化設(shè)計(jì)使其能夠靈活適配不同的應(yīng)用場(chǎng)景。此外，RapidStack還集成了保護(hù)功能，如過(guò)流、過(guò)壓、欠壓等，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的安全性和可靠性。