摘要：随着电气化和智能化的快速发展，线控底盘技术在汽车工业中逐渐成为重要的发展方向，尤其在智能驾驶控制需求的推动下，线控制动系统也迎来了技术革新。文章介绍了线控制动系统的发展现状，并以格陆博公司集成制动控制（GIBC）系统为研究对象，介绍了GIBC线控制动系统的软硬件架构，重点探究了基于汽车开放系统架构（AUTOSAR）的经典平台（CP）架构的线控制动系统开发流程，利用其标准化、模块化的优势提升了开发效率和系统的兼容性。结果表明，基于AUTOSAR架构的线控制动系统不仅能够满足智能驾驶对高实时性和控制精度的要求，还具备了良好的系统集成性和可靠性，为未来智能汽车的制动系统开发提供了重要的参考和指导。
电气化、智能化逐渐成为汽车工业发展的主要趋势，具有实时性好、控制精度高等优势的线控底盘技术顺应智能化的发展方向，满足智能网联汽车的控制需求，成为底盘技术的重要发展方向。
为顺应智能汽车和线控底盘的发展需要，制动系统必将向线控化发展。线控制动系统将部分机械、液压元件代替为电子元件，通过电信号将在制动踏板模拟器上产生的制动动作传递至制动器上，显著提高了制动系统的控制精度和响应速度，为智能汽车安全性提供了更优质的保障。目前，线控制动系统主要有两个发展方向：电子液压制动（Electronic Hydraulic Brake, EHB）系统和电子机械制动（Electronic Mechanical Brake, EMB）系统。
EHB取消了真空助力器，通过控制单元接受并传递电信号至技术成熟的液压系统，再利用液压系统控制车轮制动力以达到制动目的，其主要优点包括：制动性能出色、能量回收率高、结构集成度高等优势[1]。而EHB又可分为“Two-Box”和“One-Box”两种设计方案，二者的区别主要是“One-Box”系统可以将液压控制单元和电控单元集成到一个总成中。目前，典型的“Two-Box”制动产品有博世公司的iBooster，其与电子稳定系统构成冗余设计，具有可靠性高、能量回收率高、生产工艺简单等优点[2]，典型的“One-Box”制动产品有：陆博公司集成制动控制（Globo Integrated Brake Control, GIBC）系统，同驭汽车的电子液压制动（Electro-Hydraulic Braking, EHB）[3]，大陆公司的智能制动系统（Intelligent Brake System, IBS）[4]、MK C1[5]，博世的智能动力制动（Intelligent Power Brake, IPB）[6]和比亚迪的制动安全控制系统（Braking Safety Control System, BSC）[7]，它们的特点与“Two-Box”系统相似，但“One-Box”系统集成度更高、体积更小、质量更轻。
EMB完全取消液压元件，将无需制动液的电机作为动力源，并布置大量传感器，具有制动载荷控制稳定、制动衬片磨损小、便于维护等特点[8-9]。目前，考虑到零部件成本，技术成熟度等问题，EMB仍处于广泛研究阶段，尚未实现量产，早在20世纪90年代，诸如博世、大陆、西门子等国外汽车零部件厂商已经开始对EMB的研究[10]，瀚德万安基于商用车EMB架构，建立桥控互联机制，构建多回路冗余制动系统[11]，格陆博公司对于EMB的研究，简化了制动系统结构，增加制动系统的控制鲁棒性，集成多种功能模块[12]。
线控制动系统在响应速度和控制精度方面有明显优势，对实时性、控制模型控制算法的要求较高；同时线控制动系统安装空间狭小，需要布置许多传感器，对硬件集成度、简化制造工艺，汽车模块化技术有要求。而基于汽车开放系统架构（AUTomotive Open System ARchitecture, AUT- OSAR）软件架构开发的优势是标准化、模块化，能够提高制动系统的开发效率，满足线控制动系统的开发要求，同时AUTOSAR软件架构具有的可拓展性，也能够应对汽车智能化和网联化过程中所产生的大量数据以及不断出现的全新功能需求。因此，本文将基于AUTOSAR平台架构对线控制动产品开发进行介绍。
1 基于AUTOSAR的线控制动产品开发架构
1.1 AUTOSAR架构概述
AUTOSAR是一个旨在为汽车电子系统开发提供开放和标准化平台的系统架构，目前根据汽车电子系统对实时性和高度智能化的需求，AUTOSAR可分为经典平台（Classic Platform, CP）和自适应平台（Adaptive Platform, AP）。其中，AUTOSAR CP架构具有标准化、模块化等特点，能够有效提升开发效率、提高应用软件的兼容性和复用性；同时，AUTOSAR CP标准中包含对安全性和可靠性的要求，这对提高系统安全性和可靠性起到重要作用。考虑到线控制动系统对实时性要求较高，本文将以AUTOSAR CP架构进行展开。
AUTOSAR架构主要采用分层模型架构来布置和组织汽车电子架构系统，其分层模型如图1所示。该分层模型主要分为三部分：应用软件层（Application Software Layer, ASL）、运行时环境（Runtime Environment Layer, REL）、基础软件层（Basic Software Layer, BSL）。
ECU（电子控制单元, Electronic Control Unit）。图1 AUTOSAR CP分层模型架构图
ASL层主要实现具体车辆功能以及相关算法逻辑实现。该层中具体功能软件以单元的形式封装各自实现逻辑，使得应用软件层实现模块化、单元化的管理，并通过REL层与BSL层和其他控制单元、软件组件进行通信。REL层主要负责应用软件组件之间的消息传递以及ASL层与BSL层之间的通信，提供了标准化的数据接口和通信机制，确保了整个系统的稳定性和可靠性，并避免各软件层级、组件之间的通信错误和信号干扰，保证系统各个功能正常运行。BSL层是实现底层硬件抽象和提供基础服务的关键层级，BSL层通过硬件抽象层与具体的硬件平台进行交互，使得上层应用能独立于具体硬件开发，显著提高了软件的兼容性和稳定性，同时，它还提供操作系统、持久性存储、故障诊断服务和安全保护等基础功能。BSL层又可分出多个子层：服务层、ECU抽象层、微控制器抽象层、微控制器以及复杂设备驱动（Complex Device Driver, CDD）。
整个AUTOSAR软件架构开发流程按照V模型进行配置，V模型开发流程图如图2所示，整个开发流程可以分为设计阶段和测试阶段。设计阶段主要按照企业对产品系统的性能要求提出系统需求，再根据系统需求将具体需求分解为具体功能模块和组件，最后将具体功能模块细化为软件单元模块，以实现相应算法逻辑。测试阶段从基本的功能代码调试，到具体功能的仿真测试，最后进行台架和整车验证。AUTOSAR架构开发流程各个环节精确配合，为产品开发过程提供了强大的支撑和保障。
图2 V模型开发流程图
1.2 线控制动系统需求和系统架构
本文基于AUTOSAR软件架构的线控制动产品的开发以格陆博公司的GIBC集成制动控制系统为开发产品。
GIBC集成制动控制系统为“One-Box”方案的电子液压制动系统，该系统通常要求将所有控制、功能组件集成在“One-Box”中，设计需确保空间利用最大化，并兼顾良好散热性能。同时，制动系统必须具备快速响应和高精度控制的能力，并且设计中应考虑冗余控制和检测功能，确保系统的安全运行。系统应具有高效、高兼容性的数据传输能力，并具备故障诊断和应急处理能力，以满足负责车辆系统的集成要求。此外，系统必须能够适应各种环境条件，耐用性高且具备适当防护措施。
本文采用的系统架构以RENESAS RH850为微控制器单元（Micro-Controller Unit, MCU）平台，整合了电源管理模块、带电可擦可编程只读存储器（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory, EEPROM）、专用集成电路、泵控制模块、电磁阀控制模块、传感器处理模块、执行器控制模块（如电子驻车制动控制模块等）、多路直流转直流电源（Direct Current to Direct Current, DC-DC）转换模块。系统内部主要通过串行外设接口（Serial Peripheral Interface, SPI）接口实现芯片之间的通讯，ECU之间的通讯以控制器局域网（Controller Area Network, CAN）文件描述符（File Descriptor, FD）为主，确保高效的数据处理和控制信号传递，实现了复杂的控制和监测功能。
1.3 GIBC集成线控制动系统物理架构
GIBC系统的执行器物理架构主要组成包括：四个进液阀、四个出液阀、两个柱塞隔离阀（Pump Split Valve, PSV）、两个主缸隔离阀（Circuit Split Valve, CSV）、一个模拟阀（Simulator Split Valve, SSV）、两个压力传感器、一个行程传感器、一个电缸、一个主缸、一个油壶，如图3所示。
GIBC执行器的工作原理如下：当踏板行程和压力传感器检测到踏板信号发生变化时，传感器信号便会传输至制动控制单元，控制单元收到信号后，通过电信号控制液压阀和电机运转以实现液压控制。首先，将CSV关闭并打开SSV使主缸中的制动液进入电缸，通过制动液压力反馈给驾驶员踏板力和踏板行程，控制单元再通过压力、行程传感器反馈的信号精确控制制动压力输出，打开PSV，将制动液压传递到轮缸，实现轮端制动力的输出。同时，制动控制单元还可以控制进液阀和出液阀的开闭，以实现轮端压力的增压、保压和减压，进而精确控制制动力大小，并可实现上层软件的复杂功能。
图3 One-Box制动系统液压原理图
1.4 GIBC集成线控制动系统软件架构
GIBC线控制动系统软件架构以AUTOSAR平台架构进行开发（见图4）。在BSL层中，微控制器、ECU抽象层以及服务层的软件开发以静态代码和相关配置生成的动态代码实现，其中微控制器配置通过Davinci CFG工具实现，BSL层的相关配置由Neusar系统进行管理。
基于AUTOSAR架构的线控制动系统的软件开发重点在ASL层以及BSL层中的复杂驱动上。ASL层根据具体应用功能分为若干软件组件（Software Component, SWC），ASL层就是按照SWC模块进行开发设计，具体可以分为三类：信号处理、功能算法实现和算法执行仲裁。其中信号处理也包含三个模块：
1）基础信号处理模块：用于处理轮速，加速度，路面识别，压力测算等制动所需的信号；
2）稳定控制信号处理模块：用于处理方向盘角度信号，横摆偏转角度信号，横、纵向加速度信号等；
3）制动信号处理模块：用于处理制动信号。
功能算法实现包含了具体功能算法，如：防抱死制动系统（Anti-lock Brake System, ABS）、制动力分配（Electric Brake force Distribution, EBD）系统、制动助力功能（Brake Boost Function, BBF）系统、上坡辅助（Hill-start Assist Control, HAC）系统等功能算法。仲裁模块包括传递仲裁模块，驱动仲裁模块以及制动仲裁模块。传动仲裁模块用于仲裁多动力源的执行请求，驱动仲裁模块用于仲裁多驱动的执行请求，而制动仲裁模块则是用于仲裁制动模块的执行请求。
复杂驱动模块集成了微控制器中未定义的驱动部分，包括收发器驱动，CANape VX1000标定驱动，SENT协议驱动和无刷电机驱动等。
整个软件架构设计和算法实现由Simulink完成，确保系统的设计与实现紧密结合，并保证代码的高效性和可靠性。
图4 One-Box制动系统软件架构图
2 试验测试
2.1 线控制动产品测试试验流程
本文在完成线控制动系统产品架构设计后，使用GreenHills进行代码编译工作，保证代码的高效执行并提高代码的兼容性，代码调试利用RENESAS E1 DEBUG工具进行，确保开发过程中可以及时定位、解决问题。静态代码测试阶段采用HelixQAC进行，动态代码测试则由VectorCAST实现，能够有效验证了系统在不同场景下的运行稳定性与可靠性。最后，通过硬件在环仿真（Hdrd- ware In the Loop, HIL）进行性能动态测试，并使用CANape进行实车测试优化，进一步确保软件在实际环境中的稳定性和性能表现。
2.2 试验测试
为验证GIBC集成线控制动系统的性能，本文进行了百公里紧急制动测试，测试工况为干燥、平整的沥青路面（附着系数0.8以上），场地空间充足且无遮挡，环境良好。
测试结果如图5所示。当制动行为发生时，制动系统能迅速做出响应，并在整个制动过程中都能够保持稳定，且由图5(a)、图5(b)可知，汽车的制动过程车速下降比较稳定，制动减速度维持在10 m/s2左右，制动效果比较稳定，制动减速度超过1g的原因有以下两点：一是车辆的姿态变化（俯仰、侧倾运动）会导致加速度测量结果不仅包含车辆自身运动的加速度，还包含部分反向的重力加速度分量，姿态变化较剧烈时加速度的误差就变得不可忽略；二是惯性测量单元（Inertial Measurement Unit, IMU）的安装角度，即在安装时难以保证IMU的三个测量轴严格与车辆坐标系的三个轴向重合，而是往往存在细小的角度差，该角度差可为加速度测量带来误差。而由图5(c)分析，前后轮轮缸压力虽略有差异，但前后轮的轮缸压力的变化仍能保持在±20 bar以内，验证了其液压控制的控制精度达到设计需求。此外，图5(d)显示了制动过程中车辆的横摆角速度变化，整个制动过程横摆角速度的实际值与参考值相差不大，验证了系统的控制策略能够有效抑制车身姿态突变，满足制动系统设计时对稳定性的需求。
图5 实车制动测试图
综上对各项制动指标的试验分析，试验结果达到测试目的，验证了基于AUTOSAR架构进行的线控制动系统开发能够满足线控制动系统对可靠性、快速性以及精确性的要求。
3 总结
本文对基于AUTOSAR架构的线控制动系统开发进行了深入探讨，特别是以格陆博公司的GIBC集成制动控制系统为例，详细介绍了其技术特点和开发流程。GIBC制动系统作为“One-Box”电子液压制动方案，其系统的设计不仅符合安全标准，还具备了长期耐用、满足高频操作和环境适应性强等特点。通过对AUTOSAR CP架构的应用，本文展示了如何利用标准化、模块化的开发流程有效提升线控制动系统的开发效率和系统集成度。试验测试结果进一步验证了系统在实际工况下的可靠性和性能表现，确保了系统能够满足复杂行驶需求。综上所述，基于AUTOSAR架构开发的线控制动系统在提高制动精度和优化系统设计方面表现突出，为线控制动技术的发展和应用提供了技术支持和实践指导。
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