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针对大学方程式赛车开发的车规级后车身域控制器项目,主控采用车规级微控制器S32K344,嵌入式软件基于符合AUTOSAR规范的MBDT开发,集成车身控制、低压电池监测、智能配电与TBOX多项功能。该项目包括后车身域控制器软硬件及配套QT数传上位机。

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Caler10/RBCM_S32K344_AUTOSAR_MBD

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大学方程式赛车后车身域控制器 RBCM

关于本项目

本人的国创项目,一款基于符合AUTOSAR规范的MBDT开发的车规级大学方程式赛车后车身域控制器RBCM,具体功能如下:

  1. 具备2.4G无线烧录与标定功能
  2. 整车低压配电过流保护(取代保险丝)
  3. 整车低压配电管理与诊断,可实时诊断各通道设备电流情况
  4. 与整车CAN通信(PCAN、BCAN)
  5. 集成4G数传功能,采集整车跑动数据,并在MQTT上位机端实时显示
  6. 拥有丰富的外设挂载接口(多电平兼容),支持各种协议传感器等设备接入(包括ADC PWM UART IIC SPI,支持3.3V及5V)
  7. 具备低压电池电压电流温度监测、保护与DCDC充电管理功能
  8. 带主动防护,包括过流保护、反接保护、TVS保护、过压保护等

项目意义:优化大学方程式赛车整车电子电气架构,使VCU专注于底盘域的控制,RBCM负责车身域的管理与诊断

RBCM_MultiBoard.png

为什么叫后车身域控制器?RBCM的设计目标包括对低压电池的监测和对整车低压配电诊断管理,因此与低压电池布置在一起,而WUTE车队的低压电池主要布置在车身后舱,因此RBCM也布置也在后方。

本项目适用于大学生方程式赛事(👈戳我了解),本项目是符合大学生方程式赛事规则进行设计的。

本项目针对武汉理工大学WUTE车队(👈戳我了解)25赛季E03电动方程式赛车开发,包含后车身域控制器的硬件设计及MBD软件开发,以及QT数传上位机的设计与开发。


设计说明

整车电子电气架构

整车电子电气架构图:

WUTE_EE_Architecture.png

硬件说明

硬件采用核心板和底板分板设计,板对板连接器连接,硬件架构如下图:

RBCM_Architecture.png

RBCM_Architecture2.png

RBCM核心板

主控采用NXP的车规级微控制器S32K344,符合ASIL D的功能安全等级和ISO 26262标准

RBCM_Core_2D.png

核心供电采用的是infineon的车规级电源管理芯片TLF35584,满足ASIL D的功能安全等级和ISO 26262标准

RBCM_Core_3D.png

采用ESP32S3作为调试芯片,基于DAPlink调试方案,DAPlink方案实现参考(👈戳我了解),支持无线串口和2.4G无线调试与标定功能

RBCM底板

低压配电保护与诊断管理方面基于infineon的智能高边驱动芯片BTT6200-4ESA和BTT6050-2ERA实现

RBCM_Mother_2D.png

4G模块采用的是移远的EC800M模块,自弹式SIM卡设计

支持12V和24V低压平台,核心板供电支持范围为:5V-36V(经验证)

RBCM_Mother_3D.png

低压配电方面,理论上可支持最大 56A/1344W 的配电功率输出(24V低压平台下)

具备过压保护,浪涌保护,反接保护,过流保护,温度电流监测等防护功能

硬件实物图:

实物图1.jpg

实物图2.jpg

硬件BOM配单整理中...

软件说明

NXP官方为S32K3提供了一套符合AUTOSAR规范的的S32K3(Model-Based Design Tools,MBDT)工具箱支持,以及变量观测与标定工具,该项目中具体使用到的软件工具如下:

  1. AUTOSAR MCAL层配置工具:S32 Config Tool/EB tresos
  2. AUTOSAR应用层开发工具:MBD开发工具箱(基于simulink平台):NXP_MBDToolbox_S32K3xx
  3. 变量观测与标定工具:FreeMaster

AUTOSAR应用层采用基于模型开发MBD的开发方式,软件架构上采用模块化的设计方式,以高内聚,低耦合为设计原则,将软件整体根据不同任务划分为各子系统搭建。

部分开发记录请见 ..\Firmware\AUTOSAR_MBD\RBCM_MBD\RBCM_Model.md 文件

MBD模型展示:

RBCM_MBD.png

关于CAN应用层协议架构

CAN发送部分将报文分成了三组,分别负责MBCM核心数据、诊断数据、采集的传感器数据报文发送至CAN总线上

当前MCAL层已完成RBCM适配,MBD应用层开发接近完成...

数传上位机说明

基于QT6.5的Qt Quick开发,详细介绍说明请见软件内的'关于本项目'

部分界面展示:

WUTE-MQTT-DashBoard1.png

WUTE-MQTT-DashBoard2.png

WUTE-MQTT-DashBoard3.png

WUTE-MQTT-DashBoard4.png

需配合MQTT服务器使用,本项目MQTT服务器是基于华为云IoTDA搭建的

上位机前端基于<诺谦>的开源界面框架开发,github地址(👈戳我了解)

后端MQTT连接至服务器、topic订阅与发布功能基于QT自带的MQTT API开发实现

前后端通信部分数传数据采用数据模型和后端注册的方式实现

MQTT数传协议架构

采用MQTT的json数据格式

json测试数据包:


{
  "ActButtonState":1,"ILValue":1345,
  "ReadyButtonState":1,"McuReadyState":0,"DriveReadyState":1,

  "LvBatsV":27,"LvBatsI":23,"LvBatsT":62,

  "VcuState":1,"BmsState":1,"McuState":1,
  "BduState":1,"BspdState":1,"TsalrState":1,
  "PumpState":1,"Fan1State":1,"Fan2State":1,
  "TaillightState":1,"BuzzerState":1,"DrsState":1,

  "VcuValue":102,"BmsValue":10,"McuValue":40,
  "BduValue":40,"BspdValue":40,"TsalrValue":40,
  "PumpValue":40,"Fan1Value":40,"Fan2Value":40,
  "TaillightValue":40,"BuzzerValue":40,"DrsValue":40,

  "AccuV":40,"AccuI":40,"AccuTcmax":40,"AccudVmax":40,
  "McuT":40,
  "MotorRpm":40,"MotorTorque":40,"MotorTemp":40
  }

测试过程记录

FreeMaster观测测试:

RBCM_freemaster_test.png

RBCM核心板温度监测测试视频(FreeMaster无线观测):

RBCM_freemaster_wireless_test.gif

4G数传上位机通信测试(MQTTX模拟RBCM域控端):

WUTE-MQTT-DashBoard_Test.png

使用说明

WUTE-MQTT-DashBoard上位机使用说明

请先在<连接配置>界面连接上位机至MQTT服务器

订阅车身域控制器的赛车数据相关Topic

回到<车况信息>下的<关键信息><低压系统><高压系统>界面即可看到相关数据的实时刷新显示

无线烧录使用说明

请先配置S32K344对ESP32S3电源使能引脚,使ESP32S3调试芯片正常供电

运行../Firmware/ESP32S3_Firmware/flash_download_tool_3.9.5_0烧录软件,连接RBCM核心板的USB烧录接口与电脑,烧录../Firmware/ESP32S3_Firmware/DAP_HS_ESP_20231027.bin到ESP32S3中

制作ESP32S3小板,连接在电脑上用于与RBCM核心板上的ESP32S3建立远程连接

烧录流程同上

配置通信信道和烧录模式,建立无线连接

配置COM口,烧录标定

其他内容

本项目基于Apache-2.0开源,有引用或者修改本项目的地方,请标明作者与出处。尊重作者,尊重开源~

如果有任何疑问或建议可联系作者,QQ号:2095337725

代码仓库链接:

Github地址:https://github.com/Caler10/RBCM_S32K344_AUTOSAR_MBD

Gitee地址:https://gitee.com/caler14/rbcm_-s32-k344_-autosar_-mbd

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针对大学方程式赛车开发的车规级后车身域控制器项目,主控采用车规级微控制器S32K344,嵌入式软件基于符合AUTOSAR规范的MBDT开发,集成车身控制、低压电池监测、智能配电与TBOX多项功能。该项目包括后车身域控制器软硬件及配套QT数传上位机。

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