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将 note 笔记库同步到 note_sync，AI_compiler 作为 submodule

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ylhan
2026-08-20 17:42:14 +08:00
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工作/VCU控制逻辑（v0.2）.md
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# VCU（车辆控制单元）控制逻辑文档
## 1. 概述
VCU（Vehicle Control Unit）是车辆的核心控制中心，作为整车控制的基石，设计原则为**功能简单、运行稳定**，负责协调车辆各子系统的工作。
### 1.1 系统架构
VCU通过CAN总线与以下子系统直接通信：
- **BMS（电池管理系统）**：电池状态采集
- **OBC（车载充电机）**：充电状态监测、充电指令控制
- **电机控制器**：速度控制、扭矩输出控制
- **灯光控制系统**：远近光灯、转向灯、刹车灯、自动驾驶指示灯控制
- **ORIN（上层自动驾驶计算平台）**：接收自动驾驶指令、上报车辆状态
- **遥控器**：接收手动驾驶指令、手自动模式切换
- **机械臂控制器**：机械臂关节控制、作业工具控制
```mermaid
graph TD
RC --> VCU
ARM --> VCU
BMS--> VCU
VCU[VCU 控制中心] --> BMS[BMS 电池管理系统]
VCU --> OBC[OBC 车载充电机]
OBC --> VCU
ORIN --> VCU
VCU --> MOTOR[电机控制器]
VCU --> LIGHT[灯光控制系统]
VCU --> ORIN[ORIN 自动驾驶平台]
VCU --> RC[遥控器]
VCU --> ARM[机械臂控制器]
```
## 2. 充电控制逻辑
VCU负责整车充电流程的管理，通过CAN总线与BMS和OBC通信，收集两者状态并上报上层系统。
### 2.1 充电状态机
```mermaid
stateDiagram-v2
[*] --> OBC: 待充电状态
OBC --> WAIT_FOR_CHARGE_CMD: 检测到OBC可充电
ORIN --> CHARGING: 上层发送充电指令
WAIT_FOR_CHARGE_CMD --> CHARGING: 收到上层充电指令
WAIT_FOR_CHARGE_CMD --> CHARGING: 5分钟超时自动充电
OBC --> AUTO_CHARGE: 电量<25%且长时间停留在充电区域\n无上层控制
AUTO_CHARGE --> CHARGING: 自动执行充电指令
CHARGING --> AUTO_STOP_CHARGE: 电量充满
AUTO_STOP_CHARGE --> OBC: 自动停止充电
```
### 2.2 充电控制规则
1. **充电触发条件**：
- 当VCU检测到无线OBC处于可充电状态时，进入等待充电指令状态
- 优先等待上层（ORIN）发送充电开始指令
- 若等待超时（5分钟），自动进入充电状态
2. **充电停止条件**：
- BMS上报电量充满后，VCU自动向OBC发送停止充电指令
- 收到上层停止充电指令时，立即停止充电
3. **自动充电策略**：
- 车辆长时间停留在可充电区域且无上层控制指令时
- 当电池电量低于25%时，自动执行充电指令
- 电量充满后自动执行停止充电指令
## 3. 驾驶控制逻辑
VCU支持两种驾驶模式：**自动驾驶模式**（上层ORIN控制）和**手动驾驶模式**（遥控器控制），遥控器控制优先级高于上层控制。
### 3.1 模式切换逻辑
```mermaid
stateDiagram-v2
[*] --> SBUS_WAIT: 遥控器未开机
SBUS_WAIT --> AUTO_MODE: 上层ORIN连接并使能\n进入自动驾驶模式
AUTO_MODE --> SBUS_CONNECTED: 遥控器开机
SBUS_CONNECTED --> MANUAL_MODE: 遥控器手动模式\n不响应上层任何指令
SBUS_CONNECTED --> AUTO_MODE: 遥控器自动模式\n上层可接管控制
```
### 3.2 控制优先级规则
1. **遥控器未开机时**：
- 等待上层ORIN连接并发送使能指令
- 进入自动驾驶模式，响应ORIN的控制指令
2. **遥控器开机后**：
- 优先读取遥控器的手自动模式状态
- **手动模式**：完全不响应上层ORIN的任何指令，所有控制以遥控器为准
- **自动模式**：上层ORIN可以接管车辆控制
3. **高优先级刹车最高优先级**：遥控器独立刹车摇杆优先级高于所有其他控制指令，无论当前处于自动驾驶模式还是手动模式，只要拉动刹车摇杆，立即响应刹车指令，不受模式限制。
### 3.3 指令接收处理
VCU通过CAN总线接收两类控制指令：
#### 3.3.1 上层ORIN指令
- 速度控制指令
- 使能控制指令
- 灯光控制指令（远近光灯）
- 驻车控制指令
#### 3.3.2 遥控器指令
- 速度控制指令（单摇杆）
- 方向控制（单摇杆）
- 使能控制指令
- 灯光控制指令
- 手自动切换指令
- 驻车控制指令
- 模式切换指令
- 机械臂各关节控制指令
- 作业工具（滚刷）控制指令
- 高优先级刹车控制指令
## 4. 电机控制逻辑
### 4.1 遥控器单摇杆控制
- 支持**原地转向**功能：摇杆左右方向控制转向，前后方向控制速度
- 左右摇杆量直接对应转向角度，前后摇杆量对应目标速度
### 4.2 加减速限制
为保证行驶平稳性，对电机输出进行如下限制：
1. **最大加速度限制**：加速度不超过预设最大值（可配置，默认0.5g）
2. **最大减速度限制**：减速度不超过预设最大值（可配置，默认0.3g）
3. **避免急停**：当遥控器速度指令突然变为0时，不直接切断动力输出，而是按照最大减速度平滑减速至停止
### 4.3 高优先级刹车控制
遥控器配备独立高优先级刹车摇杆，为最高优先级控制输入，逻辑如下：
1. **全模式生效**：无论车辆当前处于自动驾驶模式还是手动驾驶模式，刹车摇杆指令均生效，不受当前控制模式限制
2. **力度线性控制**：刹车摇杆拉动幅度对应刹车力度，幅度越大减速度越大，最大减速度不超过系统预设的最大减速度限值，实现缓慢刹车，避免急停
3. **临时状态上报**：拉动刹车摇杆期间，VCU临时向上层ORIN上报车辆处于**手动模式**，同时屏蔽上层ORIN的速度控制指令，仅响应刹车指令
4. **释放自动恢复**：刹车摇杆完全释放后，立即恢复原运行模式，向ORIN上报实际模式状态，恢复响应上层速度控制指令
5. **不干涉其他控制**：刹车控制仅干预速度控制相关指令，不影响灯光、驻车、机械臂等其他控制功能
## 5. 灯光控制逻辑
灯光控制暂时由VCU自主判断处理，无需上层系统干预。
### 5.1 控制列表
| 灯光类型 | 控制逻辑 |
| -------- | -------------------- |
| 自动驾驶指示灯 | 自动驾驶模式开启时点亮，手动模式时熄灭 |
| 转向灯（左/右） | 根据转向指令自动开启，转向回正后自动关闭 |
| 刹车灯 | 车辆处于减速状态或驻车状态时点亮 |
| 远近光灯 | 接收上层或遥控器指令控制，默认不开启 |
###
## 6. 通信协议规范
### 6.1 CAN通信矩阵（摘要）
待补充
## 7. 故障处理与安全机制
### 7.1 通信故障处理
- 与BMS通信丢失：立即禁止充电，上报故障
- 与OBC通信丢失：终止当前充电流程，上报故障
- 与ORIN通信丢失：自动驾驶模式下减速停车，切换到待机状态
- 与遥控器通信丢失：手动模式下减速停车，开启危险报警灯；机械臂手动模式下停止机械臂所有运动并锁定
### 7.2 安全保护机制
待补充
## 8. 配置参数（可调整）
| 参数名称 | 默认值 | 说明 |
| --------- | ----- | ------------------- |
| 充电指令等待超时 | 5分钟 | 检测到可充电后等待上层指令的最长时间 |
| 自动充电SOC阈值 | 25% | 低于该值时自动启动充电 |
| 最大加速度 | 1m/s² | 正向加速度上限 |
| 最大减速度 | 1m/s² | 反向加速度（减速）上限 |
| CAN通信超时阈值 | 500ms | 连续500ms未收到报文判定为通信丢失 |
## 9. 机械臂控制逻辑
VCU支持机械臂手动控制功能，通过遥控器切换操作模式，实现底盘控制与机械臂控制的复用，遵循**手动优先**的控制原则。
### 9.1 模式切换逻辑
机械臂控制与底盘控制通过遥控器E拨杆进行切换，完全兼容《履带车T10遥控器协议与操作说明》：
```mermaid
stateDiagram-v2
[*] --> CHASSIS_MODE: E拨杆最左侧\n底盘控制模式
CHASSIS_MODE --> ARM_MODE: E拨杆拨到最右侧\n切换到机械臂控制模式
ARM_MODE --> CHASSIS_MODE: E拨杆拨到最左侧\n切换到底盘控制模式
state CHASSIS_MODE {
[*] --> CHASSIS_MANUAL: 手动模式
[*] --> CHASSIS_AUTO: 自动模式
}
state ARM_MODE {
[*] --> ARM_MANUAL: 手动模式（默认）
ARM_MANUAL --> ARM_AUTO: A按键切换到自动模式\n上层可控制机械臂
ARM_AUTO --> ARM_MANUAL: A按键切换到手动模式\n不响应上层指令
}
```
### 9.2 控制优先级规则
1. **手动模式优先**：无论机械臂处于何种状态，只要遥控器切换到机械臂手动控制模式，立即停止响应上层ORIN的机械臂控制指令
2. **模式互斥**：E拨杆同一时间只能处于一种模式，底盘控制与机械臂控制不可同时操作
3. **自动模式使能**：机械臂自动模式下，上层ORIN可以发送机械臂控制指令，VCU转发给机械臂控制器
### 9.3 遥控器机械臂操作映射（E拨杆最右侧）
完全遵循《履带车T10遥控器协议与操作说明》定义的操作逻辑：
| 控制部件 | 功能 | 通道映射 |
|---------------|--------------------------|----------|
| 右摇杆X轴（x2） | 控制回转关节（joint1） | CH1 |
| 右摇杆Y轴（y2） | 控制动臂关节（joint4） | CH2 |
| 左摇杆Y轴（y1） | 控制横梁关节（joint3） | CH3 |
| 左摇杆X轴（x1） | 控制力臂关节（joint2） | CH4 |
| A按键 | 切换机械臂自动/手动控制模式 | CH7 |
| F拨杆 | 控制刷头上下移动（joint5） | CH6 |
| D轮盘 | 控制滚刷启停/转速 | CH10 |
### 9.4 机械臂控制处理流程
1. VCU实时接收遥控器CAN报文（ID范围：0x187~0x18A）
2. 解析E拨杆（CH5）数值判断当前操作模式
3. **机械臂模式下**：
- 解析各通道摇杆量，转换为对应关节的目标角度/速度
- 将控制指令通过CAN总线发送给机械臂控制器
- 手动模式下直接转发遥控器指令，自动模式下转发上层ORIN指令
4. **底盘模式下**：
- 忽略机械臂相关通道数据，保持机械臂当前状态
- 执行底盘控制逻辑
### 9.5 安全保护机制
1. **模式切换保护**：在机械臂运行过程中切换到底盘模式时，立即停止机械臂所有运动，保持当前位置
2. **通信丢失保护**：遥控器通信丢失时，立即停止机械臂所有运动，进入锁定状态
3. **急停保护**：收到急停指令时，立即切断机械臂动力输出
## 10. 通信协议补充
### 10.1 遥控器CAN通信扩展
| CAN ID | 发送方 | 接收方 | 报文内容 | 周期 |
|--------|--------|--------|----------|------|
| 0x187 | 遥控器 | VCU | 通道1-4数据（摇杆） | 10ms |
| 0x188 | 遥控器 | VCU | 通道5-8数据（拨杆、按键） | 10ms |
| 0x189 | 遥控器 | VCU | 通道9-10数据（轮盘） | 10ms |
| 0x18A | 遥控器 | VCU | 保留 | 10ms |
| 0x18B | 遥控器 | VCU | 校验帧 | 10ms |