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note_sync/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
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

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

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》：

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
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