纯电动汽车VCU上下电控制策略建模与CI/CD自动化测试

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上下电状态机建模

信号说明

VCU 上下电控制策略状态机图

stateDiagram-v2
    direction TB

    [*] --> OFF: 上电初始化

    OFF --> STANDBY: 钥匙识别(50ms) & 无互锁故障
    STANDBY --> Precharge: 钥匙打至 ON & 踩下刹车(>10%)
    Precharge --> READY: BMS 高压就绪反馈

    READY --> Postcharge: 钥匙关闭 (OFF)
    Precharge --> Postcharge: 预充中断 (钥匙关闭)
    Postcharge --> OFF: BMS 高压断开 & 泄放完成

    STANDBY --> OFF: 钥匙关闭 (OFF)

    STANDBY --> FAULT: 高压互锁故障 (HVIL)
    Precharge --> FAULT: 预充超时 (>50ms)
    READY --> FAULT: 高压互锁故障 (HVIL)
    FAULT --> OFF: 钥匙关闭 (OFF)

转移条件说明

上电过程:

1. 车辆进入待机状态 OFF -> STANDBY 需满足 2 个条件，此时 VCU_State 由 0 -> 1：

   • 车内识别到钥匙且持续 50ms (duration(Key_Sts == 1, 50ms))
   • 无高压回路互锁故障 (HVIL_Fault == 0)

2. 进入高压预充状态 STANDBY -> Precharge 需要满足 3 个条件，此时 VCU_State 由 1 -> 2，并请求 BMS 高压闭合 (HV_Req = 1)：

   • 钥匙处于启动状态 (Key_Sts == 2)
   • 无高压回路互锁故障 (HVIL_Fault == 0)
   • 刹车踏板行程 > 10% (Brake_Pedal > 10)

3. 进入可行驶状态 Precharge -> READY 需要 BMS 高压就绪，此时 VCU_State 由 2 -> 3，发送转矩使能信号 (Torque_Enable = 1)：

   • BMS_HV_Ready == 1

下电过程:

1. 高压下电泄放 READY -> Postcharge：钥匙状态为离车状态 (Key_Sts == 0)，系统发出 BMS 下电请求 (HV_Req = 0)，转矩使能关闭 (Torque_Enable = 0)，VCU_State 由 3 -> 4。
2. 进入关闭状态 Postcharge -> OFF：需要等待 BMS 高压断开信号为 0 且泄放时限为 50ms (BMS_HV_Ready == 0 || after(50ms))，VCU_State 由 4 -> 0。

错误状态处理:

1. 处于 STANDBY 状态时，若有高压回路互锁故障，直接跳转到 FAULT 状态，VCU_State 由 1 -> 5。
2. 处于 Precharge 状态时，若预充充能时间超过 50ms 未就绪，直接跳转到 FAULT 状态，VCU_State 由 2 -> 5。
3. 处于 READY 状态时，若出现高压回路互锁故障，直接跳转到 FAULT 状态，VCU_State 由 3 -> 5。
4. 处于 FAULT 状态时，钥匙置为离车状态 (Key_Sts == 0)，跳转回 OFF 状态，VCU_State 由 5 -> 0。

其他状态转移:

1. 处于 STANDBY 状态时，钥匙为离车状态 (Key_Sts == 0)，直接跳转到 OFF 状态，VCU_State 由 1 -> 0。
2. 处于 Precharge 状态时，钥匙为离车状态 (Key_Sts == 0)，因已发送过高压请求，需进入 Postcharge（高压下电/残压泄放）状态，VCU_State 由 2 -> 4（随后泄放完成再由 Postcharge -> OFF 由 4 -> 0）。

状态机周围接线

graph LR
    %% 全局样式定义
    classDef canNode fill:#f8f9fa,stroke:#495057,stroke-width:1.5px,rx:4,ry:4;
    classDef dbcNode fill:#ffffff,stroke:#228be6,stroke-width:1.5px,rx:6,ry:6;
    classDef coreNode fill:#fff9db,stroke:#fab005,stroke-width:2px,rx:12,ry:12;
    classDef cfgNode fill:#e9ecef,stroke:#868e96,stroke-width:1px,stroke-dasharray: 4 4,rx:4,ry:4;

    %% 1. 硬件/底层接口层 (Rx)
    subgraph Sub_Rx ["CAN 接收接口"]
        V1["<b>Vector Virtual 1</b><br/>Channel 1<br/><small>标准ID/扩展ID: 所有</small>"]:::canNode
        V2["<b>Vector Virtual 1</b><br/>Channel 1<br/><small>标准ID/扩展ID: 所有</small>"]:::canNode
    end

    %% 2. 报文解析层 (DBC Unpack)
    subgraph Sub_Unpack ["信号解析 (DBC Unpack)"]
        DBC_258["<b>vcu.dbc</b><br/>报文: BMS_Message<br/>ID: 258"]:::dbcNode
        DBC_256["<b>vcu.dbc</b><br/>报文: Input_Message<br/>ID: 256"]:::dbcNode
    end

    %% 3. 控制逻辑核心层 (Stateflow)
    Core["<b>VCU 核心控制状态机</b><br/><i>(Stateflow Logic)</i>"]:::coreNode

    %% 4. 报文打包层 (DBC Pack)
    subgraph Sub_Pack ["信号打包 (DBC Pack)"]
        DBC_257["<b>vcu.dbc</b><br/>报文: Output_Message<br/>ID: 257"]:::dbcNode
    end

    %% 5. 硬件/底层接口层 (Tx)
    subgraph Sub_Tx ["CAN 发送接口"]
        V3["<b>Vector Virtual 1</b><br/>Channel 1<br/><small>周期: 0.01s</small>"]:::canNode
    end

    %% 总线全局配置 (独立置于下方)
    BusConfig[" <b>总线配置</b><br/>Vector Virtual 1 (Ch1)<br/>波特率: 500 Kbps"]:::cfgNode

    %% ---------------- 数据流连接 ----------------
    
    %% 输入链路 1
    V1 -->|CAN Msg| DBC_258
    DBC_258 -->|BMS_HV_Ready| Core

    %% 输入链路 2
    V2 -->|CAN Msg| DBC_256
    DBC_256 -->|Brake_Pedal| Core
    DBC_256 -->|HVIL_Fault| Core
    DBC_256 -->|Key_Sts| Core

    %% 输出链路
    Core -->|HV_Req| DBC_257
    Core -->|Torque_Enable| DBC_257
    Core -->|VCU_State| DBC_257
    
    DBC_257 -->|CAN Msg| V3

通信协议矩阵 (DBC 定义)

基于 vcu.dbc，系统定义了三条核心报文：

• Input_Message (ID: 0x100, 8 bytes): 控制器输入

  • Key_Sts : 0=KEY_OFF, 1=KEY_STANDBY, 2=KEY_ON

  • Brake_Pedal : 刹车踏板开度 (0~100%)

  • HVIL_Fault : 高压互锁故障标志 (0=正常, 1=故障)

• BMS_Message (ID: 0x102, 8 bytes): 电池管理系统状态

  • BMS_HV_Ready: 电池高压就绪信号 (0=未就绪, 1=就绪)

• Output_Message (ID: 0x101, 8 bytes): VCU 状态输出

  • VCU_State : 0=OFF, 1=STANDBY, 2=PreCharge, 3=READY, 4=postCharge, 5=FAULT

  • HV_Req : 高压使能请求 (0=关断, 1=请求使能)

  • Torque_Enable : 扭矩使能输出 (0=禁止, 1=使能)

状态机外围配置