基于PXI和 cRIO的电子稳定 程序(ESP)硬件 在环仿真平台开发.doc

变频器维修培训班http://www.longi.com.cn

基于PXI和cRIO的电子稳定程序(ESP)硬件在环仿真平台开发

参考资料：http://blog.sina.com.cn/s/blog_71facf0001010n63.html

1、项目背景
汽车电子稳定程序（ESP）是提高汽车行驶稳定性和安全性的重要装置。它集成了制动防抱死系统（ABS）、牵引力控制系统（TCS）以及主动横摆力矩控制系统（AYC），能有效地改善汽车在制动、驱动和转向等工况下的行驶稳定性和安全性。在汽车行驶过程中，ESP控制器不断检测汽车运动状态，一旦发现危险，迅速由控制器发出指令给制动系统和发动机，通过干预化解危险。在全球范围，ESP有望成为汽车法定配置，美国规定在2011年以前4.5吨以下的新车必须安装ESP。汽车安全与节能国家重点实验室的汽车动力学与控制课题组从事汽车动力学与控制方面的研究近20年，在汽车主动安全
领域积累了大量试验数据、控制方法、试验设备、专业人才。提高了仿真精度，能够实现如下功能：
精确地反映整车在线性及非线性范围内的运动状态；
通过硬件在环仿真对原型控制器和控制算法进行测试；
基于实验实测数据逆变产生相应的模拟信号，对控制器中的算法进行测试；
方便地进行数据存储、分析处理和显示。
ESP硬件在环仿真平台的搭建，加快了ESP的开发进程，降低了开发成本。
2、ESP硬件在环仿真平台构架
ESP硬件在环仿真平台由上位机、下位机、控制器、执行器、传感器五部分构成。
1)上位机:为PC机，用于监控仿真过程，保存、分析和显示仿真结果。
2)下位机:在PXI平台上实现，为实时操作系统，运行整车动力学模型，目前采用的是15自由度整车模型，能很好地模拟整
车在制动、驱动、高速转向以及联合工况下的响应。
3)控制器:先由运行着ESP控制算法的cRIO平台作为快速原型，算法被验证合格后再将程序移植到单片机中。控制器
上运行ESP控制算法，执行对车辆的反馈控制。
4)执行器:为液压控制单元、制动管路以及制动器，用于实现对轮缸的增减压。
5)传感器:为压力传感器，获取各个轮缸以及主缸的压力值，并将压力信号传给控制器和下位机。
此外，上位机、下位机和控制器三者通过网络互连交互数据，上位机对仿真过程的状态监控通过使用LabVIEW提供
的网络共享变量技术实现，其它信号通过信号线在硬件平台间传递。ESP仿真平台结构简图见图1。
图1ESP硬件在环仿真平台结构简图
启动仿真后，下位机以1ms的运算周期，根据上位机传过来的道路状况、驾驶员输入、压力传感器信号和整车模型运算
出车辆的各个状态参数，输出车辆运行中的各种参数给控制器和上位机；控制器运行ESP控制算法根据这些信号的运算结
果实现对车辆运动实际和名义状态的判断，并控制节气门和液压控制单元动作，从而实现主动控制；传感器将轮缸压力、
加速踏板、制动踏板等信号再输出给下位机和控制器。如此，ESP硬件在环仿真平台构成了一个闭环控制系统。
ESP硬件在环仿真平台主要包括两个核心算法：
1)整车动力学模型:仿真运算的核心部分，由LabVIEW的仿真模块编写，运行在PXI平台上。这里采用的是课题组开发
的15自由度整车动力学模型见图2。这15个自由度分别是：悬上质量3个平动自由度、3个转动自由度、4个轮子的
上下跳动自由度和转动自由度、转向系统的非线性1个自由度。仿真运算中还加入了发动机模型、传动系统模型、转向系
统模型、悬架模型、轮胎模型等等，综合完成了对整车运动的仿真。经过与实车实验数据对比，15自由度的整车动力学模
型能很好地反映车辆在线性及非线性范围内的动力学特征。
图2十五自由度整车模型
2)控制算法是一种基于状态的反馈控制的算法，运行在cRIO平台上。为方便程序移植，控制算法采用LabVIEW通用的逻辑模块搭建，采取状态机的整体结构，方便程序的不断更新和完善。
3、ESP硬件在环仿真平台硬件设计ESP硬件在环仿真平台硬件主要包括上位机、下位机、控制器、执行器、传感器五部分，这里主要说明下位机、控制器和执行器的构建。
1下位机
下位机在PXI平台上实现，运行整车动力学模型算法。下位机主要完成以下功能：
1)计算车辆运动状
2)采集传感器信息;
3)提供相关信号给控制器。主要有制动信号，主缸压力信号，四个轮速信号，方向盘转角信号，横向加速度信号，横摆角速度信号;
4)通过CAN总线接收控制器发出的发动机控制指令，从而控制发动机模型的输出扭矩。
PXI平台实现上述功能的方式如下：
1)通过仿真模块搭建的整车模型来计算车辆运动状态;
2)通过M系列数据采集卡PXI-6229的模拟输入功能采集主缸和各个轮缸的压力信号以及制动信号;
3)通过模拟输出模块PXI-6722的模拟输出功能输出电压来表示方