构建基于PXI电子液压制动系统EHB驾驶员在回路混合

作者：时间：2013-03-25来源：网络收藏

3.2 EHB控制器模型

EHB控制器模型首先接受车辆模型传来的纵向加速度和轮速，估计参考车速。同时接受方向盘转角，横摆角速度、侧向加速度，利用估计的参考车速估计质心侧偏角。汽车稳定行驶时，目标制动力矩与制动踏板位移成比例关系。汽车失稳时，EHB系统主要的控制对象是汽车的横摆角速度和质心侧偏角。其中横摆角速度控制模块采用PD控制方法，控制实际横摆角与理想二自由度横摆角之间的偏差，输出为目标制动力矩。质心侧偏角控制采用门限值控制方法，根据超出门限的程度施加制动力矩。根据车辆运动状态协调上述三种模式下的输出量得到目标制动力矩。调用制动力矩—轮缸压力模块，计算出目标轮缸压力，再转入开关电磁阀数字 PID控制模块，输出电磁阀的占空比。此外，根据高压蓄能器设定压力及HCU的工作状态输出泵电机的占空比，控制框图如图6所示：

图6 EHB控制器模型

EHB控制器模型在Simulink/Stateflow环境下建模，与上述DYNAware中模型实现无缝集成。模型采用固定步长常微分方程求解器，通过Real-Time Workshop转化为VeriStand支持的dll动态链接库文件。

4 配置VeriStand

在System Explorer Window中导入模型文件，对Primary Control Loop的实时仿真速度进行调整，设置周期为100μsec，则Model Execution Loop的周期为1ms，满足车辆实时仿真的需要。通过分配处理器资源，Veristand能充分发挥双核处理器的并行处理性能，提高实时运行速度。横摆角速度是判断汽车失稳的重要标志，当理想横摆角速度与实际横摆角速度之差超过上下门限值时，通过报警设置以报警音的方式提示驾驶员。

图7 VeriStand的配置

通过菜单界面完成对NI-CAN、NI-DAQ的通道设置，大大减小了程序的开发工作量，提高了开发效率。在Stimulus Profile Editor中设置Logging file，可以对横摆角速度、质心侧偏角、轮缸压力等进行保存。TDMS文件格式读取快速，作为一种测试测量领域的通用数据文件格式，非常适合车辆状态参数的保存。

图8 VeriStand与DYNAanimation的连接

上面的循环通过Workspace VI启动VeriStand，获取通道数据包括Simulation Time、Animation Data、Display Data。下方的循环利用ActiveX控件将动画和显示数据传送给DYNAanimation。

图9 通过ActiveX方法控制DYNAanimation

DYNAanimation将实时仿真结果在虚拟现实的环境中直接现实出来。其中，Animation Data数组中每十二个元素代表一个运动物体(如车身、轮胎)相对于大地坐标系的位置参数。Display Data用于界面的数据显示，比如车速表、转速表等。

图10 FPGA I/O示意图

液压控制单元在改装博世ESP的基础上得到，四个轮缸各由两个高速开关阀控制，一个控制从高压蓄能器增压，一个控制向低压蓄能器减压，需8路PWM 信号。2路PWM输出负责对泵电机的控制。VeriStand中默认的PXI-7851R的通道资源拥有8路PWM输出，而这里需要10路PWM输出。通过自定义FPGA VI，修改VeriStand配置文件夹中7851R的fpgaconfig文件，新增2路数字输入输出接口为PWM输出，满足应用的需要。可见基于 VeriStand的自定义FPGA I/O功能使混合仿真平台具有灵活方便的扩展性能。

5 仿真平台的功能演示

5.1 驾驶员在环麋鹿测试

在DYNAanimation环境下建立三维图像文件，包括道路、标识线、车身模型、轮胎、路障等，进行驾驶员在环的“麋鹿”测试。在车速为 80km/h时对比打开稳定性控制与关闭稳定性控制车辆的操纵响应。在实时仿真结束，保存录像并进行对比。如图11所示，在打开稳定性控制时，驾驶员可以平稳地实现车辆的变线，车辆的运动轨迹符合驾驶员的预期，当关闭稳定性控制时，车辆失控跑出跑道。基于VeriStand构建的驾驶员在环测试平台可以实现逼真的产品演示。

图11 开启、关闭稳定性控制

5.2 利用激励进行正弦延迟测试

正弦延迟测试是美国国家高速安全局(NHTSA)规定的126号法规，用于检测车辆的侧向稳定性能。不同于麋鹿测试，现实实验中需要通过转向机器人完成。VeriStand的配置实时激励功能很好地帮助我们完成该项测试。试验在干燥、平直附着系数为0.9的道路上进行，方向盘转角进行后半周期带有延迟的正弦输入，频率为0.7HZ，第二次波峰出现后有400ms的延迟。方向盘转角及实验流程如图12，其中A为80km/h下车辆侧向加速度达到 0.3g时方向盘的转角。