基于PXI和cRIO的ESP硬件在环仿真平台

在ESP研发过程中，需要大量实车试验。该试验有两大困难：一是试验具有相当的危险性，二是试验对场地要求很苛刻。所以，开发硬件在环仿真平台就成为一种迫切需求。 该仿真平台对加速ESP控制器的算法开发有重大作用。本文采用了NI公司的PXI作为下位机来搭建系统。

　　项目背景

　　本方案通过深入调研，主要考虑性能、价格、易实现性等方面之后，最终选择了NI的PXI和cRIO方案来进行系统搭建。主要调研了XPC方式、PXI系统、dSpace系统。XPC方式费用较低，但是使用不够方便，dSpace系统价格远远高于PXI系统，然而两者性能差别不是很大。

　　系统构架

　　ESP硬件在环仿真平台从硬件上看由上位机、下位机、控制器、执行器、传感器等五部分组成。

　　上位机用于监控仿真过程，分析和保存仿真结果。下位机运行车辆模型，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。控制器运行控制算法，对车辆运动进行相关控制。执行器为液压控制单元、制动管路以及制动器。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，从而形成一个闭环系统。仿真平台结构如图1所示。

　　图1 仿真平台结构图

　　仿真平台结构图

　　图1中，上位机、下位机和控制器三者通过网线连接，上位机对仿真过程的监控通过共享变量来实现。

　　系统硬件设计

　　用PXI运行整车模型，模拟车辆的运动响应，提供给控制器相关的信号。实车试验时，控制器所获取的信号有制动信号、主缸压力信号、四个轮速信号、方向盘转角信号以及横向加速度信号和横摆角速度信号。另外，控制器还需要通过CAN和发动机控制系统进行通信，从而控制发动机的输出扭矩。PXI要能完成上述功能，并且需要采集压力传感器信号，从而计算车辆运动状态。

　　PXI通过M系列数据采集卡PXI-6229的模拟量输入功能来采集主缸和各个轮缸的压力信号，用PXI-6229的数字量输入功能采集制动信号。采用PXI-6722的模拟量输出功能输出电压来表示方向盘转角、横向加速度、横摆角速度。同时PXI-6722输出4个模拟电压，通过压频转换模块将电压转换成对应的频率信号来模拟四个轮速信号。另外，实车上的CAN通信通过PXI-8461和NI9853来实现。

　　控制器方面，用cRIO做快速原型时，通过NI-9205来采集模拟电压，得到各个传感器的值。通过NI-9403的输入功能来获取制动信号和轮速信号，通过NI-9403的数字量输出功能来控制电机和电磁阀的动作。

　　在执行器方面，液压控制单元采用Bosch(博世)的ESP 8.0的液压控制单元。制动系统采用金杯客车的制动管路和制动器。仿真平台搭建在金杯客车上，我们对金杯客车的制动管路进行了改造，安装了压力传感器和HCU(整车控制器)。

　　系统软件设计

　　软件上，通过共享变量来控制仿真试验的开始和结束，用全局变量记录下位机中的数据，然后通过网络上传到上位机。这三部分程序都采用状态机方式，方便软件进行升级和维护。总的软件结构如图2所示。

　　图2 系统软件框图