構(gòu)建基于PXI電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)EHB駕駛員在回路混合

3.2 EHB控制器模型

EHB控制器模型首先接受車輛模型傳來(lái)的縱向加速度和輪速，估計(jì)參考車速。同時(shí)接受方向盤轉(zhuǎn)角，橫擺角速度、側(cè)向加速度，利用估計(jì)的參考車速估計(jì)質(zhì)心側(cè)偏角。汽車穩(wěn)定行駛時(shí)，目標(biāo)制動(dòng)力矩與制動(dòng)踏板位移成比例關(guān)系。汽車失穩(wěn)時(shí)，EHB系統(tǒng)主要的控制對(duì)象是汽車的橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角。其中橫擺角速度控制模塊采用PD控制方法，控制實(shí)際橫擺角與理想二自由度橫擺角之間的偏差，輸出為目標(biāo)制動(dòng)力矩。質(zhì)心側(cè)偏角控制采用門限值控制方法，根據(jù)超出門限的程度施加制動(dòng)力矩。根據(jù)車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)協(xié)調(diào)上述三種模式下的輸出量得到目標(biāo)制動(dòng)力矩。調(diào)用制動(dòng)力矩—輪缸壓力模塊，計(jì)算出目標(biāo)輪缸壓力，再轉(zhuǎn)入開(kāi)關(guān)電磁閥數(shù)字 PID控制模塊，輸出電磁閥的占空比。此外，根據(jù)高壓蓄能器設(shè)定壓力及HCU的工作狀態(tài)輸出泵電機(jī)的占空比，控制框圖如圖6所示：

圖6 EHB控制器模型

EHB控制器模型在Simulink/Stateflow環(huán)境下建模，與上述DYNAware中模型實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成。模型采用固定步長(zhǎng)常微分方程求解器，通過(guò)Real-Time Workshop轉(zhuǎn)化為VeriStand支持的dll動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件。

4 配置VeriStand

在System Explorer Window中導(dǎo)入模型文件，對(duì)Primary Control Loop的實(shí)時(shí)仿真速度進(jìn)行調(diào)整，設(shè)置周期為100μsec，則Model Execution Loop的周期為1ms，滿足車輛實(shí)時(shí)仿真的需要。通過(guò)分配處理器資源，Veristand能充分發(fā)揮雙核處理器的并行處理性能，提高實(shí)時(shí)運(yùn)行速度。橫擺角速度是判斷汽車失穩(wěn)的重要標(biāo)志，當(dāng)理想橫擺角速度與實(shí)際橫擺角速度之差超過(guò)上下門限值時(shí)，通過(guò)報(bào)警設(shè)置以報(bào)警音的方式提示駕駛員。

圖7 VeriStand的配置

通過(guò)菜單界面完成對(duì)NI-CAN、NI-DAQ的通道設(shè)置，大大減小了程序的開(kāi)發(fā)工作量，提高了開(kāi)發(fā)效率。在Stimulus Profile Editor中設(shè)置Logging file，可以對(duì)橫擺角速度、質(zhì)心側(cè)偏角、輪缸壓力等進(jìn)行保存。TDMS文件格式讀取快速，作為一種測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域的通用數(shù)據(jù)文件格式，非常適合車輛狀態(tài)參數(shù)的保存。

圖8 VeriStand與DYNAanimation的連接

上面的循環(huán)通過(guò)Workspace VI啟動(dòng)VeriStand，獲取通道數(shù)據(jù)包括Simulation Time、Animation Data、Display Data。下方的循環(huán)利用ActiveX控件將動(dòng)畫和顯示數(shù)據(jù)傳送給DYNAanimation。

圖9 通過(guò)ActiveX方法控制DYNAanimation

DYNAanimation將實(shí)時(shí)仿真結(jié)果在虛擬現(xiàn)實(shí)的環(huán)境中直接現(xiàn)實(shí)出來(lái)。其中，Animation Data數(shù)組中每十二個(gè)元素代表一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體(如車身、輪胎)相對(duì)于大地坐標(biāo)系的位置參數(shù)。Display Data用于界面的數(shù)據(jù)顯示，比如車速表、轉(zhuǎn)速表等。

圖10 FPGA I/O示意圖

液壓控制單元在改裝博世ESP的基礎(chǔ)上得到，四個(gè)輪缸各由兩個(gè)高速開(kāi)關(guān)閥控制，一個(gè)控制從高壓蓄能器增壓，一個(gè)控制向低壓蓄能器減壓，需8路PWM 信號(hào)。2路PWM輸出負(fù)責(zé)對(duì)泵電機(jī)的控制。VeriStand中默認(rèn)的PXI-7851R的通道資源擁有8路PWM輸出，而這里需要10路PWM輸出。通過(guò)自定義FPGA VI，修改VeriStand配置文件夾中7851R的fpgaconfig文件，新增2路數(shù)字輸入輸出接口為PWM輸出，滿足應(yīng)用的需要?？梢?jiàn)基于 VeriStand的自定義FPGA I/O功能使混合仿真平臺(tái)具有靈活方便的擴(kuò)展性能。

5 仿真平臺(tái)的功能演示

5.1 駕駛員在環(huán)麋鹿測(cè)試

在DYNAanimation環(huán)境下建立三維圖像文件，包括道路、標(biāo)識(shí)線、車身模型、輪胎、路障等，進(jìn)行駕駛員在環(huán)的“麋鹿”測(cè)試。在車速為 80km/h時(shí)對(duì)比打開(kāi)穩(wěn)定性控制與關(guān)閉穩(wěn)定性控制車輛的操縱響應(yīng)。在實(shí)時(shí)仿真結(jié)束，保存錄像并進(jìn)行對(duì)比。如圖11所示，在打開(kāi)穩(wěn)定性控制時(shí)，駕駛員可以平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)車輛的變線，車輛的運(yùn)動(dòng)軌跡符合駕駛員的預(yù)期，當(dāng)關(guān)閉穩(wěn)定性控制時(shí)，車輛失控跑出跑道。基于VeriStand構(gòu)建的駕駛員在環(huán)測(cè)試平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)逼真的產(chǎn)品演示。

圖11 開(kāi)啟、關(guān)閉穩(wěn)定性控制

5.2 利用激勵(lì)進(jìn)行正弦延遲測(cè)試

正弦延遲測(cè)試是美國(guó)國(guó)家高速安全局(NHTSA)規(guī)定的126號(hào)法規(guī)，用于檢測(cè)車輛的側(cè)向穩(wěn)定性能。不同于麋鹿測(cè)試，現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)中需要通過(guò)轉(zhuǎn)向機(jī)器人完成。VeriStand的配置實(shí)時(shí)激勵(lì)功能很好地幫助我們完成該項(xiàng)測(cè)試。試驗(yàn)在干燥、平直附著系數(shù)為0.9的道路上進(jìn)行，方向盤轉(zhuǎn)角進(jìn)行后半周期帶有延遲的正弦輸入，頻率為0.7HZ，第二次波峰出現(xiàn)后有400ms的延遲。方向盤轉(zhuǎn)角及實(shí)驗(yàn)流程如圖12，其中A為80km/h下車輛側(cè)向加速度達(dá)到 0.3g時(shí)方向盤的轉(zhuǎn)角。

通過(guò)實(shí)時(shí)激勵(lì)功能里的正弦函數(shù)、延時(shí)函數(shù)編制激勵(lì)文件，通過(guò)記錄功能保存橫擺角速度的變化曲線。VeriStand大大降低了編程的復(fù)雜性，減少測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)時(shí)間。