基于PXI和cRIO的ESP硬件在環(huán)仿真平臺

在ESP研發(fā)過程中，需要大量實車試驗。該試驗有兩大困難：一是試驗具有相當?shù)奈ｋU性，二是試驗對場地要求很苛刻。所以，開發(fā)硬件在環(huán)仿真平臺就成為一種迫切需求。 該仿真平臺對加速ESP控制器的算法開發(fā)有重大作用。本文采用了NI公司的PXI作為下位機來搭建系統(tǒng)。

　　項目背景

　　本方案通過深入調(diào)研，主要考慮性能、價格、易實現(xiàn)性等方面之后，最終選擇了NI的PXI和cRIO方案來進行系統(tǒng)搭建。主要調(diào)研了XPC方式、PXI系統(tǒng)、dSpace系統(tǒng)。XPC方式費用較低，但是使用不夠方便，dSpace系統(tǒng)價格遠遠高于PXI系統(tǒng)，然而兩者性能差別不是很大。

　　系統(tǒng)構架

　　ESP硬件在環(huán)仿真平臺從硬件上看由上位機、下位機、控制器、執(zhí)行器、傳感器等五部分組成。

　　上位機用于監(jiān)控仿真過程，分析和保存仿真結果。下位機運行車輛模型，目前采用的是15自由度整車模型，能很好地模擬整車在制動、驅(qū)動、高速轉向以及聯(lián)合工況下的響應?？刂破鬟\行控制算法，對車輛運動進行相關控制。執(zhí)行器為液壓控制單元、制動管路以及制動器。傳感器為壓力傳感器，獲取各個輪缸以及主缸的壓力值，并將壓力信號傳給控制器和下位機，從而形成一個閉環(huán)系統(tǒng)。仿真平臺結構如圖1所示。

　　圖1 仿真平臺結構圖

　　仿真平臺結構圖

　　圖1中，上位機、下位機和控制器三者通過網(wǎng)線連接，上位機對仿真過程的監(jiān)控通過共享變量來實現(xiàn)。

　　系統(tǒng)硬件設計

　　用PXI運行整車模型，模擬車輛的運動響應，提供給控制器相關的信號。實車試驗時，控制器所獲取的信號有制動信號、主缸壓力信號、四個輪速信號、方向盤轉角信號以及橫向加速度信號和橫擺角速度信號。另外，控制器還需要通過CAN和發(fā)動機控制系統(tǒng)進行通信，從而控制發(fā)動機的輸出扭矩。PXI要能完成上述功能，并且需要采集壓力傳感器信號，從而計算車輛運動狀態(tài)。

　　PXI通過M系列數(shù)據(jù)采集卡PXI-6229的模擬量輸入功能來采集主缸和各個輪缸的壓力信號，用PXI-6229的數(shù)字量輸入功能采集制動信號。采用PXI-6722的模擬量輸出功能輸出電壓來表示方向盤轉角、橫向加速度、橫擺角速度。同時PXI-6722輸出4個模擬電壓，通過壓頻轉換模塊將電壓轉換成對應的頻率信號來模擬四個輪速信號。另外，實車上的CAN通信通過PXI-8461和NI9853來實現(xiàn)。

　　控制器方面，用cRIO做快速原型時，通過NI-9205來采集模擬電壓，得到各個傳感器的值。通過NI-9403的輸入功能來獲取制動信號和輪速信號，通過NI-9403的數(shù)字量輸出功能來控制電機和電磁閥的動作。

　　在執(zhí)行器方面，液壓控制單元采用Bosch(博世)的ESP 8.0的液壓控制單元。制動系統(tǒng)采用金杯客車的制動管路和制動器。仿真平臺搭建在金杯客車上，我們對金杯客車的制動管路進行了改造，安裝了壓力傳感器和HCU(整車控制器)。

　　系統(tǒng)軟件設計

　　軟件上，通過共享變量來控制仿真試驗的開始和結束，用全局變量記錄下位機中的數(shù)據(jù)，然后通過網(wǎng)絡上傳到上位機。這三部分程序都采用狀態(tài)機方式，方便軟件進行升級和維護?？偟能浖Y構如圖2所示。

　　圖2 系統(tǒng)軟件框圖