構(gòu)建基于PXI電子液壓制動系統(tǒng)EHB駕駛員在回路混合仿真實驗平臺

　　應(yīng)用領(lǐng)域：控制與仿真

　　挑戰(zhàn)：研發(fā)EHB控制器的關(guān)鍵點在于通過大量測試實驗掌握執(zhí)行元件的工作性能，在模擬環(huán)境下有效地進行參數(shù)仿真、軟件仿真，減少實際路面測試帶來的困難，并開發(fā)基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的混合仿真平臺，在不同虛擬環(huán)境下由駕駛員產(chǎn)生的的實際操縱動作對EHB快速原型的控制器進行功能驗證和逼真的產(chǎn)品性能演示。

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實驗臺外觀

　　應(yīng)用方案：利用LabVIEW構(gòu)建輪缸壓力測控系統(tǒng)，在大量測試試驗的基礎(chǔ)上選擇合適的PWM載波頻率和占空比控制EHB系統(tǒng)的高速開關(guān)電磁閥，滿足對輪缸壓力控制的要求；通過NI PXI-8464 CAN總線接口卡以及NI PXI-6289數(shù)據(jù)采集卡完成硬件在環(huán)實驗中方向盤、電子油門、制動踏板、輪缸壓力等數(shù)據(jù)采集和通訊；由NI PXI-7851R FPGA板卡完成控制器的快速原型，滿足嚴格的實時性需要；在Veristand軟件平臺上，聯(lián)合在DYNAware軟件中生成的實時車輛模型，大大縮短了混合仿真系統(tǒng)的開發(fā)周期和應(yīng)用程序開發(fā)成本。

　　使用的產(chǎn)品：

　　LabVIEW Professional Developmet System for Windows 2009，SP1

　　LabVIEW FPGA Module 2009，SP1

　　LabVIEW Real-Time Module 2009，SP1

　　NI Veristand 2009

　　LabVIEW PID and Fuzzy Logic Toolkit 2009

　　NI PXI-1042Q 8-Slot 3U機箱

　　NI PXI-8196 2.16 GHz Intel Core 2 Duo T7400 實時控制器

　　NI PXI-7851R 可編程FPGA芯片

　　NI PXI-8464/2 CAN 總線接口卡

　　NI PXI-6289M高精度多功能M系列數(shù)據(jù)采集（DAQ）板卡

　　介紹：在過去的二十年里，電子設(shè)備在汽車工業(yè)得到廣泛應(yīng)用，今天的汽車已經(jīng)進入了電子技術(shù)的時代。隨著人們對汽車制動性能的要求越來越高，線控制動系統(tǒng)（brake-by-wire）應(yīng)運而生，電子液壓制動EHB可以借鑒ESP系統(tǒng)的成熟經(jīng)驗，對原有的液壓系統(tǒng)不做大的改變，由電子系統(tǒng)提供柔性控制，液壓系統(tǒng)提供動力，是機電液一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品，受到了廣泛的關(guān)注。作為開放的線控控制系統(tǒng)，配備了傳統(tǒng)ESP系統(tǒng)中沒有的輪缸壓力傳感器，可以實現(xiàn)精確的壓力控制，在高壓蓄能器的作用下滿足四通道獨立控制的要求，因此提升了ABS、ASR、ESP的工作性能。為了加速包括硬件和軟件在內(nèi)的控制系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計，一些成熟的仿真測試、快速原型方法和工具是必不可少的。圍繞EHB液壓系統(tǒng)的新型特點，結(jié)合先進的車輛動力學(xué)仿真軟件DYNAware，在NI公司提供的一系列產(chǎn)品的幫助下通過硬件在環(huán)試驗進行深入的控制研究，減小了時間和經(jīng)費的的開銷，為今后的產(chǎn)品實現(xiàn)提供堅實的研究基礎(chǔ)。

　　1、 基于LabVIEW的輪缸壓力測試系統(tǒng)

　　系統(tǒng)組成

增壓特性曲線

　　受高速開關(guān)閥電磁鐵的響應(yīng)能力及閥芯運動時間的影響，實際的閥芯響應(yīng)不能完全跟隨脈寬信號的變化，脈沖調(diào)制周期和占空比對其影響很大。因此需要搭建如左圖所示的測試平臺，在不同的載波頻率下得到不同的增減壓力曲線。綜合考慮控制的快速性和有效的占空比調(diào)節(jié)范圍選擇合適的載波頻率。

　　數(shù)據(jù)采集卡的輸出電壓為5V電壓，通過驅(qū)動電路放大為12V的PWM信號控制電磁閥。液壓控制單元里的輪缸壓力傳感器信號通過放大電路轉(zhuǎn)換為0～5電壓信號供數(shù)據(jù)采集卡采集。右圖為載波頻率為100HZ下的增壓特性曲線，當(dāng)占空比小于15或大于89時由于電磁閥的死區(qū)和飽和效應(yīng)電磁閥無動作。LabVIEW幫助我們在短時間內(nèi)搭建這樣的測試系統(tǒng)，確定PWM信號合適的載波頻率。

　　2、 駕駛員混合仿真實驗平臺總體構(gòu)造

　　硬件結(jié)構(gòu)如下圖所示，在原博世ESP8.0 HCU基礎(chǔ)上增加高壓蓄能器、高壓泵電機等元件，改造成EHB液壓控制單元?；旌戏抡嫫脚_存在兩個回路。一個是信號的回路，PXI-8464接受轉(zhuǎn)角傳感器的CAN總線信號，PXI-6289采集踏板行程傳感器、改造的液壓控制單元中四個輪缸壓力傳感器信號和高壓蓄能器中的壓力傳感器信號。上述信號傳送給PXI-8196中實時運行的車輛模型。實時模型給出的控制信息通過DMA方式傳送給PXI-7851R，根據(jù)自定義的I/O接口控制HCU單元中的電磁閥、泵電機，完成閉環(huán)。另一路是駕駛員的回路，即駕駛員觀察顯示器中車輛的三維動畫通過駕駛員操縱單元中的方向盤和油門、剎車踏板控制車輛。NI公司的一系列硬件產(chǎn)品為搭建這樣一個混合仿真實驗提供了強有力的保證。

　　混合仿真平臺的硬件組成

混合仿真平臺的軟件架構(gòu)

　　基于LabVIEW和VeriStand開放式的開發(fā)環(huán)境的軟件架構(gòu)如上圖所示。LabVIEW作為客戶端調(diào)用DYNAanimation車輛三維動畫顯示軟件的ActiveX控件實現(xiàn)顯示功能。通過VeriStand VI中Workspace VI實現(xiàn)Workspace與LabVIEW的數(shù)據(jù)交換。VeriStand兼容用戶自定義的FPGA I/O接口，利用FPGA靈活高效的特點在無需改變硬件配置的情況下完成控制器的快速原型。