ESC硬件在环仿真试验平台设计与建设.docVIP

精品论文 参考文献 ESC硬件在环仿真试验平台设计与建设 同济大学新能源汽车工程中心 王云能 邬肖鹏 摘要:本文依托同济大学新能源汽车工程中心依据科研计划设立的研究项目，对基于NI硬件板卡和Carsim-RT软件所设计并搭建的ESC硬件在环仿真试验平台进行了尝试，并获得了成功。构建了一个包括实时仿真平台、液压控制单元、各种传感器、操纵机构、传统的制动系统、信号处理系统、供电电源以及实验台台架辅助设施等在内的试验平台。 关键词：硬件在环; 汽车电子稳定性控制系统; NI／Labview; Carsim-RT 前言 硬件在环技术（HIL－Hardware in the loop）可以用于开发和测试复杂的实时嵌入式系统。硬件在环仿真属于实时条件的混合仿真，把部分实际产品利用计算机接口嵌入到软件环境中去，并要求系统的软件和硬件得以实时运行，从而模拟整个系统的运行状态。拥有设计和自动测试电力??子系统的硬件在环仿真试验平台可以缩短新技术产品研发周期，降低研发投入，提高研发效率，优化提高产品可靠性与安全性。 同济大学新能源汽车工程中心设计搭建的汽车电子稳定性控制单元（ESC－Electric stability control）在环仿真试验平台，对研究开发ESC单元有诸多好处，主要可以概括为以下三点： （1）硬件在环仿真试验平台可以方便地修改控制逻辑，验证控制逻辑的功能效果。 （2）可以对实车制动中ESC的液压作动进行模拟，针对ESC液压系统的动态特性进行细致研究，进行诸如在线检测、功能评估、参数标定等一系列工作。 （3）通过驾驶模拟软件系统设置实车所无法模拟的极限工况，对所匹配目标车型的车辆参数进行设定，对ABS、ESC产品的性能进行分析和评价，缩短研究周期。 平台目标需求 主要搭建能够支持设计、研究并验证电动汽车稳定性控制算法的ESC硬件在环仿真试验平台。设计与搭建的需求准则为尽量多地将ESC相关硬件串入试验台环（Loop）内，而在台架上无法或难以用实物来实现应有功能的部件，则用软件模拟仿真的形式进行替代，主要包括整车动力学行为、轮胎和路面接触特性、路面工况，以及电机及其控制器等。 平台功能设计 除软件仿真模型外，ESC硬件在环仿真试验平台还包括3个组成部分，即实时控制平台、硬件实物平台和信号处理系统[1]。 实时控制平台是支持整个试验运行的载体与基础，一般由2-3台上位计算机和目标计算机组成。上位机主要用于搭建汽车动力学模型以及编写相应的控制算法，并可以进行离线仿真；目标机主要负责汽车动力学实时仿真模型以及相应的控制算法，同时也作为数据板卡的载体来支持完成信号采集与输出[2]。 硬件实物平台是硬件在环仿真系统不同于纯软件仿真的所在。对于不同硬件在环系统的强弱程度有所不同，如图1所示。本研究项目选取硬件在环程度次强的方案，即含操纵机构、ESC单元及其驱动装置、制动液压系统及对应传感器的硬件在环系统。 图1 不同形式硬件在环平台及其程度 图2 硬件在环平台的主要构成模块 信号处理系统是硬件在环仿真平台的电子控制部分，对平台仿真过程中数字和模拟信号进行采集并根据需要对其进行相互转换，达到设备间的顺畅通讯，将各个零散的部分串联成一个紧密的整体。 根据如上所述的系统功能目标和基本结构，大致可列出硬件在环平台的主要构成模块，如图2所示。 平台构建 1. 平台选型与搭建 实时控制平台比较常用的仿真系统主要有基于Simulink的xPC Target、dSPACE公司的Simulator和使用NI板卡和控制器的Labview，它们的应用特点如表1所示。 表1 常见实时平台仿真系统及其特点 由于硬件在环仿真试验平台对AD/IO资源需求较多，考虑到系统功能拓展性强的特点，选用NI的数据采集设备、Labview软件，以实时采集数据和运行计算模型。实时目标机共选配5块NI板卡，包括实时平台处理器板卡NI PXIe-8108、多功能数据采集板卡NI PXI-6255、CAN卡NI PXI-8513/2、FPGA卡NI PXI-7854R和故障注入板卡NI PXIe-2514，可以满足AD/IO、CAN通讯、故障注入模拟、FPGA等需求。主机和目标机的连接方式主要采用TCP/IP网络通信。 2. 仿真模型设计 控制算法与模拟软件方面，通用的有