基于PXI和cRIO的ESP硬件在環(huán)仿真平臺的構建

在ESP研發(fā)過(guò)程中，需要大量實(shí)車(chē)試驗。該試驗有兩大困難：一是試驗具有相當的危險性，二是試驗對場(chǎng)地要求很苛刻。所以，開(kāi)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(kāi)發(fā)有重大作用。本文采用了NI公司的PXI作為下位機來(lái)搭建系統。

　　項目背景

　　本方案通過(guò)深入調研，主要考慮性能、價(jià)格、易實(shí)現性等方面之后，最終選擇了NI的PXI和cRIO方案來(lái)進(jìn)行系統搭建。主要調研了XPC方式、PXI系統、dSpace系統。XPC方式費用較低，但是使用不夠方便，dSpace系統價(jià)格遠遠高于PXI系統，然而兩者性能差別不是很大。

　　系統構架

　　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、執行器、傳感器等五部分組成。

　　上位機用于監控仿真過(guò)程，分析和保存仿真結果。下位機運行車(chē)輛模型，目前采用的是15自由度整車(chē)模型，能很好地模擬整車(chē)在制動(dòng)、驅動(dòng)、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(chē)輛運動(dòng)進(jìn)行相關(guān)控制。執行器為液壓控制單元、制動(dòng)管路以及制動(dòng)器。傳感器為壓力傳感器，獲取各個(gè)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(gè)閉環(huán)系統。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(guò)網(wǎng)線(xiàn)連接，上位機對仿真過(guò)程的監控通過(guò)共享變量來(lái)實(shí)現。

　　系統硬件設計

　　用PXI運行整車(chē)模型，模擬車(chē)輛的運動(dòng)響應，提供給控制器相關(guān)的信號。實(shí)車(chē)試驗時(shí)，控制器所獲取的信號有制動(dòng)信號、主缸壓力信號、四個(gè)輪速信號、方向盤(pán)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(guò)CAN和發(fā)動(dòng)機控制系統進(jìn)行通信，從而控制發(fā)動(dòng)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(chē)輛運動(dòng)狀態(tài)。

　　PXI通過(guò)M系列數據采集卡PXI-6229的模擬量輸入功能來(lái)采集主缸和各個(gè)輪缸的壓力信號，用PXI-6229的數字量輸入功能采集制動(dòng)信號。采用PXI-6722的模擬量輸出功能輸出電壓來(lái)表示方向盤(pán)轉角、橫向加速度、橫擺角速度。同時(shí)PXI-6722輸出4個(gè)模擬電壓，通過(guò)壓頻轉換模塊將電壓轉換成對應的頻率信號來(lái)模擬四個(gè)輪速信號。另外，實(shí)車(chē)上的CAN通信通過(guò)PXI-8461和NI9853來(lái)實(shí)現。

　　控制器方面，用cRIO做快速原型時(shí)，通過(guò)NI-9205來(lái)采集模擬電壓，得到各個(gè)傳感器的值。通過(guò)NI-9403的輸入功能來(lái)獲取制動(dòng)信號和輪速信號，通過(guò)NI-9403的數字量輸出功能來(lái)控制電機和電磁閥的動(dòng)作。

　　在執行器方面，液壓控制單元采用Bosch(博世)的ESP 8.0的液壓控制單元。制動(dòng)系統采用金杯客車(chē)的制動(dòng)管路和制動(dòng)器。仿真平臺搭建在金杯客車(chē)上，我們對金杯客車(chē)的制動(dòng)管路進(jìn)行了改造，安裝了壓力傳感器和HCU(整車(chē)控制器)。

　　系統軟件設計

　　軟件上，通過(guò)共享變量來(lái)控制仿真試驗的開(kāi)始和結束，用全局變量記錄下位機中的數據，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò )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(jìn)行升級和維護?？偟能浖Y構如圖2所示。

　　圖2 系統軟件框圖