構(gòu)建基于PXI電子液壓制動系統(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的縱向加速度和輪速，估計參考車速。同時接受方向盤轉(zhuǎn)角，橫擺角速度、側(cè)向加速度，利用估計的參考車速估計質(zhì)心側(cè)偏角。汽車穩(wěn)定行駛時，目標制動力矩與制動踏板位移成比例關(guān)系。汽車失穩(wěn)時，EHB系統(tǒng)主要的控制對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，控制實際橫擺角與理想二自由度橫擺角之間的偏差，輸出為目標制動力矩。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力矩。根據(jù)車輛運動狀態(tài)協(xié)調(diào)上述三種模式下的輸出量得到目標制動力矩。調(diào)用制動力矩—輪缸壓力模塊，計算出目標輪缸壓力，再轉(zhuǎn)入開關(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)高壓蓄能器設定壓力及HCU的工作狀態(tài)輸出泵電機的占空比，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中模型實現(xiàn)無縫集成。模型采用固定步長常微分方程求解器，通過Real-Time Workshop轉(zhuǎn)化為VeriStand支持的dll動態(tài)鏈接庫文件。

4 配置VeriStand

在System Explorer Window中導入模型文件，對Primary Control Loop的實時仿真速度進行調(diào)整，設置周期為100μsec，則Model Execution Loop的周期為1ms，滿足車輛實時仿真的需要。通過分配處理器資源，Veristand能充分發(fā)揮雙核處理器的并行處理性能，提高實時運行速度。橫擺角速度是判斷汽車失穩(wěn)的重要標志，當理想橫擺角速度與實際橫擺角速度之差超過上下門限值時，通過報警設置以報警音的方式提示駕駛員。

圖7 VeriStand的配置

通過菜單界面完成對NI-CAN、NI-DAQ的通道設置，大大減小了程序的開發(fā)工作量，提高了開發(fā)效率。在Stimulus Profile Editor中設置Logging file，可以對橫擺角速度、質(zhì)心側(cè)偏角、輪缸壓力等進行保存。TDMS文件格式讀取快速，作為一種測試測量領域的通用數(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Workspace VI啟動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控件將動畫和顯示數(shù)據(jù)傳送給DYNAanimation。

圖9 通過ActiveX方法控制DYNAanimation

DYNAanimation將實時仿真結(jié)果在虛擬現(xiàn)實的環(huán)境中直接現(xiàn)實出來。其中，Animation Data數(shù)組中每十二個元素代表一個運動物體(如車身、輪胎)相對于大地坐標系的位置參數(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的基礎上得到，四個輪缸各由兩個高速開關(guān)閥控制，一個控制從高壓蓄能器增壓，一個控制向低壓蓄能器減壓，需8路PWM 信號。2路PWM輸出負責對泵電機的控制。VeriStand中默認的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，滿足應用的需要?？梢娀? VeriStand的自定義FPGA I/O功能使混合仿真平臺具有靈活方便的擴展性能。

5 仿真平臺的功能演示

5.1 駕駛員在環(huán)麋鹿測試

在DYNAanimation環(huán)境下建立三維圖像文件，包括道路、標識線、車身模型、輪胎、路障等，進行駕駛員在環(huán)的“麋鹿”測試。在車速為 80km/h時對比打開穩(wěn)定性控制與關(guān)閉穩(wěn)定性控制車輛的操縱響應。在實時仿真結(jié)束，保存錄像并進行對比。如圖11所示，在打開穩(wěn)定性控制時，駕駛員可以平穩(wěn)地實現(xiàn)車輛的變線，車輛的運動軌跡符合駕駛員的預期，當關(guān)閉穩(wěn)定性控制時，車輛失控跑出跑道?；赩eriStand構(gòu)建的駕駛員在環(huán)測試平臺可以實現(xiàn)逼真的產(chǎn)品演示。

圖11 開啟、關(guān)閉穩(wěn)定性控制

5.2 利用激勵進行正弦延遲測試

正弦延遲測試是美國國家高速安全局(NHTSA)規(guī)定的126號法規(guī)，用于檢測車輛的側(cè)向穩(wěn)定性能。不同于麋鹿測試，現(xiàn)實實驗中需要通過轉(zhuǎn)向機器人完成。VeriStand的配置實時激勵功能很好地幫助我們完成該項測試。試驗在干燥、平直附著系數(shù)為0.9的道路上進行，方向盤轉(zhuǎn)角進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)角及實驗流程如圖12，其中A為80km/h下車輛側(cè)向加速度達到 0.3g時方向盤的轉(zhuǎn)角。

通過實時激勵功能里的正弦函數(shù)、延時函數(shù)編制激勵文件，通過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雜性，減少測試系統(tǒng)的開發(fā)時間。