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(dāng)?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(jī)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(jìn)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(fèi)用較低，但是使用不夠方便，dSpace系統(tǒng)價格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于PXI系統(tǒng)，然而兩者性能差別不是很大。

　　系統(tǒng)構(gòu)架

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

　　上位機(jī)用于監(jiān)控仿真過程，分析和保存仿真結(jié)果。下位機(jī)運(yùn)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(zhuǎn)向以及聯(lián)合工況下的響應(yīng)。控制器運(yùn)行控制算法，對車輛運(yùn)動進(jìn)行相關(guān)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(jī)，從而形成一個閉環(huán)系統(tǒng)。仿真平臺結(jié)構(gòu)如圖1所示。

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　　圖1 仿真平臺結(jié)構(gòu)圖

　　仿真平臺結(jié)構(gòu)圖

　　圖1中，上位機(jī)、下位機(jī)和控制器三者通過網(wǎng)線連接，上位機(jī)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(shè)計

　　用PXI運(yùn)行整車模型，模擬車輛的運(yùn)動響應(yīng)，提供給控制器相關(guān)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(zhuǎn)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(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行通信，從而控制發(fā)動機(jī)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(yùn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換模塊將電壓轉(zhuǎn)換成對應(yīng)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(jī)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(jìn)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(shè)計

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

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　　圖2 系統(tǒng)軟件框圖