2016/1/15 16:01:05 汽车稳定性控制驾驶模拟仿真硬件研究

验证汽车稳定性控制策略的正确性以及开发一套简单的驾驶模拟系统,势必还需要一个硬件平台的支持,所有硬件可分为计算机系统硬件和驾驶员输入设备两类。

  下面首先介绍计算机系统硬件研究

要完成离线的稳定性控制策略验证,一般的计算机(PC)就能完成,Lab VIEW和 Carsim都支持 Windows 系统,能在 Windows 系统上完成联合仿真。但对于驾驶模拟器的开发,还需要一套搭配实时系统的计算机,以便于驶模拟器以后的拓展,还可以完成硬件在环仿真研究。所以计算机组包括主机(Host PC)和实时目标机。

汽车模拟仿真硬件构造图

 汽车稳定性模拟仿真研究需要选择高性能PC 机作为主机,其基本配置为:

 华硕 P5Q SE 的主板,酷睿 2 四核 Q8300,4G 内存,500G 硬盘,华硕 EAH5770显卡,RTL8168C(P)千兆网卡。该 PC 机可完成稳定性控制的离线仿真,另选择Lab VIEW  RT 系统—PXI 系统作为实时驾驶模拟仿真的计算机平台,即实时目标机。

纵观整个测控领域,实时控制系统有如 d SPACE、Rt-Lab、NI-PXI 等,但 PXI无疑是现今自动化控制领域的主流。PXI (PCI e Xtensions for Instrumentation,面向仪器系统的 PCI 扩展)  是一种由 NI 公司发布的坚固的基于 PC 的测量和自动化平台。

PXI 结合了 PCI 的电气总线特性与 Compact PCI 的坚固性、模块化及 Eurocard机械封装的特性发展成适合于试验、测量与数据采集场合应用的机械、电气和软

件规范。一个 PXI 系统由三个基本部分组成——机箱、控制器、以及外围 I/O 模块。基于 PXI 的这种模块化架构,可以实现系统部分组件的单独升级,并且可以使测试系统能快速利用这些升级的组件所带来的新技术。

  经过十几年的发展,PXI 已成为主流的模块化仪器平台,不仅得到众多主流测试测量厂商的支持,而且全球各地的用户基于 PXI 平台在多个领域实现各种不同的应用。一些世界领先的测试系统供应商将他们的测试解决方案转向 PXI 平台,包括 NI、Agilent、Pickering 在内的许多测试设备厂商均已将 PXI 视为模块化仪器的主流标准。无论用户准备构建一个仪器平台、数据采集系统、自动化测试系统、工业自动化系统、或是实时控制系统,PXI 的开放式工业标准特性都能够帮助降低系统的总成本和开发时间,增强系统性能和带宽,使系统集成工作变得轻松简单,同时确保系统具有长期可维护性。PXI 的模块化架构也可以使测试系统体积更为紧凑,由于测试系统的许多部分(如控制器、电源等)都是共享的,因此也降低了系统成本,如基于 NI PXI 实现 MEMS 芯片测试系统,相比原方案体积只有 1/15,  重量只有 1/66,功耗减小到 1/16,成本降低至 1/11

  驾驶员输入设备研究

所谓驾驶模拟仿真系统,驾驶员的交互是主要的一部分,驾驶员通过驾驶常规操作输入方向盘转角、油门踏板、制动踏板、档位信号,计算机接收到这些信号并带入汽车模型运算,得到汽车方向、位移、车速、档位等信号并通过显示屏动画展现出来,驾驶员通过观察、感受驾驶运动感并及时调整汽车操作动作,也就完成了简单了驾驶模拟。

 驾驶员交互所输入的方向盘、油门、制动、档位信号需要驾驶操作设备完成,实际的汽车驾驶过程中,方向盘转角一般采用增量式转角编码器测量;电子油门直接输出油门位置对应的电压信号;而车轮 4 个制动轮缸的制动管路压力用压力传感器可测得。测得的信号还需要用数据采集系统采集完成才能用于研究。这样的一套仪器设备系统精度高,但搭建起来相对复杂,需要更多的时间投入,价格也较昂贵,对于一种控制系统的早期研究来说,投入相对较高。还有一种驾驶模拟输入设备是基于赛车游戏的方式建立,如罗技(Logitech)的驾驶模拟输入设备、北通(BETOP)驾驶模拟输入设备;这样的驾驶模拟输入设备同样包含方向盘、油门、制动、档位信号,数字信号、模拟信号两种模式可选,有力矩反馈和自动回正功能,能完成与传感器集成的驾驶操作设备同样的驾驶,甚至驾驶感都没有什么差别;最主要的是,这样的驾驶模拟输入设备轻便、灵活,可以马上介入计算机系统进行仿真研究,无需考虑传感器、采集卡等硬件设计,并且价格较驾驶操作设备低得多。

  汽车模型仿真驾驶设备

由于本文的研究主要是对于稳定性控制系统的研究,驾驶模拟也是初步的探讨研究以验证稳定性控制策略。所以本研究选择 BETOP 驾驶模拟输入设备 C432 PLUS 作为驾驶模拟仿真的输入设备,完成汽车稳定性驾驶模拟仿真系统的集成,完成稳定性控制策略的验证。

BETOP C432 PLUS 主要性能参数如下:

①方向盘附带换档摇杆及可折叠脚踏板,具有真实感;

②可对高度及倾斜度进行 3 段调节,满足不同环境需求;

③面板上设计有数字方向键及 12 个动作按键,可自定义所以按键,可方便地进行各种操作;

④盘面握把两侧内部均有振动电机设计,可表现细腻的震动效果;

⑤高精度 VR 控制技术,数字/模拟两种操作方式可随时切换;

⑥采用原生铜质线材,2 米线长,额定工作电流:静态最大 35m A,振动最大 150m A。


 
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