2016/1/22 11:20:27 稳定性控制驾驶模拟仿真系统集成

在前几个章节中我们介绍了汽车稳定性控制策略模型的建立、Carsim 汽车模型的建立、计算机系统和驾驶模拟输入设备的选定,接下来的工作是把所有的这些软件模型、硬件设备集成到一起,搭建完成一套可用于稳定性控制策略验证的驾驶模拟仿真系统。

   系统集成时,首先将驾驶模拟输入设备于 PXIe 的高速 USB 口相连,然后用网线将目标机和主机连接,这时打开 NI 的 MAX(Measurement&Automation Explorer)。在 MAX 的左侧信息栏会搜索出与 NI 产品有关的所有软件和硬件资源,MAX 的远程系统项下出现与主机联接的目标机,可对目标机的名称和 IP 进行重新设置。目标机下显示了其中安装的所有硬件和软件。在配置新的实时系统前,利用 MAX 的软件安装向导向目标机安装 Lab VIEW  RT 的所有相关软件。包括实时系统和硬件驱动。一般的 Lab VIEW  RT 实时应用程序的开发流程是在主机的Lab VIEW 环境下,创建实时项目,利用图形化编程语言和驱动程序提供的 API 函数,编制实时应用程序。利用项目管理程序文件、库文件和程序间的依赖关系等,然后将主程序连同相关的其他程序和资源部署到目标机上,进行实时运算。仿真主程序在目标机实时系统下独立地进行实时运算,而主机只是通过网络通讯的方式对一些仿真变量进行监控。由于主机数据监测线程的优先级比较低,只有在主程序迭代空闲时才执行,所以不影响系统的实时性。在主程序搭建前,可利用 MAX中的测试面板工具,对驾驶模拟信号进行初步检测,观察各信号是否正常,是否需要调理。

由于前面的研究中已经搭建完成完整的稳定性控制策略模型,并采用 Carsim汽车模型作为稳定性控制仿真的对象。在 Carsim 中需要设置好汽车参数、路况、输入输出变量、仿真时间步长,还要配置好主机地址、目标机地址,最后点击控制屏幕上 OPEN 按钮即可打开目标机上的实时项目文件,这时 Carsim 的汽车模型已经与 NI PXI 目标机的 Vi 程序建立了连接。剩下的工作时要在目标机的 Vi 程序中完成软件控制策略的配置,其主要程序就是前面搭建的控制策略,只是加上驾驶模拟设备的输入,需要采集这些信号,并根据信号的变化范围匹配为驾驶操作的信号输入到控制策略模型中。

北通 C432 PLUS 驾驶模拟输入设备具有模拟、数字两种信号输出方式,考虑到真实的汽车驾驶输入信号为连续变化的模拟信号,所以要把北通驾驶输入设备调换到模拟输出模式。但是采集到的模拟信号不能直接用于 Lab VIEW 的控制策略输入 Carsim 汽车模型,必须对其做一定的线性预处理,使其在合适的范围内变化才能匹配 Carsim 汽车模型。Lab VIEW 本身带有可以识别 USB 输入设备的函数节点,采集到的驾驶信号在 Lab VIEW 中数据调理的主要程序。

  驾驶信号调节数据

该驾驶模拟系统的工作原理可以这样理解:由于 Carsim 汽车模型本是可以和Lab VIEW 动态连接的,而 Lab VIEW 的控制策略可以下载到 PXIe 系统实时的运行,PXIe 系统本是可以采集和输出各种实际信号,通过把驾驶员的控制信号输入到实时的 PXIe 系统,经过 Carsim 汽车模型就能得到车辆的各种状态参数,其状态以及驾驶信号经过 Lab VIEW 搭建的控制策略就能得到当前需要的控制变量,得到的控制量作用在 Carsim 中的汽车模型,就能改变汽车的动作,并实时的动画显示出当前汽车的改变。

驾驶模式仿真结构图

在上位机中,建立Labview  实时项目,可以通过建立的项目将上位机和目标机系统联系在一起。在 PXI  系统中,通过 Car Sim Labview RT 可以将 Car Sim  模拟车辆实时模型发送到 PXI 中,然后在 PXI 中进行与 Lab VIEW Windows 系统同样的操作控制完成仿真。在 Lab VIEW 中建立驾驶模拟仿真界面,使系统简洁、直观的显示汽车主要参数以及稳定性控制的主要变量,最后搭建起来的汽车稳定性控制驾驶模拟仿真系统的界面如下图 4.21,其中包含了汽车基本参数的设置,PID 控制参数的设置,以及 Carsim 仿真参数的显示和仿真结果的图形化实时显示。

驾驶模拟仿真系统实物图

汽车基本参数是指质量、轴距、轴心、刚度等,可以针对不同的车型随时的改变,在 Carsim 中设置好具体的汽车参数之后再 Lab VIEW 的控制系统中对应的输入即可;而 PID 控制参数在改变车型与控制策略之后需要随时调整以获得最好的响应;Carsim 仿真参数指的是仿真起始时间、仿真步长和仿真当前时间,在Lab VIEW 中实时显示仿真时间有助于对控制进程的把握,而 Carsim 就可以用来专注于动画的显示;最后通过图表输出稳定性控制仿真系统的仿真曲线,如车速、前轮转角、横摆角速度、质心侧偏角等,其单个曲线与 Carsim 中一样,还可以更方便的进行叠加、换算等更多二次处理。

最后搭建的驾驶模拟仿真系统实物图如图 4.22,可用于驾驶模拟仿真研究。

通过 PC 主机、NI RT 目标机以及驾驶模拟输入设备实现了驾驶模拟仿真系统硬件集成,并通过结合稳定性控制模型、Carsim汽车模型、制动压力分配模型完成了稳定性控制驾驶模拟仿真系统的最终搭建。


 
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