2016/1/25 16:30:41 汽车稳定性硬件在环仿真系统研究

硬件在环仿真系统组成:

硬件在环仿真系统的基本组成可分为4个部分:实物、模型、接口系统以及交互式的实时监控系统。其中实物是系统中的控制对象;模型实时仿真系统将被控对象部分以模型代替,并对模型进行实时处理和计算,它相当于所模拟部分的实际运行情况;实时监控系统是整个系统的指挥中心,通过它可对参数进行调整,并对数据进行实时采集和输出接口系统则负责实时数据交换和信息传递。下面我对使用的一些仪器设备进行详细的叙述。

1、 传感器

光电编码器 用于测量前、后轮转向角。光电编码盘角度检测传感器是一种广泛应用的编码式数字传感器,它将测得的角位移转换为脉冲形式的数字信号输出。光电编码盘角度检测传感器可分为两种:绝对式光电编码盘和增量式光电编码盘。绝对式角位移传感器通过检测输出电压值确定传感器的绝对位置。

2、转向盘测力仪 转向盘测力仪用于测定施加在转向盘上的力矩和转角。本试验台采用的是 WFY-B 型微电脑转向盘转动量、扭力矩检测仪。该测试仪核心部分采用集成电路,国际标准部件,LED 液晶显示,传感器和二次仪表一体化,结构合理操作方便。可测试方向盘的自由转角,原地转向力、方向盘转距转角和方向盘其他静态、动态的参数。

3、陀螺仪 采用新航测控技术有限公司的 IMU401CG 型—六自由度惯性测量仪。通过它可以测量车辆质心处的 X、Y、Z 轴的角速度和 X、Y、Z 轴的加速度。

4、直流伺服电机

伺服电机又称为执行电动机,他将输入的电信号变换成转轴的角位移或角速度输出。输入的电压信号又称为控制信号或控制电压,改变控制电压可以变更伺服电动机的转速反转向。采用博山新特电机厂的90ZYT01T125W型号的直流伺服电动机,它具有机械结构紧凑、体积轻巧、小型高效,传动速比大、扭矩大、承受过载能力高等特点。

   硬件在环仿真系统设计思路及其控制过程

应用 MATWORK 公司的 MATLAB 软件及 dSPACE 公司的产品,并引入现代 V 循环模式设计理念。车辆硬件在环仿真系统的设计思路:

1)分析原有 ECU 的控制功能及其存在的问题;  

2)建立车辆系统动力学模型及控制器模型(MATLAB 环境下);

3)改进、优化动力学模型及控制器模型;

4)生成控制器定点数代码;

5)应用 MATLAB 及 d SPACE/TARCETLINK 生成 C 代码;

6)应用 d SPACE 提供地实时仿真软件 Control Desk,验证动力学模型及控制器功能;

7)应用 d SPACE 编辑器生成产品级代码,并移植到原有的 ECU中去;

8)ECU 装车,实车试验;

9)针对试验中出现的问题,修正模型参数及控制器参数;

10)重复以上过程,直到达到最佳的控制器参数。

 根据上述车辆硬件在环仿真的开发设计思路建立4WS车辆的硬件在环仿真开发方案。

 数学模型系统接上控制器的硬件,控制器与车辆模型之间的数据交换是通过硬件进行的。 其控制过程如图6-6所示。车辆模型输出的是车辆的运动状态,通过I/O接口板将计算结果数值变为电量,信号经过控制器的I/O口,将电量转化为数字量,并输入给控制器内存,经过控制器算法,将控制命令输入给I/O口转换为模拟电量,并放大驱动信号。这些驱动信号可以直接经信号输入模块将模拟电量转化为数字量输入给作动系统模型,由模型计算出控制能量,并把它们输入给车辆模型,车辆模型根据输入的控制量计算出车辆的运动状态,再将结果输出,这就实现了4WS车辆系统的硬件在环仿真。


汽车虚拟仿真架构图

实例分析:4WS 车辆硬件在环仿真方向盘转角和后轮转角输入,整车虚拟样机试验仿真同硬件在环仿真比较。

本节将硬件在环仿真中所测得的方向盘转角和后轮转角作为 ADAMS 整车虚拟样机模型的控制输入,比较了 ADAMS 仿真同硬件在环仿真的动力学响应。在 MATLAB 中将方向盘转角记录的时间和方向盘转角数据编辑成一个两行的.mat 文件作为 ADAMS 虚拟样机的方向盘转角输入,同时将后轮转角传感器所测得的时间和方向盘转角数据也同样编辑成一个两行的.mat 文件作为 ADAMS 虚拟样机的后轮转角输入,其方向盘转角输入如图 6-10 所示,后轮转角输入如图 6-15 所示,其 ADAMS虚拟仿真的控制框图如图 6-16 所示。

虚拟仿真框架图

总之,在前后轮转角输入情况下,虽然横摆角速度、质心侧偏角和侧向加速度都有些许的改变,但 ADAMS 中的整车虚拟样机模型的行驶状况大致体现了车辆的真实的运动状况,这样做有利于我们利用虚拟样机技术直观地再现硬件在环仿真车辆的运行情况。

本章基于 d SPACE 系统和车辆试验台架,进行了车辆的硬件在环仿真。将 ADAMS 虚拟样机试验仿真同硬件在环仿真相结合,利用硬件在环仿真试验所测得的方向盘转角作为 ADAMS 中整车虚拟样机的控制输入,并比较了两种试验的动力学响应特性。另外利用硬件在环仿真试验所测得的方向盘转角和后轮转角作为 ADAMS 中整车虚拟样机的控制输入,近似地模拟了硬件在环仿真中车辆的行驶轨迹。


 
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