CN103941594A - 一种电动车辆电、液制动快速控制原型 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆电、液制动快速控制原型，包括研华PCI1712、工控机、接线端子板、信号驱动电路、制动硬件系统、信号处理电路、信号采集系统。根据建立的电、液制动快速控制原型，通过实时采集与输出数据，实现液压ABS控制模式或者ABS电机控制模式，验证控制算法正确性，实现控制器快速开发。本发明针对电动车辆车辆液压制动系的快速开发，提出运用快速控制原型方法快速建立控制器原型，有效地解决了快速控制原型设计与真实控制器开发衔接问题，极大地改善了工作效率和时间，缩短了控制器开发周期。

Description

一种电动车辆电、液制动快速控制原型

技术领域

本发明涉及一种电动车辆电、液制动快速控制原型，属于电、液制动控制技术领域。

背景技术

随着人们对汽车安全性、舒适性、操纵稳定性等要求的越来越高，提高和改善其电子控制系统的性能已经成为汽车行业的热点。但是汽车电子控制系统涉及机械、液压、电子、软硬件系统等，开发程度十分复杂，而使用快速控制原型对电子控制系统进行开发则可提高效率，缩短开发周期。

在系统开发的初期阶段，快速地建立控制器模型，并对整个系统进行多次离线和在线的测试来验证控制方案的可行性，这个过程称为快速控制原型。

快速控制原型仿真是实时仿真的一种，它实现于产品研发的算法设计阶段与具体实现阶段之间。快速控制原型就是利用某种手段将工程师开发的算法下载到某个计算机硬件平台中，该计算机硬件平台在实时条件下运行，模拟控制器，通过实际I/O设备与被控对象实物连接，验证算法的可靠性和准确度。

要实现快速控制原型，必须有集成良好、便于使用的建模、设计、离线仿真、实时开发及测试工具。实时系统允许反复修改模型设计，进行离线及实时仿真。这样，就可以将错误及不当之处消除于设计初期，使设计修改费用减至最小。

传统开发方法至少存在三大问题：

(1)在控制方案的控制效果还不确定的情况下，硬件电路已经制造，此时还不确定所设计方案是否满足要求，但已经产生较大的硬件投入资本。

(2)由于采用手工编程，所以会产生代码不可靠的问题，这样，在测试过程中如果出现问题，很难确定是控制方案不满足要求还是手工编写代码错误。此外手工编程会占用大量时间，导致虽然有了控制方案，却要等待很长时间才能对其进行验证和测试，从而在不知道方案是否可行的情况下就浪费了大量的时间、人力和物力，带来不必要的经济损失。

(3)即使软件编程不存在问题，如果在测试过程中发现控制方案不满足要求，需要进行修改，则新的一轮工作又将开始。在软件的修改和调试上将耗费大量时间。另外，由于涉及部门多，加上管理不善所引入的种种不协调，导致开发周期长增加，最终导致产品虽然研制成功了，但初始需求已经发生了变化，市场机会已经错过，产品已没有了销路，从而使整个开发以失败告终。

发明内容

本发明的目的是提出一种电动车辆电、液制动快速控制原型，适用于模拟控制系统软件、调试产品级系统，尤其适用于电动车辆电、液制动控制器开发。

为实现上述目的，本发明采用的技术的方案为一种电动车辆电、液制动快速控制原型，该模型包括显示器、工控机、接线端子板、信号驱动电路、制动硬件系统、信号处理电路、信号采集系统。

所述显示器与工控机串联，实现串口通信，用于显示工控机运行的结果；

所述工控机与接线端子板通过串口线相连，其扩展槽中内嵌研华数据采集卡PCI1712，用于数据的采集与处理。工控机中建立快速控制原型模型，整个快速控制原型包括车辆动力学模型、控制器模型、电池管理系统模型，输入信号处理模块，输出信号处理模块。所述辆动力学模型、电池管理系统模型分别与控制器模型连接，把信号输入给控制器模型；

所述接线端子板采用一种DIN导轨安装的68芯SCSI-II型，通过导线与信号驱动电路相连，用于信号的输入与输出。

所述制动硬件系统包括电磁阀、ABS电机。通过电磁阀的工作，可以实现轮缸压力的变化，从而调节车轮制动压力；ABS电机的工作也可以实现车辆的制动。

所述信号驱动电路包含电磁阀驱动电路、电机驱动电路，通过导线与制动硬件系统中的电磁阀、电机连接，旨在驱动液压系统的12路电磁阀、泵电机和ABS电机。

所述信号处理电路一端与信号采集系统连接，一端与接线端子板连接，旨在把采集到的信号滤波、标定。

所述信号采集系统包括轮缸压力传感器、轮速传感器、制动踏板位移传器，用于把采集的信号经接线端子板、研华数据采集卡输给工控机中的控制器模型。

所述输入信号处理模块，输出信号处理模块分别与车辆动力学模型、控制器模型连接，旨在把采集到的信号输给车辆动力学模型，把控制器输出的信号输出到外部制动硬件系统。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。

1、本发明能够快速实现多种算法开发与验证，提高控制器开发效率；

2、本发明允许快速建模，将控制系统设计错误消除设计初期，减小设计开发费用；

3、本发明在系统规模上有较大简化，使用置信度高的数学模型、实际被控硬件系统、工控机，结构简单，满足实时仿真要求；

4、本发明允许在线反复修改参数，可即时得到仿真结果和控制效果；

本发明可将得倒的控制算法可转化为C代码下载到真实硬件控制器中，降低了控制器开发难度，提高了开发效率

附图说明

图1快速控制原型试验平台示意图。

图2车辆电、液制动快速控制原型结构示意图。

图3控制器模型结构图。

具体实施方案

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1-3所示，一种电动车辆电、液制动快速控制原型，开发软件平台为MATLAB/Simulink，在MATLAB/Simulink软件平台下建立电、液制动控制器，实现软件纯数字仿真，验证建立控制器。硬件包括显示器、研华数据采集卡PCI1712、主机、接线端子板、电路板，制动硬件系统。显示器和主机是通过串口端口连接；研华数据采集卡PCI1712和主机系统的总线相连，即直接插在主机相应I/O扩展槽中，用于数据的采集与处理；接线端子板和研华数据采集卡PCI1712通过电缆连接，电缆采用PCL-10168型，具有两端针型接口；接线端子板采用ADAM-3968型，是一种DIN导轨安装的68芯SCSI-II接线端子板，用于各种信号的输入与输出。

图2为电动车辆电、液制动快速控制原型结构示意图，首先要对控制对象进行分析，包括建立控制对象物理模型，工控机的任务是为建立车辆动力学模型、控制器模型、电池管理系统模型，输入信号处理模块，输出信号处理模块提供了软件开发平台。利用研华提供的DQA工具箱完成工控机的快速控制原型目标环境配置，进行反复调整参数，做到初步优化。此过程中输出的信号为数字量，采集到的信号为模拟量。附图1为快速控制原型试验平台示意图。

图3为控制器模型结构图，所述上层控制器包括ABS模块、制动力分配模块，所述ABS模块包括液压ABS模块、ABS与再生制动协调模块，用于协调车辆在液压ABS与再生制动工作模式。下层控制器包括电机控制器、液压控制单元，用于控制ABS电机和液压控制单元中的电磁阀，泵电机。当再生制动力为零时，系统进入液压ABS；当再生制动力不为零而要进行防抱死制动时，系统通过协调减少再生制动力和动态调节液压制动力来实现防抱死制动，当电机制动力减小到零后（ABS电机制动退出制动模式），系统切换到液压ABS控制模式。

具体步骤为：

（1）在工控机中安装和调用研华数据采集卡PCI1712，创建MATLAB与研华数据采集卡PCI1712之间实时运行环境；

（2）分析电磁阀、液压制动轮缸、泵电机、ABS电机数学模型，确定液压制动和电机制动两种模式电磁阀、液压制动轮缸、泵电机、ABS电机工作状态，确定其动态数学模型，该模型与其实际数学模型相对应；

（3）在MATLAB环境中，建立电、液控制器模型、液压执行系统模型，进行纯数字仿真，分析液压制动控制器和ABS电机制动控制器的控制效果仿真，验证控制算法正确性；

（4）通过步骤（1），建立电动车辆动力学及电、液制动控制器快速原型模型，通过研华数据采集卡PCI1712实现实时通讯，经过接线端子板与制动硬件系统连接，驱动电磁阀、泵电机和ABS电机工作，信号采集系统把采集到的信号经过滤波、标定通过接线端子板、研华数据采集卡PCI1712返回到控制器中，实现闭环控制；

（5）在工控机中运行设计的快速控制原型模型，通过与其串口连接的显示器观察到运行的半实物仿真结果，在步骤（4）中进行在线修改控制方案，直至通过传感器采集到的信号出现满意的控制效果。

Claims (2)

1.一种电动车辆电、液制动快速控制原型，其特征在于：该模型包括显示器、工控机、接线端子板、信号驱动电路、制动硬件系统、信号处理电路、信号采集系统；

所述显示器与工控机串联，实现串口通信，用于显示工控机运行的结果；

所述工控机与接线端子板通过串口线相连，其扩展槽中内嵌研华数据采集卡PCI1712，用于数据的采集与处理；工控机中建立快速控制原型模型，整个快速控制原型包括车辆动力学模型、控制器模型、电池管理系统模型，输入信号处理模块，输出信号处理模块；所述辆动力学模型、电池管理系统模型分别与控制器模型连接，把信号输入给控制器模型；

所述接线端子板采用一种DIN导轨安装的68芯SCSI-II型，通过导线与信号驱动电路相连，用于信号的输入与输出；

所述制动硬件系统包括电磁阀、ABS电机；通过电磁阀的工作，可以实现轮缸压力的变化，从而调节车轮制动压力；ABS电机的工作也可以实现车辆的制动；

所述信号驱动电路包含电磁阀驱动电路、电机驱动电路，通过导线与制动硬件系统中的电磁阀、电机连接，旨在驱动液压系统的12路电磁阀、泵电机和ABS电机；

所述信号处理电路一端与信号采集系统连接，一端与接线端子板连接，旨在把采集到的信号滤波、标定；

所述信号采集系统包括轮缸压力传感器、轮速传感器、制动踏板位移传器，用于把采集的信号经接线端子板、研华数据采集卡输给工控机中的控制器模型；

所述输入信号处理模块，输出信号处理模块分别与车辆动力学模型、控制器模型连接，旨在把采集到的信号输给车辆动力学模型，把控制器输出的信号输出到外部制动硬件系统。

2.依权利要求1所述的一种电动车辆电、液制动快速控制原型，该模型的实施步骤如下，其特征在于：

（1）在工控机中安装和调用研华数据采集卡PCI1712，创建MATLAB与研华数据采集卡PCI1712之间实时运行环境；

（2）分析电磁阀、液压制动轮缸、泵电机、ABS电机数学模型，确定液压制动和电机制动两种模式电磁阀、液压制动轮缸、泵电机、ABS电机工作状态，确定其动态数学模型，该模型与其实际数学模型相对应；

（3）在MATLAB环境中，建立电、液控制器模型、液压执行系统模型，进行纯数字仿真，分析液压制动控制器和ABS电机制动控制器的控制效果仿真，验证控制算法正确性；

（4）通过步骤（1），建立电动车辆动力学及电、液制动控制器快速原型模型，通过研华数据采集卡PCI1712实现实时通讯，经过接线端子板与制动硬件系统连接，驱动电磁阀、泵电机和ABS电机工作，信号采集系统把采集到的信号经过滤波、标定通过接线端子板、研华数据采集卡PCI1712返回到控制器中，实现闭环控制；

（5）在工控机中运行设计的快速控制原型模型，通过与其串口连接的显示器观察到运行的半实物仿真结果，在步骤（4）中进行在线修改控制方案，直至通过传感器采集到的信号出现满意的控制效果。