CN104635667B - 一种电动车辆再生制动与esp协调控制快速开发平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动车辆再生制动与ESP协调控制快速开发平台，该平台包括显示器、工控机、接线端子板、制动硬件系统、信号驱动系统、信号处理系统、信号采集系统。根据建立的电动车辆再生制动与ESP协调控制模型，进行在线仿真运行，通过实时数据采集与输出，实现电动车辆再生制动与ESP协调控制，验证控制方法与策略正确性，现实控制器快速开发。本发明针对电动车辆再生制动与ESP协调控制，提出运用快速开发方法，有效地解决了产品开发前期问题，极大地提高了工作效率和时间，缩短了控制器开发周期。

Description

一种电动车辆再生制动与ESP协调控制快速开发平台

技术领域

本发明涉及一种电动车辆再生制动与ESP协调控制快速开发平台，属于电液控制系统领域。

背景技术

目前，世界的汽车生产量依然在迅速增加，由此带来的是大量能源的消耗，所以开发与推广新型汽车显得的迫在眉睫，而具有再生制动功能的电动汽车能够实现能量的回收利用。研究表明，再生制动系统通常可回收利用约30％的制动动能。

再生制动技术就是：根据电机的可逆性原理，当电动汽车运行于减速制动工况时，通过合理控制使电机工作于发电机状态，将电动汽车的势能(下坡时)或动能(减速、制动时)转变为电能并储存于储能装置(如电池或/和超级电容)中，同时利用制动回馈自身的特性配合传统的摩擦制动系统进行协调控制来改善制动效能。汽车在进行再生制动过程中，除了要实现能量的回收利用，还要考虑到与稳定性程序(ESP)协调控制问题，以保证制动能量回收过程汽车行驶安全性，这就涉及到机械、电子、液压、软硬件系统等，开发程度十分复杂，而使用快速开发方法对再生制动与ESP协调控制进行开发则可提高效率，缩短开发周期、降低成本较高。

要实现再生制动与ESP协调控制快速开发，就需要有集成良好、便于使用的建模与设计、离线仿真、实时开发及测试工具。实时开发系统必须具有反复修改模型设计，进行离线及实时仿真的功能。这样，就可以将设计之初存在的错误及不当之处消除于初期，减小开发成本，加快开发进程。

发明内容

本发明的目的是提出一种电动车辆再生制动与ESP协调控制快速开发平台，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再生制动与ESP协调控制器开发。

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再生制动与ESP协调控制快速开发平台，该平台包括显示器、工控机、接线端子板、制动硬件系统、信号驱动系统、信号处理系统、信号采集系统。

所述显示器与工控机之间是串口通讯，显示器用于监视运行结果。

所述工控机与接线端子板是PCI数据通讯，用于数据的采集，工控机中装有软件(MATLAB),在工控机中建立软件系统，所述软件系统包括再生制动控制器、ESP控制器、协调控制器、信号输入与输出模块。

所述接线端子板是用于工控机、信号驱动系统和信号采集系统之间的信号传输。

所述制动硬件系统包括液压系统和电机系统，通过液压系统作动可以实现车身稳定性控制，通过电机系统可以实现再生制动。

所述信号驱动系统包括电磁阀驱动电路、电机驱动电路，通过导线与制动硬件系统相连，用来驱动液压系统中的电磁阀和液压泵电机、电机系统中的直流无刷电机。

所述信号处理系统通过导线一端与接线端子板连接，另一端与信号采集系统连接，主要作用是对采集的信号进行滤波、标定。

所示信号采集系统包括轮速传感器、侧向加速度传感器、横摆角速度传感器、方向盘传感器，用于把采集的信号输送给工控机中。其中采集的信号均是模拟量。

本发明具有如下突出的优势：

1、本发明能提高再生制动与ESP协同控制算法与策略的开发进程，快速验证所用算法与策略的正确性与可行性。

2、本发明的快速开发方法能够使设计错误与缺陷在产品开发前期解决，降低了开发成本，提高了开发效率，缩短了开发周期。

3、使用本发明快速开发的控制算法与策略可以使用MATLAB/Simulink/Targetlink等相关软件转为C代码移植到控制器硬件中，降低了控制器开发难度与成本，提高了开发速度。

附图说明

图1一种电动车辆再生制动与ESP协调控制快速开发平台结构示意图。

图2电机系统结构图。

图3液压系统结构图。

图4开发方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的优选实例方法作详细说明。

如图1所示，一种电动车辆再生制动与ESP协调控制快速开发方法，首先对开发对象进行分析，建立数学模型，根据已建数学模型，在工控机中建立再生制动控制器、ESP控制器、协调控制器、信号输入与输出模块。在MATLAB中，利用data acquire system工具箱完成快速快发目标环境配置，进行多次修改，初步优化。工控机输出的信号经接线端子板输送给信号驱动系统，控制制动硬件系统；同时又可从信号采集系统把输入信号传输给工控机。其中的输入信号均是模拟量，输出信号均是数字量。

如图2为电机系统结构图，所述电机系统包括为电机控制器、电动机/发电机、充电器、超级电容、DC/DC、电池管理系统、电池组。电机控制器输入端与电池组相连，为控制器提供电源，另一端与电动机/发电机相连，控制电动机/发电机；电动机/发电机与充电器相连，给电池组充电，充电器分成两个支路，一路与超级电容、DC/DC相连，另一路直接与电池管理系统相连，当回馈电流波动较大时采用充电器采用超级电容、DC/DC为电池组充电；电池管理系统与电池组相连，起到保护电池组的作用。

如图3为液压系统结构图，包括电磁阀驱动电路、泵电机驱动电路、制动主缸、液压调节器、制动轮缸，所述液压调节器包括电磁阀和泵电机，所述制动轮缸包括右前制动轮缸、左前制动轮缸、右后制动轮缸、左后制动轮缸。电磁阀驱动电路、泵电机驱动电路分别驱动12路电磁阀和液压泵电机，是液压调节器进行相应的工作，产生制动压力，作用到制动轮缸，从而使车辆行驶稳定。

如图4所示，该方法的具体步骤如下，

(1)把数据采集卡插在工控机的PCI卡槽内，用于数据的采集，创建软件系统与数据采集卡之间的实时通讯环境，实现软件与硬件之间的数据传输。

(2)对开发再生制动过程、ESP控制过程与方法进行分析，建立相应的数学模型，并分析数学模型是否精确。

(3)软件系统为MATLAB，根据步骤(2)，在MATLAB环境下建立模型，包括再生制动控制器、ESP控制器、协调控制器、信号输入与输出模块，再生制动控制器和ESP控制器接收信号输入与输出模块传输的信号，生成的输出信号传送给协调控制器，协调控制器最后进行抉择，把信号经过数据采集卡输送给作动对象，实现数字仿真，检验所建控制器是否合理与正确。

(4)根据图1，连接显示器、工控机、接线端子板、信号驱动系统、制动硬件系统、信号采集系统、信号处理系统，实现软件与硬件之间的数据通讯，在工控机中运行步骤3所建立的模型，通过接线端子板把输出信号经过信号驱动系统传送到制动硬件系统。

(5)通过步骤(4)，输出的信号传送到制动硬件系统，一则使泵电机工作，电磁阀也根据此信号工作，由此产生制动压力作用到车轮轮缸，实时的调整车辆的运行姿态；二则使电机控制器工作驱动电机运转，当车辆减速时电机则逆变为发电机，给电池组充电。

(6)显示器可以监视整个系统的运行情况，通过实时修改参数配置及控制方法，使控制效果符合要求为止，达到车辆稳定安全行驶和制动能量回收。

Claims (1)

1.一种电动车辆再生制动与ESP协调控制快速开发平台，其特征在于：该平台包括显示器、工控机、接线端子板、制动硬件系统、信号驱动系统、信号处理系统、信号采集系统；

所述显示器与工控机之间是串口通讯；

所述工控机与接线端子板是PCI数据通讯，用于数据的采集，工控机中装有软件,在工控机中建立软件系统，所述软件系统包括再生制动控制器、ESP控制器、协调控制器、信号输入与输出模块；

所述接线端子板是用于工控机、信号驱动系统和信号采集系统之间的信号传输；

所述制动硬件系统包括液压系统和电机系统，通过液压系统作动可以实现车身稳定性控制，通过电机系统可以实现再生制动；

所述信号驱动系统包括电磁阀驱动电路、电机驱动电路，通过导线与制动硬件系统相连，用来驱动液压系统中的电磁阀和液压泵电机、电机系统中的直流无刷电机；

所述信号处理系统通过导线一端与接线端子板连接，另一端与信号采集系统连接；

所示信号采集系统包括轮速传感器、侧向加速度传感器、横摆角速度传感器、方向盘传感器，用于把采集的信号输送给工控机中；其中采集的信号均是模拟量，一种电动车辆再生制动与ESP协调控制快速开发方法，该开发方法的实施步骤如下，

(1)把数据采集卡插在工控机的PCI卡槽内，用于数据的采集，创建软件系统与数据采集卡之间的实时通讯环境，实现软件与硬件之间的数据传输；

(2)对开发再生制动过程、ESP控制过程与方法进行分析，建立相应的数学模型，并分析数学模型是否精确；

(3)软件系统为MATLAB，根据步骤(2)，在MATLAB环境下建立模型，包括再生制动控制器、ESP控制器、协调控制器、信号输入与输出模块，再生制动控制器和ESP控制器接收信号输入与输出模块传输的信号，生成的输出信号传送给协调控制器，协调控制器最后进行抉择，把信号经过数据采集卡输送给作动对象，实现数字仿真，检验所建控制器是否合理与正确；

(4)连接显示器、工控机、接线端子板、信号驱动系统、制动硬件系统、信号采集系统、信号处理系统，实现软件与硬件之间的数据通讯，在工控机中运行步骤(3)所建立的模型，通过接线端子板把输出信号经过信号驱动系统传送到制动硬件系统；

(5)通过步骤(4)，输出的信号传送到制动硬件系统，一则使泵电机工作，电磁阀也根据此信号工作，由此产生制动压力作用到车轮轮缸，实时的调整车辆的运行姿态；二则使电机控制器工作驱动电机运转，当车辆减速时电机则逆变为发电机，给电池组充电；

(6)显示器可以监视整个系统的运行情况，通过实时修改参数配置及控制方法，使控制效果符合要求为止，达到车辆稳定安全行驶和制动能量回收。