CN113093567A - 一种ak协议轮速传感器的仿真系统及其仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种AK协议轮速传感器的仿真系统及其仿真方法，属于汽车电子电气仿真测试技术领域，包括AK协议轮速传感器仿真模型、上下位机接口控制模块、FPGA板卡及整车模型；整车模型用于输出四个车轮的轮速信号；所述AK协议轮速传感器仿真模型用于接收轮速信号，并在AK协议轮速传感器仿真模型中配置四个轮速传感器的各项参数，并配置AK协议数据bit0‑bit8，并将AK协议全部参数输出给FPGA板卡；所述FPGA板卡用于将AK协议的频率电流信号输出给电子稳定控制单元。本发明的仿真系统能够实现AK协议轮速传感器的完全解析以及精准实时仿真，还实现了停转、正转、反转、速度脉宽错误、协议错误、校验错误、气隙尺寸实时变化等情况的模拟及测试，提升了测试范围覆盖度。
Description
技术领域
本发明属于汽车电子电气仿真测试技术领域，具体涉及一种AK协议轮速传感器的仿真系统及其仿真方法。
背景技术
在汽车电控系统功能日益增多，控制策略日益复杂的趋势下，对零部件的要求也在不断提高。目前越来越多的乘用车开始采用带有数据协议及校验功能的智能型轮速传感器，如AK通信协议的轮速传感器。AK协议的轮速传感器具备如下优点：1、带有正转、反转和停转三种状态；2、可识别安装气隙尺寸；3、具有数据奇偶校验功能。但是AK协议的轮速传感器及关联零部件在底盘电控系统试验台架上集成较为困难，因此一种AK协议轮速传感器仿真的测试系统具有十分重要的意义。
在汽车电控系统功能日益增多，控制策略日益复杂的趋势下，对零部件的要求也在不断提高。目前越来越多的乘用车开始采用带有数据协议及校验功能的智能型轮速传感器，如AK通信协议的轮速传感器。AK协议的轮速传感器具备如下优点：1、带有正转、反转和停转三种状态；2、可识别安装气隙尺寸；3、具有数据奇偶校验功能。但是AK协议的轮速传感器及关联零部件在底盘电控系统试验台架上集成较为困难，因此一种AK协议轮速传感器仿真的测试系统具有十分重要的意义。
在类似文献1中(CN111999527A)，专利文献中提供了一种AK协议轮速传感器测试系统，包括：数据分析判断系统、分别与所述数据分析判断系统连接的LCR测试仪模块、示波器模块、测试机构和激光打标模块；优点在于通过示波器模块将轮速信号的波形采集出，然后进行分析，实现通过每个波形的特性来判定轮速传感器是否达到性能指标；通过LCR测试仪模块能够测试轮速传感器电容值及电容损耗值，高电平，低电平，测试频率等；还配备激光打标功能，产品测试合格直接进行完整打标，不良品出现时自动进行日期码打标，防止产品流出，做好追溯。
在类似文献2中(CN112147976A)，专利文献提出一种轮速模拟系统和方法，轮速模拟系统包括仿真设备、轮速模拟模块和电子稳定性控制模块，其中：仿真设备，用于根据接收到的制动信号输出方波电压信号至轮速模拟模块；轮速模拟模块，用于实时将仿真设备输出的方波电压信号转换为对应的方波电流信号，并将方波电流信号实时发送至电子稳定性控制模块；电子稳定性控制模块，用于接收轮速模拟模块发送的方波电流信号，并根据方波电流信号输出对应的制动信号至仿真设备。通过仿真设备进行信号模拟输出方波电压信号，并通过轮速模拟模块将方波电压信号转换为方波电流信号，使得无需设置轮速传感器，精简了轮速模拟系统的结构。
在类似文献3中(CN207232757U)，该实用新型专利文献提供一种轮速传感器仿真板卡，通过接口电路将上位机发送的配置指令发送给FPGA，由FPGA根据配置指令和预设脉冲信号生成控制信号并输出至输出单元，生成电压型轮速信号或者电流型轮速信号并输出至信号隔离单元，得到隔离轮速信号；再由输出单元根据控制信号对隔离轮速信号进行处理后得到与传感器类型配置指令相对应的轮速传感器仿真信号，输出至自动化半实物仿真测试中HIL设备的控制器；当传感器类型配置指令不同时即可生成并输出与之相对应的轮速传感器仿真信号，进而满足多类型的轮速传感器仿真输出。并且本轮速传感器仿真板卡根据传感器状态参数配置指令，还能够实现模拟轮速传感器故障模式下的异常条件测试。
对于专利文献1中解决轮速传感器出厂前性能达标测试问题，专利文献2仅仅通过硬件电路设计输出最简单的轮速传感器频率电流，而没有办法解决带有数据协议的智能型轮速传感器的仿真办法，专利文献3为轮速传感器板卡的电路设计，而非具体的测试系统解决方案。
目前在公开的专利文献中，以解决轮速传感器出厂前性能达标测试问题、以及轮速传感器仿真板卡的电路设计为主，而没有针对特定通信协议如AK协议轮速传感器的解析，实现完全解析、精准仿真的测试系统解决方案，因此本发明在汽车电子电气仿真测试领域具有一定指导意义。
发明内容
本发明目的是提供一种AK协议轮速传感器的仿真方法及测试系统，能够对当前主流的AK协议轮速传感器进行完全解析，实现实时精准仿真，并在底盘电控测试台架集成方面大大降低电控系统集成难度以及集成测试的成本，利用该仿真系统及仿真方法也能够增大测试覆盖度，为AK协议轮速传感器仿真及台架测试系统提供有效解决方案。
本发明通过如下技术方案实现：
一种AK协议轮速传感器的仿真系统，包括AK协议轮速传感器仿真模型、上、下位机接口控制模块、FPGA板卡及整车模型；所述整车模型用于输出四个车轮的轮速信号；所述AK协议轮速传感器仿真模型用于接收轮速信号，并在AK协议轮速传感器仿真模型中配置四个轮速传感器的各项参数，并配置AK协议数据bit0-bit8，并将AK协议全部参数输出给FPGA板卡；所述FPGA板卡用于将AK协议的频率电流信号输出给电子稳定控制单元，所述电子稳定控制单元根据对仿真的轮速传感器频率电流信号识别情况做出响应，并驱动液压执行机构，所述液压执行机构用于控制轮缸压力，并将轮缸压力反馈给整车模型作为输入信号。
优选地，所述四个轮速传感器的各项参数包括仿真使能、计算轮速传感器电流信号频率，配置最小频率、停止频率、信号最大电流、中间电流、最小电流、齿数、缺齿数、数据脉宽、停止脉宽、速度脉宽等参数。
优选地，所述AK协议轮速传感器仿真模型采用Matlab/Simulink仿真软件搭建而成，所述整车模型采用Dyna4仿真软件搭建而成；所述上、下位机接口控制模块通过NIVeriStand试验管理软件控制Matlab/Simulink仿真软件、Dyna4仿真软件及FPGA板卡软件的接口。
优选地，所述AK协议轮速传感器仿真模型与FPGA板卡通过上、下位机接口控制模块进行通信。
一种AK协议轮速传感器的仿真方法，具体步骤如下：
步骤一：建立整车模型，输入为四个车轮的轮缸压力信号，输出为四个车轮的轮速信号；
步骤二：将上述整车模型输出的四个轮速信号作为AK协议轮速传感器仿真模型的输入，根据四个轮速分别判断车轮状态是停转、正转还是反转，在AK协议轮速传感器仿真模型中配置四个轮速传感器的各项参数，并配置AK协议数据bit0-bit8，并将AK协议全部参数通过输出接口输出给FPGA板卡；
步骤三：通过FPGA板卡输出AK协议的频率电流信号，并输出给电子稳定控制单元；
步骤四：电子稳定控制单元根据对仿真的轮速传感器频率电流信号识别情况做出响应，并结合车辆制动转向等综合行驶情况驱动液压执行机构，即驱动电磁阀以控制四个轮缸压力；并将轮缸压力反馈到整车模型中，完成整个系统的闭环控制。
优选地，所述电子稳定控制单元根据对仿真的轮速传感器频率电流信号识别情况做出响应，一方面对轮速传感器信号质量做出故障诊断，另一方面通过CAN总线发出轮速脉冲、轮速值、轮速方向，并结合车辆制动转向等综合行驶情况驱动液压执行机构，即驱动电磁阀以控制四个轮缸压力。
优选地，液压执行机构的执行方式有两种：一种是采用液压模型根据电磁阀驱动电流建模运算出四个轮缸压力，另一种是采用真实液压管路加四个压力传感器采集轮缸压力。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明的仿真系统能够实现AK协议轮速传感器的完全解析以及精准实时仿真，除了覆盖传统底盘电控测试系统台架具备的轮速丢失、轮速失效、轮速差异、缺齿等功能外，还实现了如下新功能：停转、正转、反转、速度脉宽错误、协议错误、校验错误、气隙尺寸实时变化等情况的模拟及测试，提升了测试范围覆盖度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的一种AK协议轮速传感器的仿真系统的系统原理图；
图2为AK协议数据图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例1
如图1所示，一种AK协议轮速传感器的仿真系统，包括AK协议轮速传感器仿真模型、上、下位机接口控制模块、FPGA板卡及整车模型；所述整车模型用于输出四个车轮的轮速信号；所述AK协议轮速传感器仿真模型用于接收轮速信号，并在AK协议轮速传感器仿真模型中配置四个轮速传感器的各项参数，并配置AK协议数据bit0-bit8，如图2所示，并将AK协议全部参数输出给FPGA板卡，所述四个轮速传感器的各项参数包括仿真使能、计算轮速传感器电流信号频率，配置最小频率、停止频率、信号最大电流、中间电流、最小电流、齿数、缺齿数、数据脉宽、停止脉宽、速度脉宽等参数。；所述AK协议轮速传感器仿真模型与FPGA板卡通过上、下位机接口控制模块进行通信。所述FPGA板卡用于将AK协议的频率电流信号输出给电子稳定控制单元，所述电子稳定控制单元根据对仿真的轮速传感器频率电流信号识别情况做出响应，并发送给驱动液压执行机构，所述驱动液压执行机构用于控制轮缸压力，并将轮缸压力反馈给整车模型作为输入信号。
所述AK协议轮速传感器仿真模型采用Matlab/Simulink仿真软件搭建而成，所述整车模型采用Dyna4仿真软件搭建而成；所述上、下位机接口控制模块通过NI VeriStand试验管理软件控制Matlab/Simulink仿真软件、Dyna4仿真软件及FPGA板卡软件的接口。
实施例2
一种AK协议轮速传感器的仿真方法，具体步骤如下：
(1)整车模型：采用Dyna4仿真软件，调用整车模型制动系统中的四个轮缸制动压力信号(左前轮轮缸压力P_FL、右前轮轮缸压力P_FR、左后轮轮缸压力P_RL、右后轮轮缸压力P_RR)作为输入信号以及四个轮速信号(左前轮速信号WS_FL、右前轮速信号WS_FR、左后轮速信号WS_RL、右后轮速信号WS_RR)作为输出信号；
(2)AK协议轮速传感器仿真模型：将上述整车模型输出的四个轮速信号作为AK协议轮速传感器仿真模型的输入，根据四个轮速分别判断车轮状态是停转、正转还是反转，在该模型中配置四个轮速传感器的各项参数：轮速仿真使能、电流信号频率、最小频率、停止频率、信号最大电流、中间电流、最小电流、齿数、缺齿数、数据脉宽、停止脉宽、速度脉宽，并配置AK协议数据bit0～bit8，见表1所示，并将AK协议全部参数通过输出接口关联到试验管理软件NI VeriStand；
(3)上、下位机接口配置：上位机包含Dyna4仿真软件(整车模型)、Matlab/Simulink仿真软件(AK协议的轮速传感器仿真模型)、NI VeriStand试验管理软件(配置FPGA板卡软件接口、模型接口及UI试验操作界面)，下位机包含NI实时系统及FPGA板卡；
(4)FPGA板卡：利用模型的运算能力控制板卡输出AK协议的频率电流信号(左前轮轮速信号正端WS_FL+、左前轮轮速信号负端WS_FL-、右前轮轮速信号正端WS_FR+、右前轮轮速信号负端WS_FR-、左后轮轮速信号正端WS_RL+、右前轮轮速信号负端WS_RL-、右后轮轮速信号正端WS_RR+、右后轮轮速信号负端WS_RR-)，以上作为电子稳定控制单元的输入；
(5)电子稳定控制单元ABS/ESP：电子稳定控制单元根据对仿真的轮速传感器频率电流信号识别情况做出响应，一方面对轮速传感器信号质量做出故障诊断，另一方面通过CAN总线发出轮速脉冲、轮速值、轮速方向，并结合车辆制动转向等综合行驶情况驱动液压执行机构，即驱动电磁阀以控制四个轮缸压力；
(6)液压执行模块：液压执行模块实施有两种方式，一种是采用液压模型根据电磁阀驱动电流建模运算出四个轮缸压力，另一种是采用真实液压管路加四个压力传感器采集轮缸压力，实施方式不同但目的是一致的，都是用来获取四个轮缸压力信号P_FL、P_FR、P_RL、P_RR；
(7)将液压模型运算获取的或真实管路压力传感器采集到的轮缸压力信号反馈到整车模型制动系统中，完成整个系统的闭环控制；
表1 AK协议数据表
1代表逻辑“1”，即电流从IL变化为IM；
0代表逻辑“0”，即电流从IM变化为IL。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (7)
1.一种AK协议轮速传感器的仿真系统，其特征在于，包括AK协议轮速传感器仿真模型、上、下位机接口控制模块、FPGA板卡及整车模型；所述整车模型用于输出四个车轮的轮速信号；所述AK协议轮速传感器仿真模型用于接收轮速信号，并在AK协议轮速传感器仿真模型中配置四个轮速传感器的各项参数，并配置AK协议数据bit0-bit8，并将AK协议全部参数输出给FPGA板卡；所述FPGA板卡用于将AK协议的频率电流信号输出给电子稳定控制单元，所述电子稳定控制单元根据对仿真的轮速传感器频率电流信号识别情况做出响应，并驱动液压执行机构，所述液压执行机构用于控制轮缸压力，并将轮缸压力反馈给整车模型作为输入信号。
2.如权利要求1所述的一种AK协议轮速传感器的仿真系统，其特征在于，所述四个轮速传感器的各项参数包括仿真使能、计算轮速传感器电流信号频率，配置最小频率、停止频率、信号最大电流、中间电流、最小电流、齿数、缺齿数、数据脉宽、停止脉宽及速度脉宽。
3.如权利要求1所述的一种AK协议轮速传感器的仿真系统，其特征在于，所述AK协议轮速传感器仿真模型采用Matlab/Simulink仿真软件搭建而成，所述整车模型采用Dyna4仿真软件搭建而成；所述上、下位机接口控制模块通过NI VeriStand试验管理软件控制Matlab/Simulink仿真软件、Dyna4仿真软件及FPGA板卡软件的接口。
4.如权利要求1所述的一种AK协议轮速传感器的仿真系统，其特征在于，所述AK协议轮速传感器仿真模型与FPGA板卡通过上、下位机接口控制模块进行通信。
5.一种AK协议轮速传感器的仿真方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一：建立整车模型，输入为四个车轮的轮缸压力信号，输出为四个车轮的轮速信号；
步骤二：将上述整车模型输出的四个轮速信号作为AK协议轮速传感器仿真模型的输入，根据四个轮速分别判断车轮状态是停转、正转还是反转，在AK协议轮速传感器仿真模型中配置四个轮速传感器的各项参数，并配置AK协议数据bit0-bit8，并将AK协议全部参数通过输出接口输出给FPGA板卡；
步骤三：通过FPGA板卡输出AK协议的频率电流信号，并输出给电子稳定控制单元；
步骤四：电子稳定控制单元根据对仿真的轮速传感器频率电流信号识别情况做出响应，并结合车辆制动转向综合行驶情况驱动液压执行机构，即驱动电磁阀以控制四个轮缸压力；并将轮缸压力反馈到整车模型中，完成整个系统的闭环控制。
6.如权利要求5所述的一种AK协议轮速传感器的仿真方法，其特征在于，所述电子稳定控制单元根据对仿真的轮速传感器频率电流信号识别情况做出响应，一方面对轮速传感器信号质量做出故障诊断，另一方面通过CAN总线发出轮速脉冲、轮速值、轮速方向，并结合车辆制动转向综合行驶情况驱动液压执行机构，即驱动电磁阀以控制四个轮缸压力。
7.如权利要求5所述的一种AK协议轮速传感器的仿真方法，其特征在于，液压执行机构的执行方式有两种：一种是采用液压模型根据电磁阀驱动电流建模运算出四个轮缸压力，另一种是采用真实液压管路加四个压力传感器采集轮缸压力。
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