CN206757924U - 基于虚拟仪器技术的汽车智能化技术仿真平台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了基于虚拟仪器技术的汽车智能化技术仿真平台；为克服传统仪器设计的实验装置价格昂贵、功能单一、难以针对多种智能化技术进行设计与定义的问题。该基于虚拟仪器技术的汽车智能化技术仿真平台包括有电子油门(1)、步进电机驱动器(2)、电子节气门(3)、NI ELVIS实验套件(4)与计算机(5)；电子节气门(3)与步进电机驱动器(2)间为线连接，电子节气门(3)与NI ELVIS实验套件(4)间为线连接，步进电机驱动器(2)与NI ELVIS实验套件(4)间为线连接，电子节气门(3)与NI ELVIS实验套件(4)间为线连接，NI ELVIS实验套件(4)通过USB接口与计算机(5)线连接。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种虚拟仪器技术中的仿真平台，具体更确切地说，本实用新型涉及了基于虚拟仪器技术的汽车智能化技术仿真平台。
背景技术
随着科学技术的快速发展，越来越多的智能化技术被广泛应用，而在汽车行业也是如此，比如发动机智能化控制系统、底盘智能化控制系统、乘车舒适智能化系统等等。智能化技术近年来已经被应用于现代汽车的各个部分中。智能化技术的应用一方面能提升汽车的安全系数，另一方面也为环保做出了贡献，推动着汽车行业健康发展。
在车辆工程专业的教学中，对于汽车智能化技术的教学是必不可少的，但由于智能化技术在汽车领域的应用不断拓展，且交互性很强，导致传统的书本教学已经无法满足教学要求。
此外，基于传统仪器设计的实验装置价格昂贵，功能单一，难以针对多种多样的智能化技术进行设计和定义。
为解决以上问题，本实用新型提供了基于虚拟仪器技术的汽车智能化技术仿真平台。基于虚拟仪器开发的实验教学教具可以非常方便地进行定义，并在原有基础上不断发展，更简便地实现对于前沿技术的跟进和模拟，进而达到教学要求。目前国内尚无与该平台类似的发明。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服了传统仪器设计的实验装置价格昂贵、功能单一、难以针对多种多样的智能化技术进行设计与定义的问题，提供了基于虚拟仪器技术的汽车智能化技术仿真平台。
为解决上述技术问题，本实用新型是采用如下技术方案实现的：
所述的基于虚拟仪器技术的汽车智能化技术仿真平台包括电子油门、步进电机驱动器、电子节气门、NI ELVIS实验套件与计算机；
所述的电子节气门与NI ELVIS实验套件电线连接，电子节气门与步进电机驱动器电线连接，步进电机驱动器与NI ELVIS实验套件电线连接，电子油门与NI ELVIS实验套件电线连接，NI ELVIS实验套件通过USB接口与计算机线连接。
技术方案中所述的电子节气门与NI ELVIS实验套件电线连接是指：所述的NIELVIS实验套件采用的型号为NI ELVIS II+，NI ELVIS实验套件集成了数字示波器、函数信号发生器Function Generator、可调电压功能区Variable Power Supplies与信号采集功能区；电子节气门上的TPS+引脚与NI ELVIS实验套件上的+5V电源正极电线连接，电子节气门上的TPS-引脚与NI ELVIS实验套件上的接地端G电线连接，电子节气门上的TPS1引脚与NI ELVIS实验套件上的AI1+通道电线连接，电子节气门上的TPS2引脚与NI ELVIS实验套件上的AI1-通道电线连接。
技术方案中所述的电子节气门与步进电机驱动器电线连接是指：所述的电子节气门内置型号为110BYG350-184的三相混合式步进电机，电子节气门带有TPS位置传感器；所述的步进电机驱动器是采用型号为3M2060H的三相的步进电机驱动器，步进电机驱动器与型号为110BYG350-184的步进电机电线连接；
所述的电子节气门上的MOTOR+引脚与步进电机驱动器上的MOTOR+接口电线连接，电子节气门上的MOTOR-引脚与步进电机驱动器上的MOTOR-接口电线连接。
技术方案中所述的步进电机驱动器与NI ELVIS实验套件电线连接是指：所述的步进电机驱动器上的引脚与NI ELVIS实验套件上的接地端G电线连接，步进电机驱动器上的PB引脚与NI ELVIS实验套件上的FGEN引脚电线连接，步进电机驱动器上的B1引脚与NIELVIS实验套件上的+5V电源正极电线连接，步进电机驱动器上的B2引脚与NI ELVIS实验套件上的接地端G电线连接，步进电机驱动器上的Power+引脚与NI ELVIS实验套件上的supply+引脚连接，步进电机驱动器上的Power-引脚与实验套件上的接地端G电线连接。
5.按照权利要求1所述的基于虚拟仪器技术的汽车智能化技术仿真平台,其特征在于,所述的电子油门与NI ELVIS实验套件电线连接是指：所述的电子油门上的两个+5V电源引脚与NI ELVIS实验套件上的+5V电源正极电线连接，电子油门上的两个GND引脚与NIELVIS实验套件上的接地端G电线连接，电子油门上的Signal 1引脚与NI ELVIS实验套件上的AI0+通道电线连接，电子油门上的Signal 2引脚与NI ELVIS实验套件上的AI0-通道连接。
与现有技术相比本实用新型的有益效果是：
1.目前，有关汽车智能化技术的教具在科研教学机构中的利用率较低，特别是直接面向教学的教具开放性较差。本实用新型所述的基于虚拟仪器技术的汽车智能化技术仿真平台是包含电子节气门精细控制以及车辆模型的实时演示教学平台，其具有较高的开放性和较直观的演示效果，同时结构简单，实用性强，能够较好的满足教学与科研需求。
2.本实用新型所述的基于虚拟仪器技术的汽车智能化技术仿真平台可以采集电子油门与电子节气门电压信号，在此基础上编写节气门闭环控制算法，利用PID控制调节电子节气门的转角大小，控制精确。因而本实用新型所述的基于虚拟仪器技术的汽车智能化技术仿真平台对于开发智能汽车上车辆行驶的控制方法具有良好的调试作用。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：
图1为本实用新型所述的基于虚拟仪器技术的汽车智能化技术仿真平台结构组成的示意框图；
图2为本实用新型所述的基于虚拟仪器技术的汽车智能化技术仿真平台结构组成的轴测投影视图；
图3为本实用新型所述的基于虚拟仪器技术的汽车智能化技术仿真平台中电子节气门的控制系统结构原理框图；
图4为本实用新型所述的基于虚拟仪器技术的汽车智能化技术仿真平台中的硬件接线示意框图；
图5为本实用新型所述的基于虚拟仪器技术的汽车智能化技术仿真平台中美国NI公司生产的NI ELVIS实验套件与计算机连接方式示意图；
图中：1.电子油门，2.步进电机驱动器，3.电子节气门，4.NI ELVIS实验套件，5.计算机。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作详细的描述：
参阅图1、图2、图4与图5，基于虚拟仪器技术的汽车智能化技术仿真平台包括有电子油门1、步进电机驱动器2、电子节气门3、NI ELVIS实验套件4与计算机5。
所述的电子油门1是采用中国专利公告号为CN2775608、公告日为2006.04.26、专利号为200520068936.4的实用新型所述的带有非接触式踏板角位移变送器的汽车加速器踏板。该踏板具有两个结构相同角位移传感器，通过检测被机械式角位移放大装置进行放大的踏板转角，可以将踏板的机械转动表征为两路模拟电压信号Signal1与Signal2，Signal1电压范围为0.7V～4.2V，Signal2电压范围为0.35V～2.1V，两路信号输出电流为30mA～50mA。通过将这两路信号输入NI ELVIS实验套件，经过分析处理可以得到转角开度信号。
所述的步进电机驱动器2是采用型号为3M2060H的三相的步进电机驱动器，用于驱动型号为110BYG350-184的步进电机运转。通过改变步进电机驱动器2的脉冲信号输入可以改变步进电机的输出，进而影响电子油门1的角位移输出。
所述电子节气门3内置型号为110BYG350-184的三相混合式步进电机，保持转矩16Nm。电子节气门带有TPS位置传感器，通过检测TPS位置传感器两端的电压值，可将电子节气门开度表征为两路模拟电压信号TPS1与TPS2。通过将这两路信号输入NI ELVIS实验套件5，经过分析处理可以得到转角开度信号。
所述的NI ELVIS实验套件4采用型号为NI ELVIS II+，集成了数字示波器、函数信号发生器Function Generator、可调电压功能区Variable Power Supplies与信号采集功能区，可以通过USB接口与计算机连接，并且具备以下功能：根据编写的LabVIEW程序给所连接的仪器供给5V直流电压、12V直流电压、具有特定频率和幅值的PWM信号、采集外接仪器的电压信号并传输至计算机中进行分析和处理。
所述的计算机5安装有LabVIEW控制程序，LabVIEW控制程序是控制界面并显示实验数据和结论。
参阅图4，电子节气门3上的TPS1引脚与NI ELVIS实验套件4上的AI1+通道电线连接，电子节气门3上的TPS2引脚与NI ELVIS实验套件4上的AI1-通道电线连接，用于采集TPS位置传感器电压信号数据；电子节气门3上的MOTOR+引脚与步进电机驱动器2上的MOTOR+接口电线连接，电子节气门3上的MOTOR-引脚与步进电机驱动器2上的MOTOR-接口电线连接，用于给电子节气门电机输入控制信号；电子节气门3上的TPS+引脚与NI ELVIS实验套件4上的+5V电源正极电线连接，电子节气门3上的TPS-引脚与NI ELVIS实验套件4上的接地端G电线连接，用于给TPS位置传感器供电。
电子油门1上的两个+5V电源引脚与NI ELVIS实验套件4上的+5V电源正极电线连接，电子油门1上的两个GND引脚与NI ELVIS实验套件4上的接地端G电线连接，用于给2个角位移传感器供电；电子油门1上的Signal 1引脚与NI ELVIS实验套件5上的AI0+通道电线连接，电子油门1上的Signal 2引脚与NI ELVIS实验套件5上的AI0-通道连接，用于采集传感器电压信号数据。
所述的步进电机驱动器2上的G引脚与NI ELVIS实验套件4上的接地端G电线连接，步进电机驱动器2上的PB引脚与NI ELVIS实验套件4上的Function Generator功能区的函数发生器FGEN引脚电线连接，用于输入具有一定占空比的PWM信号；步进电机驱动器2上的B1引脚与NI ELVIS实验套件4上的5V电源正极电线连接，步进电机驱动器2上的B2引脚与NIELVIS实验套件4上的接地端G电线连接，用于控制型号为110BYG350-184的步进电机正转；步进电机驱动器2上的Power+引脚与NI ELVIS 4上的Variable Power Suppl ies功能区的可调电压SUPPLY+引脚连接，步进电机驱动器2上的Power-引脚与NI ELVIS4上的接地端G连接，并在计算机界面上将电压值调为+12V，用于给步进电机驱动器供电。
本实用新型所述基于虚拟仪器技术的汽车智能化技术仿真平台工作原理：
参阅图3，计算机5经过NI ELVIS实验套件4采集到电子油门1的电压信号后，在程序中计算出实际的电子油门1的转角和对应的电子节气门3的转角，程序得到期望的电子节气门3的转角后，通过步进电机驱动器2发出一定占空比的PWM信号驱动步进电机，从而带动电子节气门3盘体旋转至期望角度。在控制过程中，利用LabVIEW程序中的PID调节模块对电子节气门3的实际转角进行控制，使其与期望电子节气门3的转角之差趋近于0，形成闭环控制。
计算机内置的LabVIEW程序中建立了一个在坡道上行驶的车辆模型，坡道的坡度不断改变，对车辆加速度的干扰随着坡度的改变而改变；同时可以设置虚拟雷达感知到的与前车的相对距离和相对速度。这样对电子节气门3的闭环控制系统引入了外部干扰，即道路倾角以及车辆与前车的距离。需要优化PID算法的控制参数才能达到电子节气门3的精确控制。
平台运行的同时，NI ELVIS实验套件4通过蓝牙模块将计算得到的智能小车行驶参数发送给小车搭载的控制器上，将电子节气门3开度的改变与小车速度的改变联系起来，模拟汽车在一定状况下智能化行驶。所述智能小车为自拼装小车，包括7-12V电源，ArduinoUNO R3主板，TBS2653电机驱动主板，SG90舵机，GA12-N20减速电机，HC-05蓝牙模块，以及车架，电线等零部件。
本实用新型所述的模拟平台运行时，学生可以在显示器的程序界面上非常方便地观察到PID控制的效果曲线，充分理解系统超调量、响应时间、静差等概念；可以基于本平台硬件进行编程，模拟汽车自适应巡航、主动避撞等技术，并通过程序中的虚拟车辆和智能小车两种模型直接观察到汽车智能化技术的应用效果。
Claims (5)
1.一种基于虚拟仪器技术的汽车智能化技术仿真平台,其特征在于,所述的基于虚拟仪器技术的汽车智能化技术仿真平台包括电子油门(1)、步进电机驱动器(2)、电子节气门(3)、NI ELVIS实验套件(4)与计算机；
所述的电子节气门(3)与NI ELVIS实验套件(4)电线连接，电子节气门(3)与步进电机驱动器(2)电线连接，步进电机驱动器(2)与NI ELVIS实验套件(4)电线连接，电子油门(1)与NI ELVIS实验套件(4)电线连接，NI ELVIS实验套件(4)通过USB接口与计算机线连接。
2.按照权利要求1所述的基于虚拟仪器技术的汽车智能化技术仿真平台,其特征在于,所述的电子节气门(3)与NI ELVIS实验套件(4)电线连接是指：
所述的NI ELVIS实验套件(4)采用的型号为NI ELVIS II+，NI ELVIS实验套件(4)集成了数字示波器、函数信号发生器Function Generator、可调电压功能区Variable PowerSupplies与信号采集功能区；
电子节气门(3)上的TPS+引脚与NI ELVIS实验套件(4)上的+5V电源正极电线连接，电子节气门(3)上的TPS-引脚与NI ELVIS实验套件(4)上的接地端G电线连接，电子节气门(3)上的TPS1引脚与NI ELVIS实验套件(4)上的AI1+通道电线连接，电子节气门(3)上的TPS2引脚与NI ELVIS实验套件(4)上的AI1-通道电线连接。
3.按照权利要求1所述的基于虚拟仪器技术的汽车智能化技术仿真平台,其特征在于,所述的电子节气门(3)与步进电机驱动器(2)电线连接是指：
所述的电子节气门(3)内置型号为110BYG350-184的三相混合式步进电机，电子节气门(3)带有TPS位置传感器；所述的步进电机驱动器(2)是采用型号为3M2060H的三相的步进电机驱动器，步进电机驱动器(2)与型号为110BYG350-184的步进电机电线连接；
所述的电子节气门(3)上的MOTOR+引脚与步进电机驱动器(2)上的MOTOR+接口电线连接，电子节气门(3)上的MOTOR-引脚与步进电机驱动器(2)上的MOTOR-接口电线连接。
4.按照权利要求1所述的基于虚拟仪器技术的汽车智能化技术仿真平台,其特征在于,所述的步进电机驱动器(2)与NI ELVIS实验套件(4)电线连接是指：
所述的步进电机驱动器(2)上的G引脚与NI ELVIS实验套件(4)上的接地端G电线连接，步进电机驱动器(2)上的PB引脚与NI ELVIS实验套件(4)上的FGEN引脚电线连接，步进电机驱动器(2)上的B1引脚与NI ELVIS实验套件(4)上的+5V电源正极电线连接，步进电机驱动器(2)上的B2引脚与NI ELVIS实验套件(4)上的接地端G电线连接，步进电机驱动器(2)上的Power+引脚与NI ELVIS实验套件(4)上的supply+引脚连接，步进电机驱动器(2)上的Power-引脚与实验套件(4)上的接地端G电线连接。
5.按照权利要求1所述的基于虚拟仪器技术的汽车智能化技术仿真平台,其特征在于,所述的电子油门(1)与NI ELVIS实验套件(4)电线连接是指：
所述的电子油门(1)上的两个+5V电源引脚与NI ELVIS实验套件(4)上的+5V电源正极电线连接，电子油门(1)上的两个GND引脚与NI ELVIS实验套件(4)上的接地端G电线连接，电子油门(1)上的Signal 1引脚与NI ELVIS实验套件(4)上的AI0+通道电线连接，电子油门(1)上的Signal 2引脚与NI ELVIS实验套件(4)上的AI0-通道连接。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107067861A (zh) * | 2017-03-22 | 2017-08-18 | 吉林大学 | 基于虚拟仪器技术的汽车智能化技术仿真平台 |
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2017
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