王巖,左付山,羊玢,吳志敏,孫寧

(南京林業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院,江蘇南京210037)

0 引言

汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)是汽車主動(dòng)安全的重要組成部分,目前已經(jīng)逐漸成為汽車的標(biāo)配產(chǎn)品。汽車ABS性能的優(yōu)劣直接影響汽車的行駛安全。現(xiàn)有的國家標(biāo)準(zhǔn)僅是針對(duì)應(yīng)用已開發(fā)成熟的ABS整車制動(dòng)試驗(yàn)[1],而對(duì)處于開發(fā)階段的ABS產(chǎn)品并無測(cè)試,本文設(shè)計(jì)的ABS控制器性能測(cè)試系統(tǒng)可以對(duì)汽車ABS控制單元進(jìn)行硬件在環(huán)測(cè)試,分析該系統(tǒng)工作過程和工作方式,發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)存在的問題,提出優(yōu)化的措施,發(fā)現(xiàn)故障形成方式,為產(chǎn)品開發(fā)提供改進(jìn)依據(jù),降低試驗(yàn)成本,縮短開發(fā)周期。在汽車ABS控制器性能測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)中,采用硬件在環(huán)仿真技術(shù),該系統(tǒng)包括車輛仿真、硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)三個(gè)模塊。

1 仿真模型的建立

1.1 車輛模型

忽略車身側(cè)傾的影響,將懸掛質(zhì)量和非懸掛質(zhì)量合為車輛整車質(zhì)量,忽略輪胎的滾動(dòng)阻力、車輛的空氣阻力,汽車進(jìn)行直線行駛,不存在輪胎橫向力的作用?？紤]車輛縱向運(yùn)動(dòng)(x方向)、橫向運(yùn)動(dòng)(y方向)和橫擺運(yùn)動(dòng)(繞z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)),設(shè)車輛坐標(biāo)系的原點(diǎn)在整車質(zhì)心處,可以建立一個(gè)的四輪車輛模型。

根據(jù)汽車?yán)碚撝R(shí)[2],列出車輛制動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)方程,建立數(shù)學(xué)模型,在Matlab/simulink環(huán)境下建立車輛模型,仿真得出曲線符合實(shí)際制動(dòng)情況,模型建立正確。

1.2 輪胎模型

輪胎的力學(xué)特性對(duì)汽車的操縱穩(wěn)定性、舒適性、動(dòng)力性和制動(dòng)安全性起著極其重要的作用。車輛性能的定量分析與研究及先進(jìn)的底盤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā),在很大程度上依賴于車輛動(dòng)力學(xué)模型和輪胎動(dòng)力學(xué)模型的研究[3]。根據(jù)本文的研究特性,采用了Magic Formula模型(魔術(shù)公式模型)[4]。

Y＝y(tǒng)＋SV

y＝Dsin{Carctan[Bx－E(Bx－arctanBx)]}x＝X＋Sh

式中:D—峰值因子,表述曲線的最大值;B—?jiǎng)偠纫蜃?E—曲線曲率因子,表示曲線最大值附近的形狀;C—曲線形狀因子,即表示曲線是象征橫向力、縱向力還是回正力矩;Sh—曲線的水平方向漂移;SV—曲線的垂直方向漂移。

2 ABS硬件在環(huán)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)混合仿真系統(tǒng)的硬件部分由5個(gè)模塊組成:1)仿真計(jì)算機(jī)系統(tǒng):用以運(yùn)行仿真軟件,其機(jī)箱內(nèi)中泰研創(chuàng)的USB7322板卡用以采集電磁閥信號(hào)及輸出階梯輪速信號(hào);2)接口箱:電磁閥信號(hào)調(diào)理電路板將電磁閥動(dòng)作時(shí)的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)門TL電平信號(hào);3)VF變換盒:VF變換電路板將階梯輪速信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào);4)ABS信號(hào)轉(zhuǎn)接盒:ABS信號(hào)轉(zhuǎn)接盒將ABS控制器的接口引到機(jī)柜面板;5)ABS控制器:桑塔納2000Gsi的美國ITT公司MK20—I系[5]。

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。實(shí)物連接和關(guān)系如圖2所示。

圖1 ABS混合仿真臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)原理圖

圖2 ABS混合仿真臺(tái)硬件連接及圖

3 ABS硬件在環(huán)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件開發(fā)選擇了NI公司的LabVIEW開發(fā)平臺(tái)。根據(jù)系統(tǒng)要求,軟件設(shè)計(jì)包括輪速信號(hào)模擬模塊、輪速信號(hào)輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)分析模塊等四個(gè)部分。軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能包括設(shè)定不同的路面條件來進(jìn)行仿真試驗(yàn),通過改變車輛數(shù)學(xué)模型的幾何參數(shù)實(shí)現(xiàn)不同車輛的制動(dòng)過程仿真,并且在制動(dòng)過程中,數(shù)據(jù)采集卡能及時(shí)處理壓力傳感器信號(hào)和電磁閥狀態(tài)信號(hào)。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖3所示。

4 HILS ABS試驗(yàn)臺(tái)的應(yīng)用

通過仿真得到輸入信號(hào),通過Matlab與LabVIEW接口,然后經(jīng)LabVIEW顯示圖像,仿真系統(tǒng)的輸入端已經(jīng)成功運(yùn)行。向ABS控制器發(fā)送相應(yīng)的信號(hào),ABS控制器內(nèi)電磁閥在一定的工況下有對(duì)應(yīng)的工作狀態(tài),通過采集卡得到輸出信號(hào),經(jīng)LabVIEW導(dǎo)出圖像,這說明ABS硬件在環(huán)系統(tǒng)可行。圖4是HILS部分仿真曲線。其中包括電磁閥信號(hào)、不同附著系數(shù)路面上制動(dòng)車速與輪速變化曲線和滑移率曲線圖。HIL仿真系統(tǒng)的應(yīng)用過程說明系統(tǒng)開發(fā)是成功的。

圖3 ABS HILS系統(tǒng)仿真程序流程圖

圖4 ABS HILS部分仿真曲線

5 結(jié)語

制動(dòng)控制器作為車輛的主動(dòng)安全核心部件,具有系統(tǒng)硬件和軟件復(fù)雜,對(duì)測(cè)試環(huán)境和道路條件要求高,開發(fā)周期長(zhǎng)等特點(diǎn),通過硬件在環(huán)仿真方法,可以提高試驗(yàn)的安全性和可靠性,縮短開發(fā)周期,降低成本。隨著軟件技術(shù)和硬件技術(shù)的迅速發(fā)展,HIL仿真技術(shù)成為汽車控制系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用研究的重要技術(shù),在系統(tǒng)中加入了真實(shí)的硬件,減少了純數(shù)字模型仿真的模擬誤差,其結(jié)果更接近實(shí)際情況。

[1]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn):GB－T13594－2003機(jī)動(dòng)車和掛車防抱制動(dòng)性能和試驗(yàn)方法.2003.

[2]余志生.汽車?yán)碚揫M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

[3]劉波.基于自適應(yīng)滑膜控制方法的車輛防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的研究.[D].長(zhǎng)沙:國防科技大學(xué).2006.

[4]任光勝.用Magic Formula對(duì)輪胎特性曲線的擬合與優(yōu)化[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2001,3.

[5]施云翔.液壓ABS仿真試驗(yàn)臺(tái)的開發(fā)[D].北京:清華大學(xué),2004.