本發(fā)明涉及汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感模擬硬件在環(huán)仿真平臺及仿真方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它們共同的特點是在轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間都是采用機械連接，實現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向行為。但是這種機械連接使得轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的角傳動比為一定值，這樣很難兼顧汽車低速時的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時的操縱穩(wěn)定性，無法滿足不同車速下駕駛員對轉(zhuǎn)向盤力矩的需求。此外，當汽車在顛簸或者坑洼路面上行駛時，很容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)向盤力矩突變或者轉(zhuǎn)向盤抖動現(xiàn)象，然而這種現(xiàn)象會導致駕駛員很難操控轉(zhuǎn)向盤，造成駕駛員的駕駛負擔，這是駕駛員不希望發(fā)生的。

而新型的汽車線控轉(zhuǎn)向(Steer-by-Wire)系統(tǒng)由于取消了轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的機械連接，為汽車轉(zhuǎn)向特性的設(shè)計帶來了很大的空間。與傳統(tǒng)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)勢在于：1、取消了復雜的轉(zhuǎn)向柱使得在發(fā)生交通事故時最大程度地減輕了轉(zhuǎn)向柱對駕駛員造成的傷害，提高了汽車的行駛安全性；2、轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的角傳動比可以自由設(shè)計，從而徹底解決了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向“輕”與“靈”的矛盾，改善了汽車的操控性能；3、轉(zhuǎn)向盤力矩可以根據(jù)駕駛員的需求自由設(shè)計，根據(jù)汽車行駛狀態(tài)參數(shù)設(shè)計的轉(zhuǎn)向盤力矩能夠消除因地面顛簸或者坑洼等產(chǎn)生的不利信息，改善駕駛員的轉(zhuǎn)向路感及駕駛舒適性；4、在實車上汽車各系統(tǒng)的傳感器信號可以通過總線技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時交互及共享，為將來底盤集成線控系統(tǒng)以及智能駕駛提供條件；5、由于線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)質(zhì)量輕、占用空間小以及便于集成等優(yōu)點，其也將成為新能源汽車發(fā)展必不可少的一部分。

對汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研發(fā)需要進行大量的試驗，最好的方法是通過實車道路試驗以獲得最佳的轉(zhuǎn)向特性和路感。但是實車道路試驗具有一些明顯的限制：1、實車道路試驗的方法耗資大、開發(fā)周期長，并且存在一定的風險，需要專門的試驗人員；2、實車道路試驗需要進行不同工況和環(huán)境下的測試，對場地的要求比較苛刻，很難尋找到合適的場地。

基于上述原因，開發(fā)一個線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真平臺就成為一種迫切需求。發(fā)明專利一種線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的路感電機控制方法(申請?zhí)?01010138785.0)根據(jù)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號和轉(zhuǎn)向電機電流信號得到轉(zhuǎn)向盤的目標反饋力矩，與實際力矩進行PI控制輸出電壓信號至路感電機。轉(zhuǎn)向電機的電流雖然能夠充分反映路面的信息，但是也將路面的顛簸、坑洼等不利信息反饋給駕駛員，容易造成轉(zhuǎn)向盤的抖動或轉(zhuǎn)向盤力矩的突變，增加駕駛員的轉(zhuǎn)向負擔。實用新型專利線控轉(zhuǎn)向汽車路感模擬執(zhí)行裝置(申請?zhí)?01120233164.0)公開了一種采用磁流變液阻尼器、扭簧及扭簧隨動件的路感模擬執(zhí)行裝置，這種裝置沒有考慮到汽車的實際行駛狀態(tài)，只是利用磁流變液的特性給駕駛員提供反饋力矩，對路感的要求不高。發(fā)明專利一種汽車線控轉(zhuǎn)向仿真試驗臺架方向盤路感模擬裝置(申請?zhí)?01310278277.6)公開了一種采用阻尼電機產(chǎn)生阻尼的仿真試驗臺架方向盤路感模擬裝置，雖然該方法能夠使駕駛員獲取一定的路感，但是只考慮了轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角對路感的影響，而沒有考慮車速以及側(cè)向加速度等汽車狀態(tài)參數(shù)對路感的影響，所模擬的路感不夠真實，并且所搭建的試驗臺架缺少整車動力學實時仿真模型，不能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬試驗場用于實時監(jiān)測試驗過程。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決背景技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感模擬硬件在環(huán)仿真平臺。

本發(fā)明提出的一種線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感模擬硬件在環(huán)仿真平臺，包括：路感系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向盤、換擋裝置、油門踏板、工控機、PXI實時系統(tǒng)；

轉(zhuǎn)向盤上設(shè)有轉(zhuǎn)角傳感器，油門踏板上設(shè)有油門踏板傳感器；

PXI實時系統(tǒng)與油門踏板傳感器連接用于從油門踏板傳感器獲取油門踏板位移信號，PXI實時系統(tǒng)與換擋裝置連接用于從換擋裝置獲取檔位信號，PXI實時系統(tǒng)與轉(zhuǎn)角傳感器連接用于從轉(zhuǎn)角傳感器獲取轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號，工控機上設(shè)有仿真系統(tǒng)，所述仿真系統(tǒng)與PXI實時系統(tǒng)連接用于根據(jù)PXI實時系統(tǒng)接收的油門踏板位移信號、檔位信號生成車速信號并根據(jù)車速信號和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號生成側(cè)向加速度信號，并將車速信號和側(cè)向加速度信號發(fā)送給PXI實時系統(tǒng)；

路感系統(tǒng)包括路感電機和路感電機控制器，路感電機控制器與PXI實時系統(tǒng)連接從PXI實時系統(tǒng)獲取車速信號、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號、側(cè)向加速度信號并根據(jù)所接收的車速信號、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號、側(cè)向加速度信號生成路感電機的目標電流信號，路感電機控制器與路感電機連接獲取路感電機的工作電流信號并根據(jù)所述目標電流信號和所述工作電流信號控制路感電機工作。

優(yōu)選地，還包括轉(zhuǎn)向柱和蝸輪蝸桿減速器，轉(zhuǎn)向盤安裝在轉(zhuǎn)向柱上，轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器均設(shè)置在轉(zhuǎn)向柱上，蝸輪蝸桿減速器與轉(zhuǎn)向柱連接，蝸輪蝸桿減速器的輸入端與路感電機的輸出端連接。

優(yōu)選地，轉(zhuǎn)向柱上設(shè)有轉(zhuǎn)矩傳感器，PX1實時系統(tǒng)與轉(zhuǎn)矩傳感器連接用于從轉(zhuǎn)矩傳感器獲取轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)矩信號，工控機通過PXI實時系統(tǒng)獲取轉(zhuǎn)矩信號。

優(yōu)選地，PXI實時系統(tǒng)上設(shè)有數(shù)據(jù)采集卡和CAN通訊卡，數(shù)據(jù)采集卡用于采集轉(zhuǎn)矩信號、油門踏板位移信號、檔位信號并輸出車速信號，CAN通訊卡用于采集轉(zhuǎn)角信號并輸出側(cè)向加速度信號。

優(yōu)選地，所述仿真系統(tǒng)采用CarSim軟件和LabVIEW軟件建立聯(lián)合仿真模型，其中CarSim軟件用于建立整車模型，LabVIEW軟件用于編寫數(shù)據(jù)處理和顯示程序。

本發(fā)明還提出一種基于上述線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感模擬硬件在環(huán)仿真平臺的仿真方法，其特征在于，包括下列步驟：

S1、采集輔助對象的工作狀態(tài)信號和路感電機的實時工作信號；

S2、根據(jù)S1中所采集的工作狀態(tài)信號生成車輛行駛狀態(tài)模擬信號，從而生成路感電機的目標工作信號；

S3、路感電機控制器根據(jù)S2中生成的路感電機的目標工作信號和S1中獲取的路感電機的實時工作信號輸出相應的反饋信號。

優(yōu)選地，所述輔助對象的工作狀態(tài)信號包括轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角信號、換擋裝置的檔位信號、油門踏板的油門踏板位移信號。

優(yōu)選地，所述車輛行駛狀態(tài)模擬信號包括車速信號、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號、側(cè)向加速度信號，路感電機的目標工作信號為路感電機的目標電流，路感電機的實時工作信號為路感電機的工作電流。

本發(fā)明中，所提出的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感模擬硬件在環(huán)仿真平臺和仿真方法，通過虛擬整車模型和仿真環(huán)境來模擬真實汽車和行駛工況，并采用PXI實時系統(tǒng)實現(xiàn)路感模擬控制器和整車模型的實時通訊，根據(jù)汽車行駛狀態(tài)參數(shù)給駕駛員提供合適的轉(zhuǎn)向盤力矩，優(yōu)化了駕駛員的轉(zhuǎn)向路感，提供了良好的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開發(fā)和測試平臺，能夠在實驗室環(huán)境下達到實車測試的效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提出的一種線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感模擬硬件在環(huán)仿真平臺的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明提出的一種線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感模擬硬件在環(huán)仿真平臺的試驗一的雙紐線試驗結(jié)果的曲線圖。

圖3為本發(fā)明提出的一種線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感模擬硬件在環(huán)仿真平臺的試驗二的中心區(qū)特性試驗結(jié)果的曲線圖。

具體實施方式

參照圖1，本發(fā)明提出的一種線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感模擬硬件在環(huán)仿真平臺，包括：路感系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向盤1、換擋裝置8、油門踏板9、工控機、PXI實時系統(tǒng)；

轉(zhuǎn)向盤1上設(shè)有轉(zhuǎn)角傳感器2，油門踏板9上設(shè)有油門踏板傳感器10；

PXI實時系統(tǒng)與油門踏板傳感器10連接用于從油門踏板傳感器10獲取油門踏板位移信號，PXI實時系統(tǒng)與換擋裝置8連接用于從換擋裝置8獲取檔位信號，PXI實時系統(tǒng)與轉(zhuǎn)角傳感器2連接用于從轉(zhuǎn)角傳感器2獲取轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號，工控機上設(shè)有仿真系統(tǒng)，所述仿真系統(tǒng)與PXI實時系統(tǒng)連接用于根據(jù)PXI實時系統(tǒng)接收的油門踏板位移信號、檔位信號生成車速信號并根據(jù)車速信號和轉(zhuǎn)角信號生成側(cè)向加速度信號，并將車速信號和側(cè)向加速度信號發(fā)送給PXI實時系統(tǒng)；

路感系統(tǒng)包括路感電機6和路感電機控制器7，路感電機控制器7與PXI實時系統(tǒng)連接從PXI實時系統(tǒng)獲取車速信號、轉(zhuǎn)角信號、側(cè)向加速度信號并根據(jù)所接收的車速信號、轉(zhuǎn)角信號、側(cè)向加速度信號生成路感電機6的目標電流信號，路感電機控制器7與路感電機6連接獲取路感電機6的工作電流信號并根據(jù)所述目標電流信號和所述工作電流信號控制路感電機6工作。

在本實施例中，所提出的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感模擬硬件在環(huán)仿真平臺，通過虛擬整車模型和仿真環(huán)境來模擬真實汽車和行駛工況，并采用PXI實時系統(tǒng)實現(xiàn)路感模擬控制器和整車模型的實時通訊，根據(jù)汽車行駛狀態(tài)參數(shù)給駕駛員提供合適的轉(zhuǎn)向盤力矩，優(yōu)化了駕駛員的轉(zhuǎn)向路感，提供了良好的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開發(fā)和測試平臺，能夠在實驗室環(huán)境下達到實車測試的效果。

本實施例的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感模擬硬件在環(huán)仿真平臺的具體工作過程中，操作人員通過轉(zhuǎn)向盤、油門踏板、換擋裝置模擬車輛駕駛，從而輸出車輛行駛所需的模擬信號，所述模擬信號包括油門踏板位移信號、檔位信號、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號θ_sw，工控機上的CarSim與LabVIEW聯(lián)合仿真模型通過PXI實時系統(tǒng)獲取上述模擬信號，模擬車輛行駛工況并生成車輛的行駛狀態(tài)參數(shù)信號，所述車輛的行駛狀態(tài)參數(shù)信號包括車速信號v、側(cè)向加速度信號a_y，路感電機控制器根據(jù)車速信號v、側(cè)向加速度信號a_y和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號θ_sw實時判斷車輛的行駛狀態(tài)，從而路感電機控制器根據(jù)上述信號生成路感電機目標電流I_target，同時路感電機控制器從路感電機獲取路感電機的工作電流I_fact，然后路感電機控制器根據(jù)路感電機目標電流I_target和路感電機工作電流I_fact進行PI電流閉環(huán)控制，使路感電機輸出反饋力矩給駕駛員，實現(xiàn)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的路感模擬。

為了對仿真模擬結(jié)果進行定量分析，轉(zhuǎn)向盤1上還設(shè)有轉(zhuǎn)矩傳感器，PX1實時系統(tǒng)與轉(zhuǎn)矩傳感器連接用于從轉(zhuǎn)矩傳感器獲取轉(zhuǎn)向盤1的轉(zhuǎn)矩信號，工控機通過PXI實時系統(tǒng)獲取轉(zhuǎn)矩信號；在模擬過程中，轉(zhuǎn)矩傳感器通過數(shù)據(jù)采集卡將轉(zhuǎn)矩信號反饋給CarSim與LabVIEW聯(lián)合仿真模型并在仿真模型中顯示，形成硬件在環(huán)仿真，從而實現(xiàn)仿真模擬結(jié)果的定量和可視化。

在轉(zhuǎn)向盤的具體設(shè)計中，將轉(zhuǎn)向盤1安裝在轉(zhuǎn)向柱3上，轉(zhuǎn)角傳感器2、轉(zhuǎn)矩傳感器均設(shè)置在轉(zhuǎn)向柱3上，提高路感模擬的真實性。

在PXI實時系統(tǒng)的具體數(shù)據(jù)傳輸中，PXI實時系統(tǒng)上設(shè)有數(shù)據(jù)采集卡和CAN通訊卡，數(shù)據(jù)采集卡用于實時采集和發(fā)送轉(zhuǎn)矩信號、油門踏板位移信號、檔位信號、車速信號，CAN通訊卡用于實時采集轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號、側(cè)向加速度信號。

在其他具體實施方式中，所述仿真系統(tǒng)采用CarSim軟件和LabVIEW軟件建立聯(lián)合仿真模型，其中CarSim軟件用于建立整車模型，LabVIEW軟件用于編寫信號處理程序。

本實施例還提出一種基于上述的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感模擬硬件在環(huán)仿真平臺的仿真方法，包括下列步驟：

S1、采集輔助對象的工作狀態(tài)信號和路感電機6的實時工作信號；

S2、根據(jù)S1中所采集的工作狀態(tài)信號生成車輛行駛狀態(tài)模擬信號，從而生成路感電機6的目標工作信號；

S3、路感電機控制器7根據(jù)S2中生成的路感電機6的目標工作信號和S1中獲取的路感電機6的實時工作信號輸出相應的反饋信號。

在具體實施方式中，所述輔助對象的工作狀態(tài)信號包括轉(zhuǎn)向盤1的轉(zhuǎn)角信號、換擋裝置8的檔位信號、油門踏板9的油門踏板位移信號，所述車輛行駛狀態(tài)模擬信號包括車速信號v、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號θ_sw、側(cè)向加速度信號a_y，路感電機6的目標工作信號為路感電機6的目標電流，路感電機6的實時工作信號為路感電機6的工作電流I_fact。路感電機6的工作電流I_fact與路感電機電磁力矩系數(shù)和蝸輪蝸桿減速器減速比相乘，得到路感電機反饋至轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)矩。

下面通過上述線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感模擬硬件在環(huán)仿真平臺的兩個試驗進一步詳細說明線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感模擬硬件在環(huán)仿真平臺。

試驗一：雙紐線試驗，主要用于考察汽車低速行駛時轉(zhuǎn)向盤力矩與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的關(guān)系，根據(jù)國家標準GB/T 6323-2014，在CarSim中選取雙紐線試驗工況。打開路感電機控制器7，駕駛員操縱變速換擋裝置8和油門踏板9使車速達到10km/h，開始轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤1使車輛沿著規(guī)定好的路線行駛，同時路感電機控制器7接收車速信號、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號和側(cè)向加速度信號，計算得到目標電流I_target，并將路感電機工作電流I_fact與目標電流I_target進行PI電流閉環(huán)控制輸出電壓信號給路感電機6，使路感電機6輸出反饋力矩給駕駛員，并在LabVIEW中繪出轉(zhuǎn)向盤力矩-轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角特性曲線，如圖2所示。圖2為本發(fā)明提出的一種線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感模擬硬件在環(huán)仿真平臺的試驗一的雙紐線試驗結(jié)果的曲線圖。

試驗二：中心區(qū)特性試驗，主要用于考察汽車高速行駛時的操縱性和路感，得到轉(zhuǎn)向盤力矩-側(cè)向加速度的特性曲線，如圖3所示。根據(jù)國家標準GB/T6323-2014，在CarSim中選取中心區(qū)特性試驗工況。駕駛員操縱變速換擋裝置8和油門踏板9使車速達到80km/h，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤1使轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角以近似正弦輸入，將汽車側(cè)向加速度控制在0.3g以內(nèi)。同時路感電機控制器7接收車速信號、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號和側(cè)向加速度信號，計算得到目標電流I_target，并將路感電機工作電流I_fact與目標電流I_target進行PI電流閉環(huán)控制輸出電壓信號給路感電機6，使路感電機6輸出反饋力矩給駕駛員，并在LabVIEW中繪出轉(zhuǎn)向盤力矩-側(cè)向加速度特性曲線。圖3為本發(fā)明提出的一種線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感模擬硬件在環(huán)仿真平臺的試驗二的中心區(qū)特性試驗結(jié)果的曲線圖。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。