基于電子控制單元的汽車橫擺穩(wěn)定控制測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】基于電子控制單元的汽車橫擺穩(wěn)定控制測(cè)試系統(tǒng)，屬于汽車橫擺穩(wěn)定控制測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有汽車橫擺穩(wěn)定控制系統(tǒng)的測(cè)試方法存在測(cè)試精度低并且實(shí)時(shí)性差的問(wèn)題。它的C代碼生成器用于生成C代碼；汽車動(dòng)力學(xué)模型用于輸出汽車控制參數(shù)；仿真程序模塊用于根據(jù)C代碼和汽車控制參數(shù)編制仿真程序；汽車硬件控制器用于根據(jù)仿真程序生成仿真測(cè)試控制信號(hào)；dSPACE硬件在回路用于實(shí)現(xiàn)汽車橫擺穩(wěn)定控制系統(tǒng)的測(cè)試。本發(fā)明用于汽車橫擺穩(wěn)定控制系統(tǒng)的測(cè)試。
【專利說(shuō)明】基于電子控制單元的汽車橫擺穩(wěn)定控制測(cè)試系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及基于電子控制單元的汽車橫擺穩(wěn)定控制測(cè)試系統(tǒng)，屬于汽車橫擺穩(wěn)定 控制測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 汽車已逐漸成為每個(gè)家庭的必需品，它在為人們生活帶來(lái)極大便利的同時(shí)，也因 汽車安全事故帶來(lái)了大量的人員傷亡。
[0003] 當(dāng)今電子技術(shù)的飛速發(fā)展和控制技術(shù)的逐步成熟，使得越來(lái)越多的電子控制裝置 應(yīng)用于汽車，這極大地提高了車輛的安全性能。汽車研究人員利用電子技術(shù)研制了一系列 的主動(dòng)和被動(dòng)安全裝置或系統(tǒng)，以保護(hù)車上人員，來(lái)避免不必要的人身或財(cái)產(chǎn)損失。其中 被動(dòng)安全裝置，如保險(xiǎn)杠、安全帶或安全氣囊等，這些裝置雖然能夠在發(fā)生事故時(shí)很好的保 護(hù)人身安全，但是不能防范或消除安全隱患。主動(dòng)安全裝置則可以根據(jù)汽車的實(shí)時(shí)行車狀 況，主動(dòng)控制汽車的驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，以避免發(fā)生不必要的安全事故。目前，已經(jīng)有 多種主動(dòng)安全控制系統(tǒng)，如ABS (Anti-lock Brake System,防抱制動(dòng)系統(tǒng)）、TCS (Traction Control System，牽引力控制系統(tǒng)）和 ESP(Electronic Stability Program，電子穩(wěn)定程 序）等。其中ESP為橫擺穩(wěn)定控制的核心，它在ABS和TCS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，能夠顯著提 高汽車高速轉(zhuǎn)彎過(guò)程中的穩(wěn)定性。這些主動(dòng)安全控制的應(yīng)用極大地減少了交通事故，提高 了汽車行駛的安全性。
[0004] 汽車橫擺穩(wěn)定控制系統(tǒng)通過(guò)主動(dòng)控制汽車的制動(dòng)系統(tǒng)調(diào)整汽車轉(zhuǎn)向狀態(tài)，防止汽 車在高速轉(zhuǎn)向時(shí)出現(xiàn)不足轉(zhuǎn)向和過(guò)度轉(zhuǎn)向的不穩(wěn)定狀態(tài)，是汽車主動(dòng)安全控制的核心技術(shù) 之一。由于橫擺穩(wěn)定控制系統(tǒng)要在汽車全部行駛工況下提高汽車的操控性能，因而在控制 系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中，需做大量的測(cè)試工作。目前橫擺穩(wěn)定控制系統(tǒng)的測(cè)試工作主要是在軟件架 構(gòu)下進(jìn)行，它存在精度低、實(shí)時(shí)性差的問(wèn)題，因此需要對(duì)目前的測(cè)試方法進(jìn)行改進(jìn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有汽車橫擺穩(wěn)定控制系統(tǒng)的測(cè)試方法存在測(cè)試精度低 并且實(shí)時(shí)性差的問(wèn)題，提供了一種基于電子控制單元的汽車橫擺穩(wěn)定控制測(cè)試系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明所述基于電子控制單元的汽車橫擺穩(wěn)定控制測(cè)試系統(tǒng)，它包括C代碼生成 器、汽車動(dòng)力學(xué)模型、仿真程序模塊、汽車硬件控制器和dSPACE硬件在回路，
[0007] C代碼生成器用于生成C代碼；
[0008] 汽車動(dòng)力學(xué)模型用于輸出汽車控制參數(shù)；
[0009] 仿真程序模塊用于根據(jù)C代碼和汽車控制參數(shù)編制仿真程序；
[0010] 汽車硬件控制器用于根據(jù)仿真程序生成仿真測(cè)試控制信號(hào)；
[0011] dSPACE硬件在回路用于實(shí)現(xiàn)汽車橫擺穩(wěn)定控制系統(tǒng)的測(cè)試。
[0012] 汽車硬件控制器包括整車控制器、橫擺穩(wěn)定控制器、輪轂電機(jī)控制器和輪缸液壓 控制器，
[0013] 整車控制器用于將汽車控制信號(hào)發(fā)送給輪轂電機(jī)控制器；
[0014] 橫擺穩(wěn)定控制器用于將驅(qū)動(dòng)扭矩控制信號(hào)通過(guò)CAN總線發(fā)送給整車控制器；同時(shí) 發(fā)送控制信號(hào)給輪缸液壓控制器；
[0015] 輪轂電機(jī)控制器用于對(duì)汽車輪轂電機(jī)進(jìn)行控制，使汽車輪轂電機(jī)輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn) 矩；
[0016] 輪缸液壓控制器用于控制汽車輪缸。
[0017] 橫擺穩(wěn)定控制器包括電源管理模塊、高端驅(qū)動(dòng)模塊、低端驅(qū)動(dòng)模塊、CAN模塊、模擬 信號(hào)采集模塊、數(shù)字信號(hào)采集模塊、輪速處理模塊和單片機(jī)MPC5643L，
[0018] 電源管理模塊用于為單片機(jī)MPC5643L提供工作電源；
[0019] 單片機(jī)MPC5643L用于通過(guò)底層驅(qū)動(dòng)程序控制高端驅(qū)動(dòng)模塊產(chǎn)生12V電壓并為低 端驅(qū)動(dòng)模塊提供工作電源；
[0020] 單片機(jī)MPC5643L還用于根據(jù)采集數(shù)據(jù)控制高端驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車液壓控制單 元驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)；同時(shí)根據(jù)采集數(shù)據(jù)控制低端驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車液壓控制單元線性閥 與開(kāi)關(guān)閥的驅(qū)動(dòng)；
[0021] CAN模塊用于通過(guò)CAN總線實(shí)現(xiàn)單片機(jī)MPC5643L與整車控制器的通信；
[0022] 模擬信號(hào)采集模塊用于采集壓力傳感器采集獲得的兩路主缸和四路輪缸壓力信 號(hào)，并發(fā)送給單片機(jī)MPC5643L ;
[0023] 數(shù)字信號(hào)采集模塊用于采集傳感器采集獲得的制動(dòng)信號(hào)和方向盤轉(zhuǎn)向角信號(hào)，并 發(fā)送給單片機(jī)MPC5643L ;
[0024] 輪速處理模塊用于對(duì)輪速傳感器采集的輪速信號(hào)進(jìn)行處理，并發(fā)送給單片機(jī) MPC5643L。
[0025] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明首先自動(dòng)生成C代碼并獲得汽車控制參數(shù)，然后編制仿真 程序，并通過(guò)汽車硬件控制器控制dSPACE硬件在回路實(shí)現(xiàn)汽車橫擺穩(wěn)定控制的測(cè)試。
[0026] 本發(fā)明能模擬實(shí)車的實(shí)時(shí)仿真效果，且運(yùn)用32位單片機(jī)，能夠快速處理大量數(shù) 據(jù)，大大提高了橫擺穩(wěn)定控制算法測(cè)試的效率。具有測(cè)試精度高，并且實(shí)時(shí)性好的優(yōu)勢(shì)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1是本發(fā)明所述基于電子控制單元的汽車橫擺穩(wěn)定控制測(cè)試系統(tǒng)的原理框圖；
[0028] 圖2是汽車硬件控制器的原理框圖；
[0029] 圖3是橫擺穩(wěn)定控制器的原理框圖；
[0030] 圖4是橫擺穩(wěn)定控制器的原理框圖。

【具體實(shí)施方式】

【具體實(shí)施方式】 [0031] 一：下面結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述基于電子控制 單元的汽車橫擺穩(wěn)定控制測(cè)試系統(tǒng)，它包括C代碼生成器1、汽車動(dòng)力學(xué)模型2、仿真程序模 塊3、汽車硬件控制器4和dSPACE硬件在回路5，
[0032] C代碼生成器1用于生成C代碼；
[0033] 汽車動(dòng)力學(xué)模型2用于輸出汽車控制參數(shù)；
[0034] 仿真程序模塊3用于根據(jù)C代碼和汽車控制參數(shù)編制仿真程序；
[0035] 汽車硬件控制器4用于根據(jù)仿真程序生成仿真測(cè)試控制信號(hào)；
[0036] dSPACE硬件在回路5用于實(shí)現(xiàn)汽車橫擺穩(wěn)定控制系統(tǒng)的測(cè)試。
[0037] 本實(shí)施方式中，仿真程序模塊3由C代碼與高精度汽車動(dòng)力學(xué)模型veDYNA引出的 參數(shù)共同構(gòu)成。

【具體實(shí)施方式】 [0038] 二：下面結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn) 一步說(shuō)明，汽車硬件控制器4包括整車控制器4-1、橫擺穩(wěn)定控制器4-2、輪轂電機(jī)控制器 4-3和輪缸液壓控制器4-4，
[0039] 整車控制器4-1用于將汽車控制信號(hào)發(fā)送給輪轂電機(jī)控制器4-3 ;
[0040] 橫擺穩(wěn)定控制器4-2用于將驅(qū)動(dòng)扭矩控制信號(hào)通過(guò)CAN總線發(fā)送給整車控制器 4-1 ;同時(shí)發(fā)送控制信號(hào)給輪缸液壓控制器4-4 ;
[0041] 輪轂電機(jī)控制器4-3用于對(duì)汽車輪轂電機(jī)進(jìn)行控制，使汽車輪轂電機(jī)輸出相應(yīng)的 轉(zhuǎn)矩；
[0042] 輪缸液壓控制器4-4用于控制汽車輪缸。
[0043] 本實(shí)施方式中，橫擺穩(wěn)定控制器4-2對(duì)輪缸液壓控制器4-4直接進(jìn)行控制，而對(duì)輪 轂電機(jī)控制器4-3間接進(jìn)行控制，橫擺穩(wěn)定控制器4-2將驅(qū)動(dòng)扭矩控制信號(hào)通過(guò)CAN總線 發(fā)送給整車控制器4-1，整車控制器4-1將控制信號(hào)發(fā)送給輪轂電機(jī)控制器4-3對(duì)輪轂電機(jī) 進(jìn)行相應(yīng)的控制，輸出相應(yīng)的扭矩。

【具體實(shí)施方式】 [0044] 三：下面結(jié)合圖3和圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式二 作進(jìn)一步說(shuō)明，橫擺穩(wěn)定控制器4-2包括電源管理模塊4-21、高端驅(qū)動(dòng)模塊4-22、低端驅(qū)動(dòng) 模塊4-23、CAN模塊4-24、模擬信號(hào)采集模塊4-25、數(shù)字信號(hào)采集模塊4-26、輪速處理模塊 4-27 和單片機(jī) MPC5643L4-28，
[0045] 電源管理模塊4-21用于為單片機(jī)MPC5643L4-28提供工作電源；
[0046] 單片機(jī)MPC5643L4-28用于通過(guò)底層驅(qū)動(dòng)程序控制高端驅(qū)動(dòng)模塊4-22產(chǎn)生12V電 壓并為低端驅(qū)動(dòng)模塊4-23提供工作電源；
[0047] 單片機(jī)MPC5643L4-28還用于根據(jù)采集數(shù)據(jù)控制高端驅(qū)動(dòng)模塊4-22實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車液 壓控制單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)；同時(shí)根據(jù)采集數(shù)據(jù)控制低端驅(qū)動(dòng)模塊4-23實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車液壓 控制單元線性閥與開(kāi)關(guān)閥的驅(qū)動(dòng)；
[0048] CAN模塊4-24用于通過(guò)CAN總線實(shí)現(xiàn)單片機(jī)MPC5643L4-28與整車控制器4-1的 通信；
[0049] 模擬信號(hào)采集模塊4-25用于采集壓力傳感器采集獲得的兩路主缸和四路輪缸壓 力信號(hào)，并發(fā)送給單片機(jī)MPC5643L4-28 ;
[0050] 數(shù)字信號(hào)采集模塊4-26用于采集傳感器采集獲得的制動(dòng)信號(hào)和方向盤轉(zhuǎn)向角信 號(hào)，并發(fā)送給單片機(jī)MPC5643L4-28 ;
[0051] 輪速處理模塊4-27用于對(duì)輪速傳感器采集的輪速信號(hào)進(jìn)行處理，并發(fā)送給單片 機(jī) MPC5643L4-28。
[0052] 本實(shí)施方式中單片機(jī)MPC5643L4-28為32位，它能使控制單元處理數(shù)據(jù)的能力大 大提高，從而能夠在多種工況下進(jìn)行全面測(cè)試。
[0053] 本發(fā)明的汽車橫擺穩(wěn)定控制系統(tǒng)通過(guò)采集車輛傳感器信號(hào)并經(jīng)過(guò)單片機(jī) MPC5643L4-28-系列的處理及邏輯運(yùn)算來(lái)判斷車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及駕駛員的駕駛意圖，單片 機(jī)MPC5643L4-28判斷車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否跟蹤上駕駛員的駕駛意圖，如果沒(méi)有跟綜上駕 駛員的駕駛意圖，則發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)使車輛跟蹤駕駛員的駕駛意圖，保證車輛的穩(wěn)定 性。車輛傳感器信號(hào)包括：方向盤轉(zhuǎn)向角信號(hào)、主缸壓力信號(hào)、車輪輪缸的制動(dòng)壓力信號(hào)、輪 速信號(hào)和制動(dòng)信號(hào)。相應(yīng)的控制信號(hào)包括對(duì)液壓控制單元Hydraulic Control Unit，HCU) 的制動(dòng)控制信號(hào)及輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)扭矩控制信號(hào)。
[0054] 本發(fā)明所述測(cè)試系統(tǒng)在使用時(shí)，首先由輪速傳感器、制動(dòng)信號(hào)傳感器、方向盤轉(zhuǎn)向 角傳感器、兩路主缸壓力傳感器和四路輪缸壓力傳感器采集汽車的實(shí)時(shí)狀態(tài)，并發(fā)送給單 片機(jī)MPC5643L4-28分析處理數(shù)據(jù)，單片機(jī)MPC5643L4-28根據(jù)處理結(jié)果輸出相應(yīng)的結(jié)果給 驅(qū)動(dòng)電機(jī)，從而控制汽車的制動(dòng)力矩，實(shí)現(xiàn)汽車安全穩(wěn)定行駛。
[0055] 為了實(shí)現(xiàn)上述處理過(guò)程，橫擺穩(wěn)定控制器4-2在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，為方便程序移 植，采用模塊化的思想，分為底層、中間層和應(yīng)用層，如圖4所示。
[0056] 其底層包括PLL模塊、1C模塊、PWM模塊、SPI模塊、CAN模塊和AD模塊等；
[0057] 中間層包括輪速處理模塊、電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器信號(hào)采集模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 和CAN通信模塊等；
[0058] 應(yīng)用層包括車輛橫擺穩(wěn)定控制算法、壓力控制模塊、路面附著系數(shù)估計(jì)模塊、車速 估計(jì)模塊及制動(dòng)壓力估計(jì)模塊等。
[0059] 下面結(jié)合附圖1說(shuō)明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，首先C代碼生成器1和汽車動(dòng)力學(xué) 模型2 -起構(gòu)成仿真程序模塊3,然后在汽車硬件控制器4的控制下在dSPACE硬件在回路 5中進(jìn)行硬件在回路仿真測(cè)試。C代碼生成器1還需要一些汽車狀態(tài)參數(shù)，這些參數(shù)是從高 精度汽車動(dòng)力學(xué)模型veDYNA中引出來(lái)的，需通過(guò)CAN模塊發(fā)送到驅(qū)動(dòng)程序中。橫擺穩(wěn)定控 制算法需要的一些汽車狀態(tài)數(shù)據(jù)，使用CAN模塊進(jìn)行發(fā)送或接收，從而運(yùn)用這些數(shù)據(jù)計(jì)算 所需的制動(dòng)力矩。制動(dòng)力矩產(chǎn)生之后，需要將力矩發(fā)送到dSPACE端用于仿真汽車制動(dòng)。
[0060] 按照上述工作原理及工作過(guò)程在dSPACE硬件在回路5中測(cè)試橫擺穩(wěn)定控制系統(tǒng)， 具體測(cè)試內(nèi)容按表1所示進(jìn)行，通過(guò)測(cè)試不同車速不同路面附著系數(shù)時(shí)的控制效果，可以 對(duì)比分析控制算法的性能。選擇表中測(cè)試條件的具體原因是，車速需要測(cè)高速、中速、低速 等情況，路面附著系數(shù)0. 4,0. 6,0. 9為典型的三個(gè)路面附著系數(shù)，而轉(zhuǎn)向角選擇正弦符合 汽車轉(zhuǎn)向特點(diǎn)，幅值150°也較為合理。
[0061] 表1測(cè)試參數(shù)表
[0062]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于電子控制單元的汽車橫擺穩(wěn)定控制測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，它包括C代碼 生成器（1)、汽車動(dòng)力學(xué)模型（2)、仿真程序模塊（3)、汽車硬件控制器（4)和dSPACE硬件在 回路（5)， C代碼生成器（1)用于生成C代碼； 汽車動(dòng)力學(xué)模型（2)用于輸出汽車控制參數(shù)； 仿真程序模塊（3)用于根據(jù)C代碼和汽車控制參數(shù)編制仿真程序； 汽車硬件控制器（4)用于根據(jù)仿真程序生成仿真測(cè)試控制信號(hào)； dSPACE硬件在回路（5)用于實(shí)現(xiàn)汽車橫擺穩(wěn)定控制系統(tǒng)的測(cè)試。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電子控制單元的汽車橫擺穩(wěn)定控制測(cè)試系統(tǒng)，其特征在 于，汽車硬件控制器（4)包括整車控制器（4-1)、橫擺穩(wěn)定控制器（4-2)、輪轂電機(jī)控制器 (4-3)和輪缸液壓控制器（4-4)， 整車控制器（4-1)用于將汽車控制信號(hào)發(fā)送給輪轂電機(jī)控制器（4-3); 橫擺穩(wěn)定控制器（4-2)用于將驅(qū)動(dòng)扭矩控制信號(hào)通過(guò)CAN總線發(fā)送給整車控制器 (4-1);同時(shí)發(fā)送控制信號(hào)給輪缸液壓控制器（4-4); 輪轂電機(jī)控制器（4-3)用于對(duì)汽車輪轂電機(jī)進(jìn)行控制，使汽車輪轂電機(jī)輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn) 矩； 輪缸液壓控制器（4-4)用于控制汽車輪缸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于電子控制單元的汽車橫擺穩(wěn)定控制測(cè)試系統(tǒng)，其特征在 于，橫擺穩(wěn)定控制器（4-2)包括電源管理模塊（4-21)、高端驅(qū)動(dòng)模塊（4-22)、低端驅(qū)動(dòng)模塊 (4-23)、CAN模塊（4-24)、模擬信號(hào)采集模塊（4-25)、數(shù)字信號(hào)采集模塊（4-26)、輪速處理 模塊（4-27)和單片機(jī) MPC5643L(4-28)， 電源管理模塊（4-21)用于為單片機(jī)MPC5643L (4-28)提供工作電源； 單片機(jī)MPC5643L(4-28)用于通過(guò)底層驅(qū)動(dòng)程序控制高端驅(qū)動(dòng)模塊（4-22)產(chǎn)生12V電 壓并為低端驅(qū)動(dòng)模塊（4-23)提供工作電源； 單片機(jī)MPC5643L (4-28)還用于根據(jù)采集數(shù)據(jù)控制高端驅(qū)動(dòng)模塊（4-22)實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車液 壓控制單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)；同時(shí)根據(jù)采集數(shù)據(jù)控制低端驅(qū)動(dòng)模塊（4-23)實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車液 壓控制單元線性閥與開(kāi)關(guān)閥的驅(qū)動(dòng)； CAN模塊（4-24)用于通過(guò)CAN總線實(shí)現(xiàn)單片機(jī)MPC5643L (4-28)與整車控制器（4-1) 的通信； 模擬信號(hào)采集模塊（4-25)用于采集壓力傳感器采集獲得的兩路主缸和四路輪缸壓力 信號(hào)，并發(fā)送給單片機(jī)MPC5643L(4-28); 數(shù)字信號(hào)采集模塊（4-26)用于采集傳感器采集獲得的制動(dòng)信號(hào)和方向盤轉(zhuǎn)向角信 號(hào)，并發(fā)送給單片機(jī)MPC5643L (4-28); 輪速處理模塊（4-27)用于對(duì)輪速傳感器采集的輪速信號(hào)進(jìn)行處理，并發(fā)送給單片機(jī) MPC5643L(4-28)。
【文檔編號(hào)】G05B23/02GK104090568SQ201410336499
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】龐博升, 許昱涵, 劉志遠(yuǎn), 王獻(xiàn)林 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)