NI PXI​および​CompactRIO​に​基​づ​い​た​ESP(横滑り​防止​装置)​と​HIL​シミュレーション​の​開発

李 红​志, 清华大学

"NI PXI​および​CompactRIO​に​基​づ​い​た​当社​の​ESP HIL​シミュレーション​プラットフォーム​では、​コントローラ​モデル​を​シミュレーション​ループ​に​配置​し​て、​コントローラ​で​アルゴリズム​の​テスト​が​簡単​に​行える​よう​に​しま​した。"

- 李 红​志, 清华大学

課題:

HIL(hardware-​in-​the-​loop )​シミュレーション​プラットフォーム​を​作成​し​て、​横滑り​防止​装置​(ESP:Electronic Stability Program)​の​制御​アルゴリズム​の​開発​を​促進​し、​実際​の​車両​実験​の​必要性​に​起因​する​実験​場​の​高い​需要​を​軽減​する

ソリューション:

ESP​用​の​HIL​シミュレーション​プラットフォーム​を​NI PXI、​CompactRIO、​および​ホスト​コンピュータ​を​ベース​に​開発​する。​全てのデバイスはネットワークケーブルで接続され、​NI​シミュレーション​モデル​で​作成​した​15​自由​度​(DOF)​車両​モデル​を​使用​する。


​自動車​の​ESP​は、​自動車​運転​の​安定性​と​安全​性​を​向上​させる​ため​に​は​必要​不可欠​な​装置​です。​ESP​では、​アンチ​ロック​ブレーキ​システム​(ABS)、​トラ​ク​ション​コントロール​システム​(TCS)、​および​アクティブ​ヨー​コントロール​システム​(AYC)​を​統合​し​て、​ブレーキ、​運転、​および旋回の最中の運転の安定性と安全性を効率良く向上させます。​ESP​コントローラ​は、​運転​中​の​車両​の​移動​状態​を​定期​的​に​検出​し​ます。​危険​が​検出​さ​れる​と、​コントローラを通してブレーキシステムとエンジンに即座にコマンドが送信され、​車両​の​積極​的​な​制御​で​危険​が​軽減​さ​れ​ます。

 

綿密​な​調査​を​行い、​性能、​価格、​および​実装​し​やす​さ​について​検討​した​結果、NI PXIおよびCompactRIOプラットフォーム​を​選択​し、​システム​を​構築​しま​した。​xPC​システム、​NI PXI​システム、​dSpace​システム​を​比較​した​ところ、​xPC​システム​は​コスト​は​低い​ものの、​使い​やす​さ​は​それ程​でも​なく、​dSpace​システム​は​NI PXI​システム​と​変​わら​ない​性能​を​備え​ながら、​コスト​は​NI PXI​システム​より​高​く​なり​ます。

 

 

システム​アーキテクチャ

ESP HIL​シミュレーション​プラットフォーム​の​ハードウェア​は、​ホスト​コンピュータ、​ターゲット、​コントローラ、​アクチュエータ、​センサ​の​5​つ​の​部分​から​構成​さ​れ​てい​ます。​ホスト​コンピュータ​を​使用​し​て、​シェア​変数​で​シミュレーション​プロセス​を​監視​し、​シミュレーション​の​結果​を​解析​し​て​保存​し​ます。​さらに、​ターゲット​が​車両​モデル​を​実行​し、​コントローラ​が​制御​アルゴリズム​を​実行​し​て​車両​を​ナビゲート​し、​アクチュエータ​が​油圧​制御​装置、​ブレーキ​パイプ、​および​ブレーキ​として​の​役割​を​果​た​し​ます。​ホスト​コンピュータ、​ターゲット​システム、​および​コントローラ​は​ネットワーク​ケーブル​で​接続​さ​れ​ます。

 

ハードウェアシステム​設計

PXI​システム​は、​車両​モデル​を​実行​し、​基準​信号​を​コントローラ​に​供給​し​ます。​コントローラ​は、​ブレーキ​信号、​メイン​シリンダ​圧力、​4​輪​駆動​の​速度、​ハンドル​角度、​水平​加速度、​ヨー​角​の​速度​など、​複数​の​信号​を​取得​し​ます。

当社​は、NI PXI-6229​マルチ​ファンクション​M​シリーズ​データ​集録​(DAQ)​モジュールを​使用​し​て、​メイン​シリンダ​を​含む​全て​の​シリンダ​から​の​アナログ​圧力​信号​と​デジタル​ブレーキ​信号​を​集録​しま​した。​また、NI PXI-6722​任意​波形​発生器を​使用​し​て、​アナログ​電圧​も​出力​しま​した。​これ​によって、​ハンドル​角度、​水平​加速度、​および​ヨー​角速度​が​表​さ​れ​ます。​さらに、​NI PXI-6722​で​4​つ​の​アナログ​電圧​信号​を​出力​し、​電圧/​周波数​変換​器​で​電圧​を​周波数​信号​に​変換​し​て、​車両​の​速度​を​シミュレート​し​ます。​アクチュエータ​に​は、​Bosch​社​の​ESP 8.0​油圧​制御​装置​を​使用​しま​した。​ブレーキ​システム​は、​Jinbei(金杯)​の​バン​の​ブレーキ​パイプ​と​ブレーキ​から​構成​さ​れ​てい​ます。

 

 

ホスト​コンピュータ​監視​ソフトウェア

この​ソフトウェア​は、​シェア​変数​で​開始​と​停止​の​シミュレーション​を​制御​し、​一部​の​グローバル​変数​に​ターゲット​から​の​データ​を​記録​し​ます。​当社​は​ホスト​コンピュータ​監視​ソフトウェア​を​主に​シミュレーション​プロセス​監視​と​シミュレーション​データ​表示​の​2​つ​の​部分​に​分け​ま​した。​シミュレーション​プロセス​監視​の​機能​に​は、​パラメータ​復元、​制御​シミュレーション、​リアルタイム​パラメータ​監視、​および​シミュレーション​プロセス​中​の​ドライバ​から​の​入力​が​あり​ます。​また、​シミュレーション​モード、​ギア​システム、​シミュレーション​時間、​初期​状態、​および​タイヤ​接地​状態​を​構成​し​て、​全て​の​条件下​で​の​シミュレーション​を​簡単​に​実施​する​こと​も​でき​ます。​シミュレーション​データ​の​表示​によって、​シミュレーション​データ​の​観察​および​比較、​シミュレーション​中​の​車両​の​移動​状態​の​再生、​データ​の​保存​および​回復​を​行う​こと​が​でき​ます。

 

インタフェースを使用すれば、​シミュレーション​プロセス​で​70​パラメータ​分​の​シミュレーション​データ​を​保存​および​回復​する​こと​が​でき​ます。​ウィンドウ​の​右下​に​ある​「シミュレーション​再生」​ボタンをクリックすれば、​車両​の​走行​跡​を​グラフィカル​に​表示​でき​ます。​また、​インタフェース​プログラム​では、​実際​の​車両​実験​を​実施​し​ながら​ヨー​角​の​情報​を​記録​し​て、​実際​の​時間​間隔​に従って​シミュレーション​プロセス​で​情報​を​送信​する​こと​も​でき​ます。​そのように​し​て、​車両​から​の​応答​の​シミュレーション​結果​が​得​ら​れ​ます。

 

 

ターゲット​シミュレーション​および​コントローラ​ソフトウェア

この​ターゲット​は、​車両​モデル​の​実行​に、​15​自由​度​の​車両​モデル​を​使用​し​ます。​15​自由​度​の​内訳​は、​水平、​垂直、​および​位置​の​移動​と​回転​が​6​度、​車両​の​回転​および​垂直​移動​が​8​度、​回転​システム​が​1​度​です。

 

シミュレーション​中、​ターゲット​は、​メイン​シリンダ​および​4​輪​駆動​の​シリンダ​から​1 m​秒​間隔​で​圧力​信号​を​集録​し​て、​車両​の​力​を​計算​し、​その​車両​の​移動​状態​を​得​ます。​また、​状態​パラメータ​を​NI PXI-6229​経由​で​コントローラ​に​転送​し​ます。​同時に、​ターゲット​は、​車両​移動​状態​パラメータ​を​メモリ​に​保存​し​て、​データ​を​シミュレーション​の​最後​に​ホスト​コンピュータ​に​転送​し​ます。​また、​ホスト​コンピュータ​から​送信​さ​れる​制御​信号​を​連続​的​に​検出​し​ます。​これらの​複雑​な​機能​は​全て​並列​ストラクチャ​を​使用​し​て​簡単​に​実装​でき​ま​した。

 

また、​CompactRIO​コントローラ​を​使用​し​て、​ESP​制御​アルゴリズム​を​実行​し、​受信​した​センサ​信号​に​基​づ​い​て​車両​の​状態​が​危険​か​どうか​を​判断​しま​した。​危険​が​検出​さ​れ​た​場合、​この​コントローラ​が​車両​の​動き​を​制御​し​て、​危機​を​解決​し​ます。

 

シミュレーション​プラットフォーム​開発​の​成功

シミュレーション​結果​は​実際​の​車両​実験​の​結果​と​ぴったり​一致​しま​した。​これ​は​つまり、​HIL​シミュレーション​プラットフォーム​が​車両​の​動作​を​効率​良く​シミュレート​できる​こと​を​示し​てい​ます。

 

NI PXI​および​CompactRIO​に​基​づ​い​た​当社​の​ESP HIL​シミュレーション​プラットフォーム​では、​コントローラ​を​シミュレーション​ループ​に​配置​し​て、​コントローラ​で​アルゴリズム​の​テスト​が​簡単​に​行える​よう​に​しま​した。​シミュレーション​ワーク​ベンチ​の​構築​によって、​ESP​制御​アルゴリズム​の​開発​は​大幅​に​促進​さ​れ​ま​した。

 

この​事例​に関する​お​問い合わせ​は、​次​の​宛先​まで​お願い​い​た​し​ます。:

Li Hong-​zhi
Tsinghua University
​Room 532 A, 2J15# Haidian District
​Beijing, China
​Tel: 010-62797118
​Email: hz-​li07@mails.tsinghua.edu.cn

 

著者​情報:

李 红志
​清华大学

​ ​Our system consists of a PC as the host computer, a PXI target marked in the red frame, and a CompactRIO controller marked in the yellow frame ​
​ ​Jinbei Van ​
​ ​User Interface for Viewing Host Data ​