基于​LabVIEW​和​PXI​​开发​ESP​​性能​测试​平台

高​振​海,​吉林​大学

“基于​NI PXI​系统​良好​的​可​扩展​性,​我们​快速​搭建​了​ESP​性能​的​测试​平台。”

- 高​振​海,​吉林​大学

挑战:

开发​汽车​电子​稳定​系统​(ESP)​性能​测试​系统,​可在​危险​的​测试​过程​中​采集​多种​类型​的​信号,​同时​在​恶劣​的​测试​环境​中​稳定​可靠​地​运行。

解决​方案:

使用​NI LabVIEW​软件​和​PXI​硬件​构​建​坚固耐用​的​ESP,​通过​模拟、​数字、​控制器​局​域​网​(CAN)​和​串​行​等​各种​信号​成功​采集​ESP​测试​数据。

作者:

高​振​海 - 吉林​大学
​王​竣 - 吉林​大学
​崔​爱​昕 - 吉林​大学
​郭​健 - 吉林​大学

 

ESP​通过​控制​制​动力​和​发动​机​的​输出​扭矩,​将​汽车​的​横摆​速度​限制​在​较​小​的​范围​内,​可​协助​驾驶​员​在​极端​条件下​保持​汽车​的​平衡,​从而​避免​危险​事故​发生。

 

随着​人们​对​车辆​主动​安全​性的​要求​越来越​高,​ESP​在​汽车​上​的​标准​装配​率​随​之​提高。​博​世​(Bosch)、​德国​马​牌​(Continental)​等​国外​汽车​电子​产品​供应​商​均​具备​了​ESP​的​批量​化​供​货​能力​并​占据​了​市场​的​主要​份额。

 

中国​国内​对​ESP​的​研究​起步​较​晚,​大多​停留在​理论​控制​研究​与​硬件​在​环​(HIL)​仿真​阶段。​国内​整​车​及​零​部件​厂商​大多​直接​采用​博​世、​德国​马​牌、​TRW​等​的​ESP​来​匹配​其​自主​开发​的​整​车。

 

相​对于​国内​ESP​策略​的​研究,​ESP​性能​测试​和​评估​方法​的​研究​尚在​起步​阶段。​因此,​大​多数​实验​均​采用​国外​零​部件​商​或​相应​机构​的​测试​方法​或​直接​委托​国外​供应​商​实施。​目前,​国内​汽车​行业​尚​无​形成​统一​的​ESP​标准,​这​使得​国内整​车​厂商​很​难​系统​合理​地​评估​ESP​控制​性能,​更​无法​根据​测试​结果​在​产品​设计​阶段​提出​完善​的​产品​设计​技术​要求。​这​大大​增加​了​整​车​厂商​与​汽车​电子​零​部件​供应​商​的​底盘​电​控​系统​的​匹配​设计​周期​和​研发​成本。

 

鉴于​上述​情况,​课题​组​提出​一套​汽车​底盘​电​控​系统​性能​评估​方法​和​实验​流程​规范,​并​开发​了​一个​用于​ESP​性能​测试​和​评估​的​监​控​系统。

 

ESP​测试​平台

ESP​测试​平台​主要​包括​三​大部分:

 

1.ESP​测试​和​实验​流程​规范

2.​数据​采集​系统

3.​实验​评估​标准,​如​图​1​所示

 

测试​和​实验​流程​规范​规定​了​实验​项目、​目的、​变量、​仪器;​实验​条件​和​方法;​以及​实验​数据​处理​方法。

 

实验​评估​标准​基于​汽车​相关​基本​理论,​规定​了​电​控​系统​以及​整​车​性能​评定​的​方法​及​相应​原理。

 

 

 

实验​数据​采集​系统​包括​实验​中​测量​所需​变量​(车辆​参数​和​运动​状态)​的​传感器​及其​数据​采集​卡​和​相关​软件。​实验​数据​采集​系统​性能​好坏​决定​了​整​车​性能​评估​结果​的​准确​与​否,​以及​ESP​质量​的​优​劣。

 

作为​最新​一代​汽车​主动​安全​系统,​ESP​是​基于​汽车​动力​学​理论​对​汽车​临界​失​稳​状态​下​施加​准确​控制​来​提高​汽车​稳定​性的​系统。​因此,​为了​评估​ESP​的​性能,​需要​进行​大量​实​车​测试。​测试​数据​采集​将​面临​两​大​难题:​一是​测试​设备​众多​(GPS、​陀螺​仪、​非​接触​式​光电​转​速​计、​轮​速​传感器、​压力​传感器、​触发​器​等,​如​图​2​所​示),​二​是​测试​环境​恶劣​(冲击、​振动、​高温、​高​湿度​等)。​为了​应对​这些​挑战,​我们​选择​了​基于LabVIEWPXI的​测试​平台。

 

 

 

该​系统​的​数据​采集​硬件​采用​NI PXI​模​块​以及​相应​的​传感器。​传感器、​触发​器​通过​接​线​盒​及​线​缆​与​数据​采集​模​块​或​机​箱​相连。​我们​采用​了​逆​变​器​将​12V​车​载​直流​电​转变为​220V​交流​电,​然后​直接​提供​给​PXI​机​箱。​为了​避免​电压​波动​对​传感器​造成​损坏​以及​影响​测量​准确​性,​传感器​没有​直接​连接​到​车​载​电池,​而是​通过​稳​压​器​将​220VAC​转换​到​12VDC。​电源​系统​结构​如​图​3​所​示。​220V​交流​逆​变​器​和​PXI​机​箱​安装​在​后​备​箱​的​铝​合金​支架​上。​支架​通过​螺栓​固定​在​车​身上,​以​避免​晃​动,​如​图​4​所​示。

 

我们​的​数据​采集​软件​是在​LabVIEW​中​实现​的。​借助​LabVIEW​中的​数据​采集​模​块​和​文件​I/​O,​我们​分别​采集​信号,​然后​将​它们​同时​存储。​由于​采样​率​不高​(20Hz),​信号​同步​要求​不高,​因此​我们​采用​局部​变量​来​存储​不同​通道​的​信号。​整个​程序​框架​如​图​5​所​示。

 

 

 

ESP​数据​采集​系统​的​前​面板​如​图​6​所​示,​主要​分为​两​个​区域:​左侧​的​配置​区​主要​用于​参数​输入​和​更改,​如​数据​采集​端​口​的​配置、​模拟​输入​(AI)​通道​的​选择、​RS232​端​口​的​选择、​波特​率​的​配置​以及​文件​名​更改​和​数据​文件​存储​路径​等。

 

右侧​为​测试​中​重要​测量​结果​的​实​时​显示​区域。​图​7、​图​8​为​测试​结果​曲线。​图​7​中​红色​点​为​测试​中的​标​桩,​结果​显示​车辆​能​顺利​通过​单​移​线​中的​所有​标​桩。​图​8​中​品​红色​的​线​表示​ESP​功能​是否​被​激活,​以及​主​缸​和​各​轮​缸​的​压力。

 

 

 

结论

ESP​等​汽车​主动​安全​系统​是​未来​汽车​发展​的​一大​方向。​ESP​道路​测试​不仅是​ESP​控制​系统​质量​优​劣​的​最终​评判​手段,​也对​ESP​控制​算法​的​开发​具有​一定​的​指导​意义。

 

基于​NI PXI​系统​良好​的​可​扩展​性,​我们​快速​搭建​了​ESP​性能​的​测试​平台。​在​极端​苛刻​的​测试​环境​下,​测试​系统​能够​准确​有效​地​采集​ESP​实验​的​测试​信号,​大大​推动​了​底盘​控制​系统​的​研究,​并​为​底盘​电​控​系统​开发​的​进一步​完善​提供​了​有力​的​支持。

 

作者​信息:

高​振海
​吉林​大学
​中国

图​1. ​ ​ESP​测试​平台​框架 ​
图​2. ​ ​测试​系统​传感器 ​
图​3. ​ ​电源​系统​结构 ​
图​4. ​ ​ESP​数据​采集​系统​PXI​机​箱 ​
图​5. ​ ​ESP​数据​采集​系统​流程​图 ​
图​6. ​ ​ESP​数据​采集​系统​前​面板 ​
图​7. ​ ​单​移​线​实验​车辆​轨迹​​ ​
图​8. ​ ​单​移​线​实验​轮​缸​制动​压力​ ​