基于​LabVIEW和PXI​​开发ESP​​性能​测试​平台

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LabVIEW和PXI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