基于​PXI​平台​的​ESP​系统​性能​测试​平台

Zhenhai Gao, Jilin University

"基于​PXI​系统​良好​的​可​扩展​性,​我们​快速​搭建​了​ESP​系统​性能​试验​的​测试​平台。" ​

- Zhenhai Gao, Jilin University

挑战:

电子​稳定​系统​(Electronic Stability Program, 简称​ESP,​下​同)​实​车​道路​试验​不仅​对​场地​要求​十分​苛刻,​实验​过程​具有​相当​的​危险​性,​而且​所需​测量​的​信号​较​多。​实验​数据​采集​系统​不仅​要​能够​采集​各种​信号,​还​要​能够​在​恶劣​的​测试​环境​中​(如​冲击、​震动、​高温、​高​湿度​等)​稳定​可靠​的​工作。 ​

解决​方案:

面对​ESP​系统​试验​苛刻​的​测试​环境、​众多​的​测试​信号,​基于​NI PXI​和​LabVIEW​的​测试​平台,​我们​在​较​短​的​时间​内​快速​融合​了​模拟​信号、​数字​信号、​CAN、​串​口​等​多种​信号​采集​与​处理。​NI​数据​采集​系统​在​海南​试验​场​成功​完成​了​ESP​试验​过程​的​数据​采集,​保证​了​试验​的​顺利​进行。 ​

作者:

Zhenhai Gao - Jilin University
​Jun Wang - Jilin University
​Aixin Cui - Jilin University
​Jian Guo - Jilin University

 

汽车​电子​稳定​控制​系统​可以​辅助​驾驶​员​对​车辆​的​动力​学​特性​进行​控制,​通过​控制​车轮​的​制​动力​和​发动​机​的​输出​力矩​来​控制​汽车​的​横摆​角速度​并​将​侧​偏角​限制​在​一定​范围​内,​从而​协助​驾驶​员​在​极限​工​况​下​保持​汽车​的​稳定​性,​防止​车辆​出现​失​稳​危险。

 

近年​来,​随着​人们​对​车辆​主动​安全​性​要求​的​提高​和​各国​相应​安全​法规​的​推动,​ESP​系统​在​汽车​上​的​标准​装配​率​迅速​提高,​博​世、​大陆​等​国外​汽车​电子​产品​供应​商​均​具备​了​ESP​系统​的​批量​化​供​货​能力​并​占据​了​市场​的​主要​份额。

 

国内​ESP​系统​的​研究​起步​较​晚,​大多​停留在​理论​控制​研究​与​硬件​在​环​仿真​阶段,​国内​整​车​及​零​部件​厂商​大多​直接​采用​博​世、​大陆、​TRW​等​的​ESP​系统​与​自主​开发​的​整​车​相​匹配。

 

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

 

鉴于​上述​情况,​课题​组​结合​当前​的​研究​基础,​提出​一套​汽车​底盘​电​控​系统​性能​评价​和​实验​测试​流程​规范​并​构​建​了​一个​用于​ESP​系统​试验​测试​的​测​控​系统​平台。

 

ESP​系统​测试​平台

课题​组​搭建​的​ESP​系统​测试​平台​主要​包括​三​大部分:

1. ESP​试验​测试​流程​规范;

2. 试验​数据​采集​系统;

3. 试验​评价​标准。

 

试验​测试​流程​规范​规定​了​ESP​测试​所需​的​试验​项目、​试验​目的、​测试​变量​和​仪器、​试验​条件、​试验​方法,​以及​实验​数据​处理​方法。

试验​评价​标准​作为​电​控​系统​以及​整​车​性能​评定​的​指南,​从​汽车​相关​基本​理论​出发,​规定​了​性能​好坏​评定​的​方法​与​相应​原理。

 

试验​数据​采集​系统​包括​试验​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。​试验​数据​采集​系统​性能​好坏​在​一定​程度​上​决定​了​整个​测试​系统​能否​准确​评价​整​车​性能​以及​ESP​系统​的​优​劣。

 

ESP​作为​最新​一代​汽车​主动​安全​系统,​ESP​是​基于​汽车​动力​学​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​验证​ESP​系统​的​性能,​就​需要​大量​实​车​试验。​完成​试验​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​测​速​仪、​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、​震动、​高温、​高​湿度​等)。​通过​调​研,​我们​选择了LabVIEW 和 PXI的​测试​平台。

 

 

ESP​试验​数据​采集​系统​所​依赖​的​数据​采集​设备​采用​了​NI PXI​系统​以及​相应​的​PXI​数据​采集​卡,​上述​系统​与​测试​所需​的​传感器​构成​了​ESP​试验​数据​采集​系统​的​硬件​部分,,​传感器、​触发​器​通过​接​线​盒​及​电缆​与​采集​卡​或​机​箱​相连。​硬件​系统​搭建​的​过程​中,​我们​遇到​了​一个​问题:​我们​采用​的​PXI​机​箱​需要​220V​交流​供电,​而​试验​测试​中​车​载​电源​是​12V​直流​蓄​电池,​对​此​我们​采用​了​逆​变​器​将​12V​直流​电​转变为​220V​交流​电,​然后​直接​供给​PXI​机​箱。​为了​避免​汽车​运行​过程​中​蓄​电池​电压​波动​对​传感器​造成​损坏​以及​影响​测量​准确​度,​传感器​供电​没有​直接​采用​蓄​电池​电源,​而是​通过​稳​压​器​将​220VAC​转换​到​12VDC,​进而​供给​相应​的​传感器,​电源​系统​架构​如​图​3​所​示。​220V​交流​逆​变​器​和​PXI​机​箱​安装​在​测试​车辆​后​备​箱​的​铝​合金​支架​上,​如​图​4​所​示,​支架​通过​螺栓​与​车身​地板​相连,​从而​保证​机​箱​在​车辆​行驶​过程​中​不会​晃​动。


数据​采集​系统​软件​是在​LabVIEW​中​实现​的,​主要​应用​了​LabVIEW​中​数据​采集​模​块、​及​文件​IO​模​块,​针对​众多​的​测量​信号,​编​程​中​我们​采用​了​各​信号​分别​采集、​同时​存储​的​架构,​由于​试验​中​采样​率​不高​(20Hz),​信号​同步​要求​不高,​故​采用​了​局部​变量​进行​信号​的​同步​存储。​整体​程序​框架​如​图​5​所​示。​程序​前​面板​如​图​6​所​示,​前​面板​主要​分为​两​个​区域,​左侧​区域​为​配置​区,​主要​用于​试验​过程​中​需要​进行​输入、​更改​的​量,​如​信号​采集​端​口​的​配置​选择,​如​模拟​输入​通道​(AI)​的​选择,​RS232​端​口​的​选择,​波特​率​的​配置​等,​以及​测量​结果​文件​名称​的​更改、​存储​位置​的​选择​等。​右侧​区域​为​试验​中​重要​检测​量的​实​时​显示,​便于​试验​过程​中​对​试验​数据​进行​监测,​当​试验​数据​出现​明显​的​错误​时,​及时​进行​仪器​调整​或​检修,​并​重新​进行​测试。​图​7、​图​8​为​试验​结果​曲线。​图​7​中​红色​点​为​试验​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​制动​主​缸​和​各​轮​缸​的​压力。


结论

ESP​是​未来​汽车​主动​安全​系统​发展​的​一大​方向,​ESP​实​车​道路​试验​不仅是​ESP​控制​系统​优​劣​的​最终​评判​手段,​ESP​实​车​道路​试验​在​ESP​控制​算法​开发​阶段​也​具有​一定​的​指导​意义。

 

基于​PXI​系统​良好​的​可​扩展​性,​我们​快速​搭建​了​ESP​系统​性能​试验​的​测试​平台,​夏季​在​海南​汽车​试验​场、​冬季​在​黑河​红​河谷​试验​场​极端​苛刻​的​试验​环境​下,​测试​系统​准确​有效​的​采集​了​ESP​系统​试验​的​测试​信号,​大大​推动​了​863​计划​底盘​控制​系统​的​研究,​为​我们​自主​底盘​电​控​系统​进一步​的​完善​提供​了​有力​的​支撑。

 

作者​信息:

Zhenhai Gao
​Jilin University
​China

图​1: ​ ​ESP​系统​测试​平台​架构 ​
图​2: ​ ​测试​系统​传感器 ​
图​3: ​ ​电源​系统​架构 ​
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​界面 ​
图​7: ​ ​ESP​单​移​线​试验​车辆​轨迹 ​
图​8: ​ ​ESP​单​移​线​试验​轮​缸​制动​压力 ​