一种基于履带车辆道路模拟台架试验的司机助理系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测试技术领域，特别是涉及一种基于履带车辆道路模拟台架试验的司 机助理系统。
【背景技术】
[0002] 基于道路循环工况的模拟试验研究对于民用车辆而言已经非常完善，而对于履带 车辆而言研究很少。完善传统的履带车辆动力装置参数标定流程，需要进行大量的实车道 路试验，不仅耗时耗力，而且因驾驶员、环境等因素，使得试验结果很难具有重复性和可比 性。因此，对动力装置进行道路循环台架试验标定对履带车辆具有重要意义。
[0003] 动力装置路面循环工况台架试验是在室内台架上完成的，循环工况路面信息及驾 驶信息来源于真实试验场跑车数据。为了在台架试验中模拟真实道路及司机的驾驶行为， 需要性能良好的跟随系统来复现真实道路上司机的驾驶过程的行车参数，完成自动驾驶。
[0004] 虽然民用车辆很早以前就开发出了人工助理辅助系统辅助司机驾驶，但该种辅助 管理系统并不适用于履带车辆台架试验的研究，因此，需要通过简便的系统确定履带车辆 的行车参数。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于履带车辆道路模拟台架试验的司机 助理系统，包括：
[0006] 动力装置，包括：通过变速箱与发动机连接的两个测功机，与所述两个测功机连接 调节电机转速的测功机控制柜；
[0007] 路谱加载模块，根据系统预存的车场的车速和坡度的路面信息，转换得到履带车 辆在行驶过程中所受到的阻力，再换算成至变速箱输出端的目标转矩，然后将目标转矩转 换成电压信号，通过所述测功机控制柜控制所述测功机的电机生成相应的模拟道路阻力矩 的电机转矩；
[0008]自动驾驶模块，根据在动力装置中采集的当前车速和设定的目标车速经过位置式 PID运算，运算后得到油门数字信号，将油门数字信号转化为所述动力装置识别的电压信 号，由动力装置控制单元根据接收的电压信号的大小转化为相应的供油齿杆位置，所述变 速箱输出相应的转速，跟随目标车速。
[0009] 与现有技术相比，本发明包括以下优点：
[0010] 具有以下优点：1、减轻了履带车辆动力装置研究的工作量，对实际循环工况下司 机的驾驶情况进行了很好的复现2、除实现自动驾驶的功能外，还具有数据显示和存储的功 能，方便对台架试验的状况进行监控以及对数据进行后处理。3、为台架试验标定和履带车 辆的相关性能研究奠定了基础。
【附图说明】
[0011] 图1是本发明的台架结构的示意图；
[0012] 图2是本发明的司机助理系统数据交换图示意图；
[0013] 图3是本发明的司机助理系统硬件组成示意图；
[0014]图4是本发明的路谱加载模块示意图；
[0015]图5是本发明的自动驾驶模块的PID控制示意图；
[0016] 图6是本发明的司机助理系统主程序流程图；
【具体实施方式】
[0017] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0018] 参照图1，示出了本发明一种实施例中的使用的台架的结构图，本发明的模拟台架 实验的司机助理系统包括：
[0019] 动力装置，包括：通过变速箱与发动机连接的两个测功机，与所述两个测功机连接 调节电机转速的测功机控制柜；在本实施例中，根据测功机控制柜的作用，图中采用的变 频柜即为测功机控制柜。
[0020] 其中，变频柜用于控制测功机中的电机转速。
[0021] 司机助理系统的软件架构可参见图2,包括路谱加载模块，自动驾驶模块；
[0022] 路谱加载模块，根据系统预存的车场的车速和坡度的路面信息，经过理论计算得 到履带车辆在行驶过程中所受到的阻力，再换算成至变速箱输出端的目标转矩，然后将目 标转矩转换成电压信号，通过所述变频柜控制所述测功机的电机生成相应的模拟道路阻力 矩的电机转矩；生成目标转矩。
[0023]自动驾驶模块，根据在动力装置中采集的当前车速和设定的目标车速经过位置式 PID运算，运算后得到油门数字信号，将油门数字信号转化为所述动力装置识别的电压信 号，所述动力装置控制单元根据接收的电压信号的大小转化为相应的供油齿杆位置，所述 变速箱输出相应的转速，跟随目标车速。
[0024] 其中，自动驾驶模块又包括以下五个模块：
[0025] 初始化模块，用于实现初始化操作；
[0026]目标数据的读取模块，用于读取包括左轮、右轮的目标转矩和目标转速；
[0027] 数据的采集模块，用于在所述动力装置中，通过转矩/转速一体传感器采集第一 测功机中的左电机、第二测功机中的右电机当前转矩和当前转速；
[0028]目标转矩的输出模块，用于对电机控制电压值与所述测功机转矩值线性关系进行 标定后；将所有目标转矩都转换成电机控制电压值后输出；由测功机控制柜调节测功机中 的电机模拟相关转矩。
[0029]油门开度的生成模块，用于根据目标车速与所述动力装置的当前车速的差值进行 PID运算，得到油门开度，然后将油门开度转换为电压信号输送给动力装置，调节动力装置 的实际车速，完成对目标车速的跟随。
[0030] 所述生成模块通过以下公式执行所述PID运算：
[0031]
[0032] 其中，u(k)为控制器的输出；e(k)为目标车速与实际车速之差；uP (k)为比例环节 的输出值％〇〇为积分环节的输出值；uD(k)为微分环节的输出值；Ke为控制器的比例系 数；e(k)为目标车速与实际车速之差；Θ为采样周期；k为采样时刻；?\为控制器的积分时 间常数；TD为控制器的微分时间常数。
[0033] 对于各个模块执行具体步骤和具体流程，下面详细说明：
[0034] 如图2、图6所示，本发明的司机助理系统，分为自动驾驶模块和路谱加载模块。该 图显示了系统间信号的流向。自动驾驶模块将从路谱加载模块中读取的目标车速与实际的 车速进行PID计算，产生的油门开度信号发送给控制器，控制器将油门开度信号转化为控 制发动机的齿杆位置的占空比信号发送给发动机从而控制发动机的转速；控制器根据当前 发动机转速和油门信息查表得到的挡位信号上传给变速箱控制模型，进行离合器的分离与 结合，达到目标档位。
[0035] 路谱加载模块通过读取的目标转矩数字信号转化为电压信号后输送给变频器，通 过测功机控制柜控制电机转矩来模拟道路阻力。通过数据显示界面可以时时监测实际的车 速和转矩信号，以此来时时跟进系统运行情况。
[0036] 如图3所示，本发明涉及的硬件组成包括司机助理系统PC机、NIUSB-6009板卡、 USB-1203板卡以及串口通信线束等。司机助理系统PC机主要是作为本发明系统的上位机， 运行上述各个模块或系统，在PC机中采用LabVIEW软件程序进行数据处理和相关运算；NI USB-6009板卡采用总线供电型设计，用于自动驾驶中油门开度信号的DA转换，方便且易于 携带，具有8路模拟输入通道（14位分辨率），2路模拟输出通道（12位分辨率），12条数字 I/O线，32位分辨率计数器。自动驾驶模块中油门开度信号DA转换需要1路模拟输出通道， 油门开度电压为〇. 5~4. 5V，同时1. 22mV精度远远符合控制精度要求。利用串口通信采集 的测功机转速，在LabVIEW程序中转换为车速，然后与目标转速比较，经过PID运算，可得数 字信号的油门开度，经过NIUSB-6009板卡中的DA模块将油门开度数字信号转换为电压信 号，输送给动力装置的集成控制单元，自动驾驶模块中油门开度信号的PID运算可以在集 成控制单元（即E⑶）中完成的。USB-1203是一款多功能通用A/D板，与PC机即插即用， 无需地址跳线，具有2路12位D/A输出，输出电压5V或10V，12位分辨率，精度为1. 22mV。 USB-1203安装在测功机控制柜中，由PC机主程序中USB-1203模拟输出软件单元将目标转 矩电压信号输出给板卡USB-1203，控制测功机输出扭矩值。
[0037] 如图4所示，路谱加载模块用于对真实道路情况的复现，它通过预先采集并存储 在上位机中的车速、坡度等路面信息计算出实际行驶过程