基于电子控制单元的汽车横摆稳定控制测试系统的制作方法
【专利摘要】基于电子控制单元的汽车横摆稳定控制测试系统，属于汽车横摆稳定控制测试【技术领域】。本发明是为了解决现有汽车横摆稳定控制系统的测试方法存在测试精度低并且实时性差的问题。它的C代码生成器用于生成C代码；汽车动力学模型用于输出汽车控制参数；仿真程序模块用于根据C代码和汽车控制参数编制仿真程序；汽车硬件控制器用于根据仿真程序生成仿真测试控制信号；dSPACE硬件在回路用于实现汽车横摆稳定控制系统的测试。本发明用于汽车横摆稳定控制系统的测试。
【专利说明】基于电子控制单元的汽车横摆稳定控制测试系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及基于电子控制单元的汽车横摆稳定控制测试系统，属于汽车横摆稳定 控制测试【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 汽车已逐渐成为每个家庭的必需品，它在为人们生活带来极大便利的同时，也因 汽车安全事故带来了大量的人员伤亡。
[0003] 当今电子技术的飞速发展和控制技术的逐步成熟，使得越来越多的电子控制装置 应用于汽车，这极大地提高了车辆的安全性能。汽车研究人员利用电子技术研制了一系列 的主动和被动安全装置或系统，以保护车上人员，来避免不必要的人身或财产损失。其中 被动安全装置，如保险杠、安全带或安全气囊等，这些装置虽然能够在发生事故时很好的保 护人身安全，但是不能防范或消除安全隐患。主动安全装置则可以根据汽车的实时行车状 况，主动控制汽车的驱动、制动及转向系统，以避免发生不必要的安全事故。目前，已经有 多种主动安全控制系统，如ABS (Anti-lock Brake System,防抱制动系统）、TCS (Traction Control System，牵引力控制系统）和 ESP(Electronic Stability Program，电子稳定程 序）等。其中ESP为横摆稳定控制的核心，它在ABS和TCS的基础上发展起来，能够显著提 高汽车高速转弯过程中的稳定性。这些主动安全控制的应用极大地减少了交通事故，提高 了汽车行驶的安全性。
[0004] 汽车横摆稳定控制系统通过主动控制汽车的制动系统调整汽车转向状态，防止汽 车在高速转向时出现不足转向和过度转向的不稳定状态，是汽车主动安全控制的核心技术 之一。由于横摆稳定控制系统要在汽车全部行驶工况下提高汽车的操控性能，因而在控制 系统的开发中，需做大量的测试工作。目前横摆稳定控制系统的测试工作主要是在软件架 构下进行，它存在精度低、实时性差的问题，因此需要对目前的测试方法进行改进。
【发明内容】
[0005] 本发明目的是为了解决现有汽车横摆稳定控制系统的测试方法存在测试精度低 并且实时性差的问题，提供了一种基于电子控制单元的汽车横摆稳定控制测试系统。
[0006] 本发明所述基于电子控制单元的汽车横摆稳定控制测试系统，它包括C代码生成 器、汽车动力学模型、仿真程序模块、汽车硬件控制器和dSPACE硬件在回路，
[0007] C代码生成器用于生成C代码；
[0008] 汽车动力学模型用于输出汽车控制参数；
[0009] 仿真程序模块用于根据C代码和汽车控制参数编制仿真程序；
[0010] 汽车硬件控制器用于根据仿真程序生成仿真测试控制信号；
[0011] dSPACE硬件在回路用于实现汽车横摆稳定控制系统的测试。
[0012] 汽车硬件控制器包括整车控制器、横摆稳定控制器、轮毂电机控制器和轮缸液压 控制器，
[0013] 整车控制器用于将汽车控制信号发送给轮毂电机控制器；
[0014] 横摆稳定控制器用于将驱动扭矩控制信号通过CAN总线发送给整车控制器；同时 发送控制信号给轮缸液压控制器；
[0015] 轮毂电机控制器用于对汽车轮毂电机进行控制，使汽车轮毂电机输出相应的转 矩；
[0016] 轮缸液压控制器用于控制汽车轮缸。
[0017] 横摆稳定控制器包括电源管理模块、高端驱动模块、低端驱动模块、CAN模块、模拟 信号采集模块、数字信号采集模块、轮速处理模块和单片机MPC5643L，
[0018] 电源管理模块用于为单片机MPC5643L提供工作电源；
[0019] 单片机MPC5643L用于通过底层驱动程序控制高端驱动模块产生12V电压并为低 端驱动模块提供工作电源；
[0020] 单片机MPC5643L还用于根据采集数据控制高端驱动模块实现对汽车液压控制单 元驱动电机的驱动；同时根据采集数据控制低端驱动模块实现对汽车液压控制单元线性阀 与开关阀的驱动；
[0021] CAN模块用于通过CAN总线实现单片机MPC5643L与整车控制器的通信；
[0022] 模拟信号采集模块用于采集压力传感器采集获得的两路主缸和四路轮缸压力信 号，并发送给单片机MPC5643L ;
[0023] 数字信号采集模块用于采集传感器采集获得的制动信号和方向盘转向角信号，并 发送给单片机MPC5643L ;
[0024] 轮速处理模块用于对轮速传感器采集的轮速信号进行处理，并发送给单片机 MPC5643L。
[0025] 本发明的优点：本发明首先自动生成C代码并获得汽车控制参数，然后编制仿真 程序，并通过汽车硬件控制器控制dSPACE硬件在回路实现汽车横摆稳定控制的测试。
[0026] 本发明能模拟实车的实时仿真效果，且运用32位单片机，能够快速处理大量数 据，大大提高了横摆稳定控制算法测试的效率。具有测试精度高，并且实时性好的优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 图1是本发明所述基于电子控制单元的汽车横摆稳定控制测试系统的原理框图；
[0028] 图2是汽车硬件控制器的原理框图；
[0029] 图3是横摆稳定控制器的原理框图；
[0030] 图4是横摆稳定控制器的原理框图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0031] 一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于电子控制 单元的汽车横摆稳定控制测试系统，它包括C代码生成器1、汽车动力学模型2、仿真程序模 块3、汽车硬件控制器4和dSPACE硬件在回路5，
[0032] C代码生成器1用于生成C代码；
[0033] 汽车动力学模型2用于输出汽车控制参数；
[0034] 仿真程序模块3用于根据C代码和汽车控制参数编制仿真程序；
[0035] 汽车硬件控制器4用于根据仿真程序生成仿真测试控制信号；
[0036] dSPACE硬件在回路5用于实现汽车横摆稳定控制系统的测试。
[0037] 本实施方式中，仿真程序模块3由C代码与高精度汽车动力学模型veDYNA引出的 参数共同构成。
【具体实施方式】 [0038] 二：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进 一步说明，汽车硬件控制器4包括整车控制器4-1、横摆稳定控制器4-2、轮毂电机控制器 4-3和轮缸液压控制器4-4，
[0039] 整车控制器4-1用于将汽车控制信号发送给轮毂电机控制器4-3 ;
[0040] 横摆稳定控制器4-2用于将驱动扭矩控制信号通过CAN总线发送给整车控制器 4-1 ;同时发送控制信号给轮缸液压控制器4-4 ;
[0041] 轮毂电机控制器4-3用于对汽车轮毂电机进行控制，使汽车轮毂电机输出相应的 转矩；
[0042] 轮缸液压控制器4-4用于控制汽车轮缸。
[0043] 本实施方式中，横摆稳定控制器4-2对轮缸液压控制器4-4直接进行控制，而对轮 毂电机控制器4-3间接进行控制，横摆稳定控制器4-2将驱动扭矩控制信号通过CAN总线 发送给整车控制器4-1，整车控制器4-1将控制信号发送给轮毂电机控制器4-3对轮毂电机 进行相应的控制，输出相应的扭矩。
【具体实施方式】 [0044] 三：下面结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式对实施方式二 作进一步说明，横摆稳定控制器4-2包括电源管理模块4-21、高端驱动模块4-22、低端驱动 模块4-23、CAN模块4-24、模拟信号采集模块4-25、数字信号采集模块4-26、轮速处理模块 4-27 和单片机 MPC5643L4-28，
[0045] 电源管理模块4-21用于为单片机MPC5643L4-28提供工作电源；
[0046] 单片机MPC5643L4-28用于通过底层驱动程序控制高端驱动模块4-22产生12V电 压并为低端驱动模块4-23提供工作电源；
[0047] 单片机MPC5643L4-28还用于根据采集数据控制高端驱动模块4-22实现对汽车液 压控制单元驱动电机的驱动；同时根据采集数据控制低端驱动模块4-23实现对汽车液压 控制单元线性阀与开关阀的驱动；
[0048] CAN模块4-24用于通过CAN总线实现单片机MPC5643L4-28与整车控制器4-1的 通信；
[0049] 模拟信号采集模块4-25用于采集压力传感器采集获得的两路主缸和四路轮缸压 力信号，并发送给单片机MPC5643L4-28 ;
[0050] 数字信号采集模块4-26用于采集传感器采集获得的制动信号和方向盘转向角信 号，并发送给单片机MPC5643L4-28 ;
[0051] 轮速处理模块4-27用于对轮速传感器采集的轮速信号进行处理，并发送给单片 机 MPC5643L4-28。
[0052] 本实施方式中单片机MPC5643L4-28为32位，它能使控制单元处理数据的能力大 大提高，从而能够在多种工况下进行全面测试。
[0053] 本发明的汽车横摆稳定控制系统通过采集车辆传感器信号并经过单片机 MPC5643L4-28-系列的处理及逻辑运算来判断车辆的运动状态及驾驶员的驾驶意图，单片 机MPC5643L4-28判断车辆的运动状态是否跟踪上驾驶员的驾驶意图，如果没有跟综上驾 驶员的驾驶意图，则发出相应的控制信号使车辆跟踪驾驶员的驾驶意图，保证车辆的稳定 性。车辆传感器信号包括：方向盘转向角信号、主缸压力信号、车轮轮缸的制动压力信号、轮 速信号和制动信号。相应的控制信号包括对液压控制单元Hydraulic Control Unit，HCU) 的制动控制信号及轮毂电机驱动扭矩控制信号。
[0054] 本发明所述测试系统在使用时，首先由轮速传感器、制动信号传感器、方向盘转向 角传感器、两路主缸压力传感器和四路轮缸压力传感器采集汽车的实时状态，并发送给单 片机MPC5643L4-28分析处理数据，单片机MPC5643L4-28根据处理结果输出相应的结果给 驱动电机，从而控制汽车的制动力矩，实现汽车安全稳定行驶。
[0055] 为了实现上述处理过程，横摆稳定控制器4-2在软件开发过程中，为方便程序移 植，采用模块化的思想，分为底层、中间层和应用层，如图4所示。
[0056] 其底层包括PLL模块、1C模块、PWM模块、SPI模块、CAN模块和AD模块等；
[0057] 中间层包括轮速处理模块、电磁阀驱动模块、传感器信号采集模块、电机驱动模块 和CAN通信模块等；
[0058] 应用层包括车辆横摆稳定控制算法、压力控制模块、路面附着系数估计模块、车速 估计模块及制动压力估计模块等。
[0059] 下面结合附图1说明本发明的【具体实施方式】，首先C代码生成器1和汽车动力学 模型2 -起构成仿真程序模块3,然后在汽车硬件控制器4的控制下在dSPACE硬件在回路 5中进行硬件在回路仿真测试。C代码生成器1还需要一些汽车状态参数，这些参数是从高 精度汽车动力学模型veDYNA中引出来的，需通过CAN模块发送到驱动程序中。横摆稳定控 制算法需要的一些汽车状态数据，使用CAN模块进行发送或接收，从而运用这些数据计算 所需的制动力矩。制动力矩产生之后，需要将力矩发送到dSPACE端用于仿真汽车制动。
[0060] 按照上述工作原理及工作过程在dSPACE硬件在回路5中测试横摆稳定控制系统， 具体测试内容按表1所示进行，通过测试不同车速不同路面附着系数时的控制效果，可以 对比分析控制算法的性能。选择表中测试条件的具体原因是，车速需要测高速、中速、低速 等情况，路面附着系数0. 4,0. 6,0. 9为典型的三个路面附着系数，而转向角选择正弦符合 汽车转向特点，幅值150°也较为合理。
[0061] 表1测试参数表
[0062]
【权利要求】
1. 一种基于电子控制单元的汽车横摆稳定控制测试系统，其特征在于，它包括C代码 生成器（1)、汽车动力学模型（2)、仿真程序模块（3)、汽车硬件控制器（4)和dSPACE硬件在 回路（5)， C代码生成器（1)用于生成C代码； 汽车动力学模型（2)用于输出汽车控制参数； 仿真程序模块（3)用于根据C代码和汽车控制参数编制仿真程序； 汽车硬件控制器（4)用于根据仿真程序生成仿真测试控制信号； dSPACE硬件在回路（5)用于实现汽车横摆稳定控制系统的测试。
2. 根据权利要求1所述的基于电子控制单元的汽车横摆稳定控制测试系统，其特征在 于，汽车硬件控制器（4)包括整车控制器（4-1)、横摆稳定控制器（4-2)、轮毂电机控制器 (4-3)和轮缸液压控制器（4-4)， 整车控制器（4-1)用于将汽车控制信号发送给轮毂电机控制器（4-3); 横摆稳定控制器（4-2)用于将驱动扭矩控制信号通过CAN总线发送给整车控制器 (4-1);同时发送控制信号给轮缸液压控制器（4-4); 轮毂电机控制器（4-3)用于对汽车轮毂电机进行控制，使汽车轮毂电机输出相应的转 矩； 轮缸液压控制器（4-4)用于控制汽车轮缸。
3. 根据权利要求2所述的基于电子控制单元的汽车横摆稳定控制测试系统，其特征在 于，横摆稳定控制器（4-2)包括电源管理模块（4-21)、高端驱动模块（4-22)、低端驱动模块 (4-23)、CAN模块（4-24)、模拟信号采集模块（4-25)、数字信号采集模块（4-26)、轮速处理 模块（4-27)和单片机 MPC5643L(4-28)， 电源管理模块（4-21)用于为单片机MPC5643L (4-28)提供工作电源； 单片机MPC5643L(4-28)用于通过底层驱动程序控制高端驱动模块（4-22)产生12V电 压并为低端驱动模块（4-23)提供工作电源； 单片机MPC5643L (4-28)还用于根据采集数据控制高端驱动模块（4-22)实现对汽车液 压控制单元驱动电机的驱动；同时根据采集数据控制低端驱动模块（4-23)实现对汽车液 压控制单元线性阀与开关阀的驱动； CAN模块（4-24)用于通过CAN总线实现单片机MPC5643L (4-28)与整车控制器（4-1) 的通信； 模拟信号采集模块（4-25)用于采集压力传感器采集获得的两路主缸和四路轮缸压力 信号，并发送给单片机MPC5643L(4-28); 数字信号采集模块（4-26)用于采集传感器采集获得的制动信号和方向盘转向角信 号，并发送给单片机MPC5643L (4-28); 轮速处理模块（4-27)用于对轮速传感器采集的轮速信号进行处理，并发送给单片机 MPC5643L(4-28)。
【文档编号】G05B23/02GK104090568SQ201410336499
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月15日 优先权日:2014年7月15日
【发明者】庞博升, 许昱涵, 刘志远, 王献林 申请人:哈尔滨工业大学