用于汽车动力学控制仿真系统中的轮速模拟方法及其系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于汽车动力学控制仿真系统中的轮速模拟方法及其系统，包括以下步骤：1)设置轮速模拟系统；2)车辆选型及工况设定，将四个车轮独立轮速发送到整车模拟CAN总线；3)通讯模块接收轮速数据信号，传送给方波发生模块；方波发生模块产生PWM方波信号，发送到齿圈电机驱动器；4)齿圈电机驱动器驱动齿圈电机；5)15位绝对值编码器向齿圈电机驱动器反馈齿圈电机的轮速信息；6)达到预先设定的轮速，进入步骤7)；否则，进入步骤5)；7)对齿圈轮速进行测量，达到预先设定的轮速，进入步骤8)；否则，诊断模块发送诊断消息，实现二次反馈控制后，进入步骤3)；8)霍尔式轮速传感器将轮速信号发送给整车控制器ECU。
【专利说明】
用于汽车动力学控制仿真系统中的轮速模拟方法及其系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种车辆动力学控制【技术领域】，特别是关于一种用于汽车动力学控制仿真系统中的轮速模拟方法及其系统。
【背景技术】
[0002]汽车动力学控制仿真系统试验台支持企业对所开发的ABS(防抱死刹车系统)/ESP(电子稳定程序)控制系统软硬件向待匹配车型上进行台架标定匹配，从而研发ABS/ESP控制下的整车动力学软硬件在环仿真建模技术，ABS/ESP控制算法模块化与自匹配技术，全工况环境、道路、整车动力学状态多信息虚拟现实技术，ABS/ESP全工况模拟与性能检测技术，以及开发多种性能检测的专家评价系统。支撑ABS/ESP控制器与执行机构运行测试的重要条件是获得整车动力学状态传感信号、控制量输出值等参数。因此，试验台需要虚拟各种与实车一致的传感信号与控制信号作为系统信号输入，驱动ABS/ESP控制器与执行机构，进而完成ABS/ESP控制器与执行机构各种匹配、测试、算法标定工作。因为ABS齿圈存在实际轮齿加工误差、传感器间隙不均匀等问题，因此，实车状态下的轮速信号具有波动性，而且会混入各种干扰信号。为了还原实车实际操作环境，汽车动力学控制仿真系统试验台应该能够提供尽可能真实的轮速信号。
【发明内容】
[0003]针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够为轮速传感器提供几近真实的轮速信号，保证整套试验台控制及算法的真实性、可靠性，并且，可以进行系统失效保护相关测试，测试ABS/ESP控制器在轮速异常及轮速传感器失效等工况下的安全性和稳定性的用于汽车动力学控制仿真系统中的轮速模拟方法及其系统。
[0004]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种用于汽车动力学控制仿真系统中的轮速模拟方法，包括以下步骤:1)设置一用于汽车动力学控制仿真系统中的轮速模拟，其包括轮速模拟系统控制器、齿圈电机驱动器、齿圈电机、齿圈、霍尔式轮速传感器和直流稳压电源；所述轮速模拟系统控制器、齿圈电机驱动器、齿圈电机、齿圈和霍尔式轮速传感器使用汽车动力学控制仿真系统的轮速模拟运行柜进行安装定位；所述齿圈电机和齿圈使用齿圈连接盘进行连接；所述直流稳压电源为所述轮速模拟系统控制器和齿圈电机驱动器供电；2)在汽车动力学控制仿真系统的上位机中进行车辆选型及工况设定，上位机控制器根据预置的控制算法实时计算四个车轮独立轮速，并将计算所得数据发送到整车模拟CAN总线；3)轮速模拟系统控制器的通讯模块从整车模拟CAN总线接收上位机轮速数据信号，主控模块实时解析轮速数据，并结合诊断模块传输至主控模块内的反馈控制数据，通过内置算法计算控制用轮速信息并将其传送给方波发生模块；方波发生模块获得精确轮速数值信号及方向信号，通过设置两个16位定时器和一组双功能16位捕获/比较寄存器产生PWM方波信号，将PWM方波信号通过单片机通用1 口发送到齿圈电机驱动器，同时，主控模块向齿圈电机驱动器发送车轮轮速方向信号，实现车轮全工况模拟；4)齿圈电机驱动器接收PWM方波信号及轮速方向信号，并通过位置控制方式驱动齿圈电机；5) 15位绝对值编码器向齿圈电机驱动器反馈齿圈电机的轮速信息；6)齿圈电机驱动器判断齿圈电机的轮速是否达到了预先设定的轮速，如果达到了，则进入步骤7);如果没有达到，则通过齿圈电机驱动器内置的PID调节模块调节转速，进入步骤5);带动实车齿圈，实现对四个车轮独立轮速的精确模拟；7)实车用霍尔式轮速传感器对齿圈轮速进行实时测量，并将测量的轮速信号发送给轮速模拟系统控制器的诊断模块，诊断模块判断齿圈的轮速是否达到预先设定的轮速，如果达到了，则进入步骤8);否则，诊断模块通过通讯模块向上位机发送相关诊断信息；诊断模块将接收到的轮速信号进行解析后与上位机输出的轮速数据信号进行对比，实现二次反馈，生成反馈控制数据，并将反馈控制数据传输至主控模块，进入步骤3) ；8)霍尔式轮速传感器对齿圈的轮速进行测量，将得到的轮速信号发送给整车控制器ECU，使整车控制器ECU获得真实的轮速信号。
[0005]用于汽车动力学控制仿真系统中的轮速模拟方法的轮速模拟系统，它包括轮速模拟系统控制器、齿圈电机驱动器、齿圈电机、齿圈、霍尔式轮速传感器和直流稳压电源；所述轮速模拟系统控制器通过CAN总线接收上位机传输至的由轮速数值信号和轮速方向信号构成的轮速数据信号，并将接收到的轮速数值信号生成PWM方波信号后，输出PWM方波信号和转速方向信号；所述齿圈电机驱动器接收所述轮速模拟系统控制器发送的PWM方波信号及轮速方向信号，通过位置控制方式驱动所述齿圈电机模拟四轮独立轮速；所述齿圈电机带动所述齿圈转动；所述霍尔式轮速传感器采集所述齿圈的轮速信号，并将该轮速信号传输至所述轮速模拟系统控制器，为所述轮速模拟系统控制器提供轮速信号，所述轮速模拟系统控制器诊断实测轮速信号并将诊断信息经CAN总线传输至上位机，同时实现二次反馈控制；所述霍尔式轮速传感器将采集到的轮速信号还传输至整车控制器ECU ;所述直流稳压电源为所述轮速模拟系统控制器和齿圈电机驱动器供电。
[0006]所述齿圈电机驱动器内设置有PID调节模块，所述齿圈电机内设置有绝对值编码器，所述齿圈电机驱动器内置PID调节模块结合所述齿圈电机的绝对值编码器反馈信号进行闭环控制。
[0007]所述轮速模拟系统控制器采用英飞凌公司的汽车级XC2364型16位单片机芯片。
[0008]所述齿圈电机米用无刷直流伺服电机，内置15位绝对值编码器。
[0009]所述齿圈为取自各种车型使用的实车齿圈。
[0010]所述直流稳压电源采用S400型直流稳压电源。
[0011]本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、本发明由于所用关键模拟部件，如齿圈、轮速传感器等，均为实车用部件，模拟再现实车状态下的运行环境，因此，能够为汽车动力学控制仿真系统试验台提供真实的轮速信号，能够真实的模拟轮齿加工误差、传感器间隙不均匀等因素，同时兼具实际轮速信号的波动性，实现了汽车轮速及轮速传感器的硬件在环，大幅度减少了轮速传感器以及整套电子汽车稳定控制系统(ESC)在研发、匹配进程中的工作时间和成本，加快了匹配、测试、算法标定工作进度。2、本发明由于所用齿圈、轮速传感器等部件可根据实际车辆选型匹配，因此，更具有针对性，可以实现对特定车型的测试与标定等工作，也可以模拟轮速传感器失效状态(如轮速信号的短路、断路，轮速传感器安装位置误差)等故障，测试整车控制器ECU(发动机控制器)等的稳定性和安全保障机制。3、本发明由于PWM(脉宽调制)频率范围广，因此适用于多种电机精确控制，便于算法及系统的更新和移植。同时，模拟误差控制在7km/h之内，完全符合ABS等控制器控制精度，满足汽车动力学控制仿真系统的性能指标。4、本发明由于通讯网络为车辆实际CAN总线，因此具有更好的兼容性，符合整车CAN通讯标准，便于汽车动力学控制仿真系统的网络通讯管理。通过内部诊断模块，轮速模拟系统能够实时比对实际模拟轮速与上位机输出的轮速数据信号差异，实现内部二次反馈调节控制，并经由CAN总线向上位机发送诊断信息。本发明可以广泛应用于汽车动力学控制仿真系统中。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明用于汽车动力学控制仿真系统中的轮速模拟系统示意图；
[0013]图2是本发明用于汽车动力学控制仿真系统中的轮速模拟方法流程示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0015]如图1所示，本发明提出的用于汽车动力学控制仿真系统的轮速模拟系统，包括轮速模拟系统控制器1、齿圈电机驱动器2、齿圈电机3、齿圈4、霍尔式轮速传感器5和直流稳压电源6。其中，轮速模拟系统控制器1、齿圈电机驱动器2、齿圈电机3、齿圈4和霍尔式轮速传感器5使用汽车动力学控制仿真系统的轮速模拟运行柜进行安装定位。齿圈电机3和齿圈4使用齿圈连接盘进行连接。
[0016]轮速模拟系统控制器I通过CAN总线接收上位机传输至的由轮速数值信号和轮速方向信号构成的轮速数据信号，并将接收到的轮速数值信号生成PWM方波信号后，输出PWM方波信号和轮速方向信号。齿圈电机驱动器2接收轮速模拟系统控制器I发送的PWM方波信号及轮速方向信号，通过位置控制方式驱动齿圈电机3精确模拟四轮独立轮速。齿圈电机3带动齿圈4转动；霍尔式轮速传感器5采集齿圈4的轮速信号，并将轮速信号传输至轮速模拟系统控制器I，为轮速模拟系统控制器I提供轮速信号，轮速模拟系统控制器I诊断实测轮速信号并将诊断信息经CAN总线传输至上位机，同时实现二次反馈控制；同时霍尔式轮速传感器5将采集到的轮速信号传输至整车控制器ECU。直流稳压电源6为轮速模拟系统控制器I和齿圈电机驱动器2供电。其中，在齿圈电机驱动器2内设置有PID调节模块21，在齿圈电机3内设置有绝对值编码器31，齿圈电机驱动器2内置PID调节模块21结合齿圈电机3的绝对值编码器31反馈信号进行闭环控制，产生精确的轮速信号，保证产生的轮速有很好的跟随性。
[0017]上述实施例中，轮速模拟系统控制器I包括供电模块11、方波发生模块12、通讯模块13、诊断模块14和主控模块15。其中，供电模块11通过对直流稳压电源6输入的电压进行滤波，将输入电压转换为轮速模拟系统控制器I的工作电压，保证轮速模拟系统控制器I正常运行。方波发生模块12通过产生PWM方波，控制齿圈电机3的轮速。通讯模块13通过CAN总线与上位机进行数据交换，接收上位机发送的轮速数据信号并将其传输给主控模块15，同时，向上位机发送诊断模块14生成的诊断信息等。诊断模块14接收霍尔式轮速传感器5发送的信号，并将信号进行解析后对比上位机输出的轮速数据信号，生成诊断信息，同时实现二次反馈控制。主控模块15用于监控方波发生模块12、通讯模块13和诊断模块14的正常运行，同时，综合各种信号(如上位机数据信号、二次反馈控制数据)，通过算法实现优化控制。
[0018]上述各实施例中，主控模块15采用英飞凌公司的汽车级XC2364型16位单片机芯片。该单片机芯片的CAPCOM模块组成方波发生模块11，首先，主控模块15解析上位机发送的轮速数值信息，通过设置单片机内部CAPCOM模块，配置控制用PWM方波。其中，PWM方波的产生采用独立内置计时器单元提供基准频率，产生的方波频率最高可达40MHz，精度为25ns，完全满足控制需求。其次，主控模块15解析上位机发送的轮速方向信息，通过单片机的通用1 口(输入输出口)向齿圈电机驱动器2发送轮速方向信号。最后，诊断模块14接收霍尔式轮速传感器5的实测轮速信号，经解析后对比上位机输出的轮速控制信号，经通讯模块13发送诊断信息，同时生成反馈控制数据发送给主控模块15，最终实现二次反馈控制。
[0019]上述各实施例中，齿圈电机3米用无刷直流伺服电机，内置15位绝对值编码器31,可提供精确的位置反馈信息用于闭环控制。
[0020]上述各实施例中，齿圈4取自不同车型使用的实车齿圈，满足对不同车型的模拟。
[0021]上述各实施例中，直流稳压电源6采用S400型直流稳压电源。
[0022]如图2所示，本发明用于汽车动力学控制仿真系统的轮速模拟方法，包括以下步骤:
[0023]I)在汽车动力学控制仿真系统的上位机中进行车辆选型及工况(包括传感器失灵等工况)设定，上位机中控制器根据预置的控制算法实时计算四个车轮独立轮速，并将计算所得数据发送到整车模拟CAN总线；
[0024]2)轮速模拟系统控制器I的通讯模块13从整车模拟CAN总线接收上位机轮速数据信号，主控模块15实时解析轮速数据，并结合诊断模块14传输至主控模块15内的反馈控制数据，通过内置算法计算控制用轮速信息并将其传送给方波发生模块12 ;方波发生模块12获得精确轮速数值信号及方向信号，通过设置两个16位定时器(T0/T1，T7/T8)和一组(16个)双功能16位捕获/比较寄存器(CCy)等寄存器，实现PWM方波的产生，将PWM方波通过单片机通用1 口发送到齿圈电机驱动器2，与此同时，主控模块15向齿圈电机驱动器2发送车轮轮速方向信号,实现车轮全工况模拟；
[0025]3)齿圈电机驱动器2接收PWM方波信号及轮速方向信号，并通过位置控制方式驱动齿圈电机3 ;
[0026]4) 15位绝对值编码器31向齿圈电机驱动器2反馈齿圈电机3的轮速信息；
[0027]5)齿圈电机驱动器2判断齿圈电机3的轮速是否达到了预先设定的轮速，如果达到了，则进入步骤6);如果没有达到，则通过齿圈电机驱动器2内置的PID调节模块调节转速，进入步骤4);从而带动实车齿圈4，实现对四个车轮独立轮速的精确模拟；
[0028]6)实车用霍尔式轮速传感器5对齿圈4轮速进行实时测量，并将测量的轮速信号发送给轮速模拟系统控制器I的诊断模块14，诊断模块14判断齿圈4的轮速是否达到预先设定的轮速，如果达到了，则进入步骤7);否则，诊断模块14通过通讯模块13向上位机发送相关诊断信息；诊断模块14将接收到的轮速信号进行解析后与上位机输出的轮速数据信号进行对比，实现二次反馈，生成反馈控制数据，并将反馈控制数据传输至主控模块15，进入步骤2)；
[0029]7)霍尔式轮速传感器5对齿圈4的轮速进行测量，将得到的轮速信号发送给整车控制器ECU，使整车控制器ECU获得真实的轮速信号。
[0030]上述各实施例仅用于说明本发明，其中各个步骤都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
【权利要求】
1.一种用于汽车动力学控制仿真系统中的轮速模拟方法，包括以下步骤: 1)设置一用于汽车动力学控制仿真系统中的轮速模拟，其包括轮速模拟系统控制器、齿圈电机驱动器、齿圈电机、齿圈、霍尔式轮速传感器和直流稳压电源；所述轮速模拟系统控制器、齿圈电机驱动器、齿圈电机、齿圈和霍尔式轮速传感器使用汽车动力学控制仿真系统的轮速模拟运行柜进行安装定位；所述齿圈电机和齿圈使用齿圈连接盘进行连接；所述直流稳压电源为所述轮速模拟系统控制器和齿圈电机驱动器供电； 2)在汽车动力学控制仿真系统的上位机中进行车辆选型及工况设定，上位机控制器根据预置的控制算法实时计算四个车轮独立轮速，并将计算所得数据发送到整车模拟CAN总线.3)轮速模拟系统控制器的通讯模块从整车模拟CAN总线接收上位机轮速数据信号，主控模块实时解析轮速数据，并结合诊断模块传输至主控模块内的反馈控制数据，通过内置算法计算控制用轮速信息并将其传送给方波发生模块；方波发生模块获得精确轮速数值信号及方向信号，通过设置两个16位定时器和一组双功能16位捕获/比较寄存器产生PWM方波信号，将PWM方波信号通过单片机通用1 口发送到齿圈电机驱动器，同时，主控模块向齿圈电机驱动器发送车轮轮速方向信号，实现车轮全工况模拟； 4)齿圈电机驱动器接收PWM方波信号及轮速方向信号，并通过位置控制方式驱动齿圈电机； 5)15位绝对值编码器向齿圈电机驱动器反馈齿圈电机的轮速信息； 6)齿圈电机驱动器判断齿圈电机的轮速是否达到了预先设定的轮速，如果达到了，则进入步骤7);如果没有达到，则通过齿圈电机驱动器内置的PID调节模块调节转速，进入步骤5);带动实车齿圈，实现对四个车轮独立轮速的精确模拟； 7)实车用霍尔式轮速传感器对齿圈轮速进行实时测量，并将测量的轮速信号发送给轮速模拟系统控制器的诊断模块，诊断模块判断齿圈的轮速是否达到预先设定的轮速，如果达到了，则进入步骤8);否则，诊断模块通过通讯模块向上位机发送相关诊断信息；诊断模块将接收到的轮速信号进行解析后与上位机输出的轮速数据信号进行对比，实现二次反馈，生成反馈控制数据，并将反馈控制数据传输至主控模块，进入步骤3)； 8)霍尔式轮速传感器对齿圈的轮速进行测量，将得到的轮速信号发送给整车控制器E⑶，使整车控制器E⑶获得真实的轮速信号。
2.实现如权利要求1所述用于汽车动力学控制仿真系统中的轮速模拟方法的轮速模拟系统，其特征在于:它包括轮速模拟系统控制器、齿圈电机驱动器、齿圈电机、齿圈、霍尔式轮速传感器和直流稳压电源；所述轮速模拟系统控制器通过CAN总线接收上位机传输至的由轮速数值信号和轮速方向信号构成的轮速数据信号，并将接收到的轮速数值信号生成PWM方波信号后,输出PWM方波信号和转速方向信号；所述齿圈电机驱动器接收所述轮速模拟系统控制器发送的PWM方波信号及轮速方向信号，通过位置控制方式驱动所述齿圈电机模拟四轮独立轮速；所述齿圈电机带动所述齿圈转动；所述霍尔式轮速传感器采集所述齿圈的轮速信号，并将该轮速信号传输至所述轮速模拟系统控制器，为所述轮速模拟系统控制器提供轮速信号，所述轮速模拟系统控制器诊断实测轮速信号并将诊断信息经CAN总线传输至上位机，同时实现二次反馈控制；所述霍尔式轮速传感器将采集到的轮速信号还传输至整车控制器ECU;所述直流稳压电源为所述轮速模拟系统控制器和齿圈电机驱动器供电。
3.如权利要求2所述的用于汽车动力学控制仿真系统中的轮速模拟系统，其特征在于:所述齿圈电机驱动器内设置有PID调节模块，所述齿圈电机内设置有绝对值编码器，所述齿圈电机驱动器内置PID调节模块结合所述齿圈电机的绝对值编码器反馈信号进行闭环控制。
4.如权利要求2所述的用于汽车动力学控制仿真系统中的轮速模拟系统，其特征在于:所述轮速模拟系统控制器采用英飞凌公司的汽车级XC2364型16位单片机芯片。
5.如权利要求3所述的用于汽车动力学控制仿真系统中的轮速模拟系统，其特征在于:所述轮速模拟系统控制器采用英飞凌公司的汽车级XC2364型16位单片机芯片。
6.如权利要求2或3或4或5所述的用于汽车动力学控制仿真系统中的轮速模拟系统，其特征在于:所述齿圈电机采用无刷直流伺服电机，内置15位绝对值编码器。
7.如权利要求2或3或4或5所述的用于汽车动力学控制仿真系统中的轮速模拟系统，其特征在于:所述齿圈为取自各种车型使用的实车齿圈。
8.如权利要求6所述的用于汽车动力学控制仿真系统中的轮速模拟系统，其特征在于:所述齿圈为取自各种车型使用的实车齿圈。
9.如权利要求2或3或4或5或8所述的用于汽车动力学控制仿真系统中的轮速模拟系统，其特征在于:所述直流稳压电源采用S400型直流稳压电源。
10.如权利要求6所述的用于汽车动力学控制仿真系统中的轮速模拟系统，其特征在于:所述直流稳压电源采用S400型直流稳压电源。
【文档编号】G05B17/02GK104360604SQ201410662609
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】李亮, 刘力福, 冉旭, 赵洵, 李晨风 申请人:清华大学