一种汽车底盘在环仿真系统的制作方法

本实用新型涉及汽车制动系统仿真领域，尤其涉及一种汽车底盘在环仿真系统。

背景技术：

近年来，随着电子制动系统在车辆上的应用越来越广泛，车辆各方向稳定性显著增强，控制性能，安全性和舒适度都得到了极大的提高。而正因为车辆电子制动系统的重要性，对这车辆安全电控系统的研究和开发至关重要。所以，对于这些电控设别的实验验证环节就显得尤为关键了。

目前，比较传统的研发方式采用实车试验作为系统验证和测试的手段，但仅仅采用实车测试的方式则存在诸多问题，其每次操作的实验条件难以保证一致，实车测试的方式不具有可复现性，实车测试危险系数高，实车测试成本高，因此，使用硬件在环仿真试验平台开发车辆电子系统势在必行。

目前主流的硬件在环仿真平台的搭建主要由上位机、下位机组成。上位机用于仿真数据的监控，下位机一般由仿真工控主机，各种数据板卡和轮速信号发生单元组成。工控主机用于建立车辆，轮胎，道路模型，主机将模型的实时运行状态信息通过各种数据板卡输出给车辆电控单元(ecu)和pc主机，并同时采集电控单元的响应，作为模型的输入参数，形成闭环仿真。但是，上述系统都不备开环仿真的能力，所谓开环仿真，意思是在不建立车辆模型的前提下，车辆控制器对预先设计的固定输入做出响应，而响应的结果不影响这些输入数据。例如，当研发人员采集到了某次实车数据，需要在仿真平台复现这次的实验场景，并在平台上观察控制器对该次实验数据的响应时，此时可以选择开环仿真。因此，提供一种支持开环仿真模式的在环仿真系统，是目前汽车制动系统仿真领域值得探究的问题。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种汽车底盘在环仿真系统，能够支持闭环、开环仿真的功能。

本实用新型的目的采用如下技术方案实现：

一种汽车底盘在环仿真系统，包括pc主机、仿真数据处理单元及制动仿真机构；所述pc主机用于运行车辆动力学仿真模型，与所述仿真数据处理单元进行仿真数据交换；所述仿真数据处理单元包括can通讯模块、气压采集模块及轮速脉冲发送模块；所述can通讯模块一端与所述pc主机通信连接，所述can通讯模块另一端与所述制动仿真机构的转向角传感器通信连接；所述气压采集模块一端与所述pc主机通信连接，所述气压采集模块另一端与所述制动仿真机构的分泵压力传感器通信连接；所述轮速脉冲发送模块一端与所述pc主机通信连接，所述轮速脉冲发送模块另一端与所述制动仿真机构的ecu通信连接；所述仿真数据处理单元包括sd卡存储模块，所述sd卡存储模块分别与所述can通讯模块、所述轮速脉冲发送模块通信连接；所述sd卡存储模块用于存储实车数据，进行开环仿真。

进一步地，所述轮速脉冲发送模块的电路包括传感器断路开关及传感器对地断路开关，所述传感器断路开关及传感器对地断路开关用于模拟轮速脉冲发送模块失效情况下的仿真情况。

进一步地，所述仿真数据处理单元还包括轮速脉冲采集模块，所述轮速脉冲采集模块用于采集实车数据的轮速，并存储于所述sd卡存储模块。

进一步地，所述仿真数据处理单元还包括串口通讯模块，所述can通讯模块、所述气压采集模块及所述轮速脉冲发送模块均通过所述串口通讯模块与所述pc主机通信连接。

进一步地，所述串口通讯模块通过串口转蓝牙模块与所述pc主机通信连接。

进一步地，所述pc主机包括simulink模型，用于可视化显示仿真结果。

进一步地，所述分泵压力传感器安装于分泵的气压管路处。

进一步地，所述转向角传感器安装于方向盘轴处。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的一种汽车底盘在环仿真系统，通过pc主机运行车辆动力学仿真模型，与仿真数据处理单元进行仿真数据交换，通过仿真模型数据的输入输出实现闭环仿真；又通过仿真数据处理单元的sd卡存储模块存储实车数据，实车数据通过处理发送至制动仿真机构，并将返回的仿真结果上传至pc主机，实现开环仿真。进而使得在环仿真系统兼具开环、闭环仿真功能，仿真功能多样化，以适应不同情况的仿真需求。

附图说明

图1为实施例一种汽车底盘在环仿真系统结构连接示意图；

图2为图1在环仿真系统的开环仿真数据采集阶段示意图；

图3为图1在环仿真系统的开环仿真数据还原示意图；

图4为图1在环仿真系统的制动仿真执行机构连接示意图；

图5为图1在环仿真系统的轮速脉冲发送模块的电路图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1所示的一种汽车底盘在环仿真系统，包括pc主机、仿真数据处理单元及底盘制动仿真机构，pc主机用于运行车辆动力学仿真模型，与仿真数据处理单元进行仿真数据交换，发送仿真模型输出数据至仿真数据处理单元；仿真数据处理单元用于接收并处理仿真模型输出数据，将仿真模型输出数据发送至制动仿真机构，接收制动仿真机构返回的仿真结果，将仿真结果作为仿真模型输入数据上传至pc主机；仿真数据处理单元包括sd卡存储模块，sd卡存储模块存储有实车数据；仿真数据处理单元还用于将实车数据处理并发送至制动仿真机构进行开环仿真，接收制动仿真机构返回的仿真结果，将仿真结果上传至pc主机。

本实施例的在环仿真系统，旨在通过pc主机运行车辆动力学仿真模型，实现闭环仿真。此外，由于在实车数据需要在仿真平台复现实验场景时，需要通过开环仿真实现，所以通过设置sd卡存储模块，将实车数据采集后存储在其中，用于实车数据的开环仿真。

pc主机、仿真数据处理单元放置于工控箱箱体内，pc主机通过rs232异步串行通讯方式与蓝牙模块通讯，蓝牙模块将信号发送给仿真数据处理单元。制动仿真机构方面，压力传感器安装于接近分泵的气压管路上并通过信号线与仿真数据处理单元连接，用于返回分泵压力数据；转向角传感器、仿真数据处理单元以及待仿真的车辆电子控制器(ecu)通过can总线相互连接。其中，pc主机系统运行车辆动力学仿真模型，此外pc机通过蓝牙设置仿真数据处理单元的仿真参数，仿真参数包括目标车辆的轮胎组号和can通讯协议，轮胎组号由轮胎周长和传感器齿数比值决定，can(controllerareanetwork，控制器局域网络)通讯主要包括波特率，标准/扩展帧，发送及接收数据的id号，数据的起始字节及长度，数据分辨率，摩托罗拉/英特尔格式。仿真数据处理单元是仿真设备数据流的节点，该装置集成了can收发功能，异步串行通讯功能，轮速脉冲发生功能，压力信号采集功能，整个电路是额定电压为24v的电路板。can通讯模块用于接收转向角传感器作为仿真模型输入数据，并发送车辆横摆率及加速度作为系统仿真模型输出数据，该模块通过pc主机预先设置好的can通信参数进行数据的接收、处理和发送。串行通信模块的功能是通过蓝牙中继与pc主机进行仿真数据交换，数据内容包括车速，加速度信号，分泵气压，转向角信号等仿真模型输入、输出数据。轮速脉冲发生模块根据仿真系统模拟的车速和预先设置的车辆轮胎组号计算所需的轮速脉冲频率，并将脉冲信号发送给车辆电控单元的车速传感器模块，作为系统仿真模型的输出参数。压力传感器模块采集分泵压力，作为系统模型的输入参数。通过上述结构连接实现闭环仿真。

而在开环仿真模式下，系统的工作需要分为两阶段，第一步是数据采集，第二部是数据还原。当处在数据采集阶段，如图2所示，通过将仿真数据处理单元安放于实车上，将实车的轮速传感器信号线与仿真数据处理单元的轮速采集接口连接，将转向角传感器(sas)和车辆横摆率传感器(yrs)的can信号线与仿真数据收装置的can模块接口连接，并进行实车的试验，此时，仿真数据处理单元将自动采集轮速信号、车辆加速度信号和方向盘转角信号，并自动保存在sd卡中。在数据还原阶段，如图3所示，将仿真数据处理单元从车辆上取出，接入仿真台架，此时系统将sd卡中存储的实车采样信号发送出来，完成车辆制动电控系统的开环仿真，此时系统的pc将不需要运行仿真模型，只需显示仿真结果即可。

制动仿真执行机构如图4所示，其连接方式应根据待测目标车辆的实际底盘结构做细微调整，整体结构不会发生太大变化，气泵，储气桶，相关电磁阀，分泵按照车辆底盘气路结构进行连接，压力传感器安装于靠近分泵的气路管路图，转向角传感器(sas)直接安装在方向盘轴上。

在闭环仿真模式下，由仿真模型提供仿真数据。pc机负责运行车辆动力学模型，并与仿真数据处理单元进行数据交换，同时显示仿真过程和仿真结果。仿真数据处理单元与的轮速信号发生模块和电子控制单元(ecu)的轮速传感器信号输入接口连接，仿真数据处理单元的气压采集模块接收分泵压力信号。can(controllerareanetwork，控制器局域网络)通讯模块负责发送横摆率、加速度数据以及接收转向角数据。系统的工作流程是这样的，当pc机开始运行仿真模型，仿真系统的当前参数会通过仿真硬件系统发送到车辆制动电控单元(ecu)，电控单元会根据收到的仿真系统发送来的数据做出反应，如对各轮缸压力进行调节，调节的执行机构为电磁阀，调节的结果为各分泵气压。仿真数据处理单元将采集分泵压力，并回送给pc主机的车辆仿真模型，构成实时闭环仿真回路。pc主机将替代传统的下位机运行车辆动力学模型，新设计的仿真数据处理单元将集成多种数据收发功能以替代各种数据板卡和轮速发生装置。

仿真系统的气路结构如图4所示，实线所画的除转向角传感器外，均为气路连接(转向角传感器与方向盘为刚性连接)，虚线所画的为电路连接，主要方式是can网络通信。空气压缩机用于产生制动气压，储气桶存储的气压上限为10mpa，气压通过脚踏板(脚阀)和电磁阀作用于分泵。压力传感器用于采集分泵气压，其可将0-10mpa的气压值映射到0.5-5v的电压区间，电压信号将传给仿真信号处理装置。转向角传感器(sas)安装于方向盘轴上，量程为正负1440°，方向盘转角信号通过can通讯发送给仿真信号处理装置和车辆电控单元(ecu)，通讯采用250k/500k波特率标准帧。底盘系统中，方向盘和脚踏板受司机控制，是司机在环仿真的信号输入接口。电磁阀受车辆电控单元(ecu)的控制，是控制器在环的信号输入接口。压力传感器采集电控单元(ecu)控制的结果作为仿真系统的反馈信号，由此仿真系统完成闭环仿真。

pc主机运行车辆动力学模型，将模型的输出数据，包括每个轮的轮速，车辆横摆率，侧向加速度发送给仿真处理硬件，并接受来自仿真处理硬件采集的分泵压力和转向角数据作为模型输入参数。pc主机的车辆动力学模型使用车辆仿真软件和simulink模型的联合仿真。并且，除了硬件在环仿真，根据实际需要，系统可以切换为静态开环仿真工作模式。

如图2、图3所示，当处于开环仿真模式的信号采集阶段，实车信号通过轮速脉冲采集模块和can通讯模块将信号存储在sd卡中。当处于信号还原阶段时，此时仿真数据流全部来源于存储在sd卡中的预先存储的实车数据，而无需运行pc主机中的车辆模型。

此外，pc主机可以通过软件设置仿真处理装置的仿真参数，这些参数主要包括can通信参数和轮胎组好参数两种。can通讯参数通讯波特率，标准/扩展帧，发送及接收数据的id号，数据的起始字节及长度，数据分辨率，摩托罗拉/英特尔格式。轮胎参数则是轮胎的周长和半径。这些参数被发送给仿真数据处理单元后，会被存于仿真数据处理单元eeprom中，并影响生成轮速脉冲频率，can网络的通讯等等。在can通讯的设置，和轮速脉冲的发生的过程中，这些配置参数都影响系统的正常运行。在实际情况下，车辆电控单元(ecu)采集车辆的轮速时，往往通过轮速传感器来采集，轮速传感器是安装于车辆轮轴处的一种特殊传感器，利用法拉第电磁感应原理，在轮胎转动时轮速传感器会产生电压脉冲信号，车速越快，则脉冲频率越高。因此仿真系统需要将车速信号模拟成轮速脉冲信号发送给电控单元。轮速脉冲发送模块就是实现这个功能。图5是轮速脉冲发生电路的电路图，pwmx网络标号发送的脉冲信号，经过电阻和电容隔离，在fl_g、fr_g、rl_g、rr_g发送给车辆电子控制单元(ecu)，开关s1可以模拟传感器断路的情况，开关s2可以模拟传感器对地短路的情况。在实际车辆运行过程中，传感器可能因为各种原因而出现故障，而车辆电控单元要保证车辆部分功能处于失效模式下系统整体仍然保证车辆安全。因此，本电路设计了开关s1，s2来制造相应的传感器故障，使本仿真系统具有对车辆控制器(ecu)处于传感器失效模式下的仿真能力。

本实施例的汽车底盘在环仿真系统，通过pc主机运行车辆动力学仿真模型，与仿真数据处理单元进行仿真数据交换，通过仿真模型数据的输入输出实现闭环仿真；又通过仿真数据处理单元的sd卡存储模块存储实车数据，实车数据通过处理发送至制动仿真机构，并将返回的仿真结果上传至pc主机，实现开环仿真。同时还具备传感器失效的仿真能力。进而使得在环仿真系统兼具开环、闭环仿真功能，仿真功能多样化，以适应不同情况的仿真需求。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。