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汽车线控转向系统经济型硬件在环平台及测试方法技术方案

技术编号:24330239 阅读:34 留言:0更新日期:2020-05-29 19:21
本发明专利技术涉及汽车线控转向系统经济型硬件在环平台及测试方法,属于汽车线控技术领域,包括上位机、与所述上位机信号连接的单板计算机,还包括设置有汽车转向系统的台架平台;所述汽车转向系统包括转向电机,转向电机的转子通过减速器、联轴器与转向器相连;所述转向器通过转向拉杆与齿轮齿条相连,所述齿轮齿条与磁粉制动器相连,所述磁粉制动器用于模拟转向过程中的转向阻力;电机控制器:与上位机、转向电机连接,用于控制转向电机转动;与转向电机连接的增量式编码器,与增量式编码器和上位机连接的多功能数据采集卡:以测量转向电机转角信号,用于转向电机闭环控制;可编程电源:与上位机、磁粉制动器连接,用于控制磁粉制动器的力矩。

Economic hardware in the loop platform and test method of automobile steer by wire system

【技术实现步骤摘要】
汽车线控转向系统经济型硬件在环平台及测试方法
本专利技术属于汽车线控
,涉及一种汽车线控转向系统经济型硬件在环平台及测试方法。
技术介绍
随着社会对节能减排的需求及能源焦虑带来的压力,新能源汽车成为汽车行业的未来发展方向,不同能源类型、不同驱动形式的汽车得到了汽车行业的深入研究,线控技术即是其中的热门领域。线控转向技术是指取消转向系统的机械传动机构,通过各种线束控制转向电机的技术。该技术的优点有:(1)安全,取消转向管柱等机械结构,可以防止碰撞时,转向系统机械结构侵入驾驶室伤人;(2)便捷,由于线控转向采用电子控制,因此可在转向命令上方便的叠加助力转向或主动前轮转向命令,以实现助力或稳定性控制,而不需要增加额外的辅助电机;(3)经济,取消机械传动机构有利于降低整车质量,降低能耗;(4)响应快,由于电机的响应速度明显快于机械传动系统,因此可以提高转向系统的响应速度,增强安全性。随着线控转向技术的发展,对其控制方法的硬件验证需求也越来越大,采用模拟仿真的验证方法只能验证控制算法在特定软件环境中的有效性,无法说明控制方法的实时性及执行器执行的有效性,而转向系统是对汽车稳定性影响非常大的系统,如果采用实车验证的方式则存在较大的风险,因此需要一种能够验证控制算法实时性及转向电机输出准确性的方法。硬件在环测试便是这样一种方法,该方法采用部分实物硬件,控制算法运行于控制器原型中,而整车采用虚拟软件进行模拟,可以对线控转向系统进行实时验证。目前行业中使用的硬件在环设备多采用上下位机的布置,上位机进行参数设置及控制算法的代码生成,下位机运行整车模型,控制器原型与下位机通讯以验证控制算法的有效性,上述布置中的下位机供应多被国外公司垄断,市场价格在十几万至几百万人民币之间,并且受限于下位机供货商的支持力度,当扩展试验台架的测试功能时,需要从同一供货商处购买昂贵的配套板卡,因此上下位机布置的设备存在价格高昂,体积较大,扩展成本高等缺点。因此提出一种成本低、易扩展、体积小的线控转向硬件在环设备是有必要的。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术的目的在于提供一种汽车线控转向系统经济型硬件在环平台及测试方法,能够对汽车线控转向系统进行硬件在环测试,采用低成本的单板计算机作为控制器原型,只采用上位机对硬件及软件进行集成,取消了下位机布置,采用MATLAB/Simulink提供的丰富的硬件支持包及电脑接口对硬件设备进行支持,扩大了数据采集卡、CAN卡等扩展硬件的供应商的选择范围,可以在满足测试需求的前提下选择性价比高的硬件供应商,实现了低成本的硬件在环测试台架的搭建,并能灵活实现模型在环、软件在环、硬件在环测试。为达到上述目的,本专利技术提供如下技术方案:一方面,本专利技术提供一种汽车线控转向系统经济型硬件在环平台,包括上位机、与所述上位机信号连接的单板计算机,还包括设置有汽车转向系统的台架平台;所述汽车转向系统包括转向电机,转向电机的转子通过减速器、联轴器与转向器相连;所述转向器通过转向拉杆与齿轮齿条相连,所述齿轮齿条与磁粉制动器相连,所述磁粉制动器用于模拟转向过程中的转向阻力;还包括:电机控制器:与上位机、转向电机连接,用于控制转向电机转动;与转向电机连接的增量式编码器,与增量式编码器和上位机连接的多功能数据采集卡:以测量转向电机转角信号,用于转向电机闭环控制;可编程电源:与上位机、磁粉制动器连接,用于控制磁粉制动器的力矩。进一步,还包括CAN卡:与上位机连接,所述上位机将转向电机控制信号转换为CAN信号发送至CAN卡;CAN转485模块:与CAN卡连接,用于将CAN卡发送的CAN信号转换为RS485总线信号;还通过485转USB模块与上位机连接,用于实现上位机对CAN总线中数据的实时监控和追溯;所述可编程电源与电机控制器均通过RS485总线与CAN转485模块连接,再经CAN卡与上位机连接。进一步,所述上位机通过MATLAB/Simulink软件作为硬件支持的集成环境,利用MATLAB/Simulink的SimulinkDesktopReal-Time工具箱中的Real-TimeSynchronization实时模块,构建上位机实时运行环境;使用MATLAB/Simulink进行控制算法的代码生成;基于CarSim软件搭建整车动力学模型和行驶环境模型,并使其运行于中上位机中;通过串口调试工具对CAN总线中的数据进行监控。进一步,所述CAN卡通过USB线与上位机连接,上位机通过MATLAB\Simulink中VehicleNetworkToolbox工具箱实现CAN数据的实时收发,将上位机中的转向电机控制信号转换为CAN信号传递到CAN卡;CAN卡通过双绞线与CAN转485模块相连,CAN转485模块将接收到的CAN信号转换为MODBUS_RTU协议下的RS485总线信号;CAN转485模块通过485转USB模块与上位机相连,通过上位机中的串口调试软件实现对CAN总线中数据的实时监控和追溯;电机控制器通过三相导线与转向电机相连,控制转向电机转动。进一步,所述单板计算机为树莓派3B+,所述CAN卡为KvaserCAN卡。另一方面,本专利技术提供一种汽车线控转向系统实时硬件在环测试方法,包括以下步骤:S1:模型在环测试:在上位机的CarSim软件中建立整车动力学模型,在Simulink中编写线控转向控制算法;在上位机的MATLAB/Simulink环境下进行模拟仿真,验证所设计控制算法的有效性,然后评估该仿真结果是否符合控制要求,若不符合控制要求,则对控制算法进行调整,若符合要求则进行下一步的软件在环测试;S2:软件在环测试:设置单板计算机与上位机的以太网传输协议,在上位机模型中加入SimulinkDesktopReal-Time工具箱中的Real-TimeSynchronization实时模块,实现上位机模型的实时运行,对步骤S1中的控制算法模型单独建模,以External模式运行控制器模型,将其生成的代码部署到单板计算机中,然后运行上位机的整车模型,将控制器所需信息通过以太网线传递到单板计算机,通过上位机数据触发单板计算机中控制算法运行的方式,实现上位机与下位机的时钟同步;验证控制算法是否能够满足控制需求,若不满足,则修正控制算法;若满足则进行硬件在环测试;S3:硬件在环测试:在上位机的Simulink中添加VehicleNetworkToolbox提供的CAN通讯模块,实现上位机模型转向命令的输出;在Simulink中添加DataAcquisitionToolbox提供的数据采集模块,通过多功能数据采集卡的差分信号采集模式,采集增量式编码器的脉冲信号,通过数据变换得到转向电机的转角信号,实现对电机转角的闭环反馈调节;单板计算机与上位机的连接方式及设置与步骤S2相同。进一步,步骤S3中,所述硬件在环测试的具体实施流程为:上位机中实时运行整车模型及驾驶员模型,整车模型中输出模拟传感器信号,将其通过以太网线实时传本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种汽车线控转向系统经济型硬件在环平台,其特征在于:包括上位机、与所述上位机信号连接的单板计算机,还包括设置有汽车转向系统的台架平台;/n所述汽车转向系统包括转向电机,转向电机的转子通过减速器、联轴器与转向器相连;所述转向器通过转向拉杆与齿轮齿条相连,所述齿轮齿条与磁粉制动器相连,所述磁粉制动器用于模拟转向过程中的转向阻力;还包括:/n电机控制器:与上位机、转向电机连接,用于控制转向电机转动;/n与转向电机连接的增量式编码器,与增量式编码器和上位机连接的多功能数据采集卡:以测量转向电机转角信号,用于转向电机闭环控制;/n可编程电源:与上位机、磁粉制动器连接,用于控制磁粉制动器的力矩。/n

【技术特征摘要】
1.一种汽车线控转向系统经济型硬件在环平台,其特征在于:包括上位机、与所述上位机信号连接的单板计算机,还包括设置有汽车转向系统的台架平台;
所述汽车转向系统包括转向电机,转向电机的转子通过减速器、联轴器与转向器相连;所述转向器通过转向拉杆与齿轮齿条相连,所述齿轮齿条与磁粉制动器相连,所述磁粉制动器用于模拟转向过程中的转向阻力;还包括:
电机控制器:与上位机、转向电机连接,用于控制转向电机转动;
与转向电机连接的增量式编码器,与增量式编码器和上位机连接的多功能数据采集卡:以测量转向电机转角信号,用于转向电机闭环控制;
可编程电源:与上位机、磁粉制动器连接,用于控制磁粉制动器的力矩。


2.根据权利要求1所述的汽车线控转向系统经济型硬件在环平台,其特征在于:还包括
CAN卡:与上位机连接,所述上位机将转向电机控制信号转换为CAN信号发送至CAN卡;
CAN转485模块:与CAN卡连接,用于将CAN卡发送的CAN信号转换为RS485总线信号;还通过485转USB模块与上位机连接,用于实现上位机对CAN总线中数据的实时监控和追溯;
所述可编程电源与电机控制器均通过RS485总线与CAN转485模块连接,再经CAN卡与上位机连接。


3.根据权利要求2所述的汽车线控转向系统经济型硬件在环平台,其特征在于:所述上位机通过MATLAB/Simulink软件作为硬件支持的集成环境,利用MATLAB/Simulink的SimulinkDesktopReal-Time工具箱中的Real-TimeSynchronization实时模块,构建上位机实时运行环境;使用MATLAB/Simulink进行控制算法的代码生成;基于CarSim软件搭建整车动力学模型和行驶环境模型,并使其运行于中上位机中;通过串口调试工具对CAN总线中的数据进行监控。


4.根据权利要求3所述的汽车线控转向系统经济型硬件在环平台,其特征在于:所述CAN卡通过USB线与上位机连接,上位机通过MATLAB\Simulink中VehicleNetworkToolbox工具箱实现CAN数据的实时收发,将上位机中的转向电机控制信号转换为CAN信号传递到CAN卡;
CAN卡通过双绞线与CAN转485模块相连,CAN转485模块将接收到的CAN信号转换为MODBUS_RTU协议下的RS485总线信号;CAN转485模块通过485转USB模块与上位机相连,通过上位机中的串口调试软件实现对CAN总线中数据的实时监控和追溯;电机控制器通过三相导线与转向电机相连,控制转向电机转动。


5.根据权利要求1-4任一所述的汽车线控转向系统经济型硬件在环平台,其特征在于:所述单板计算机为树莓派3B+,所述CAN卡为KvaserCAN卡。


6.一种汽车线控转向系统实时硬件在环测试方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1:模型在环测试:在上位机的Car...

【专利技术属性】
技术研发人员:卢少波张博涵
申请(专利权)人:重庆大学
类型:发明
国别省市:重庆;50

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