基于xPC的驾驶员辅助系统硬件在环仿真试验台

基于xPC的驾驶员辅助系统硬件在环仿真试验台

中国机械工程第18卷第16期2007年8

月下半月

基于xPC的驾驶员辅助系统硬件在环仿真试验台

李升波　王建强　李克强

清华大学汽车安全与节能国家重点实验室,北京,100084

摘要:研发了基于xPC技术的驾驶员辅助系统硬件在环仿真试验台,以解决目前此类试验台开发

成本高、难度大的问题。在基于xPC的总体方案基础上,建立了模块化的仿真模型,采用S函数驱动GUI界面的方法,解决了对硬件在环仿真过程进行实时监控的问题。使用表明,该试验台具备较好的驾驶员在环仿真功能,能够对驾驶员辅助系统的软硬件进行验证与评价。

关键词:主动安全;硬件在环;驾驶员辅助;xPC中图分类号:TP337　　　文章编号:1004—132X(2007)16—2012—04

xPCTechniqueBasedHardware-In-the-LoopSystems

LiShengbo　StateKeyLaboratoryofUniversity,Beijing,100084Abstract:InthecostandtechnicaldifficultiesofexistingHard2ware-In-the-,anxPCtechniquebasedHILsimulatorfordriverassistancesystems(DAS)Onthebasisofdesigningitssystemconfiguration,thesimulationmodelwasconstructedbyutilizingmodularmodelingmethod,andgraphicaluserinterfacedrivenbyS-functiontechniquewasadoptedtoimplementreal-timemonitoringinHILsimulationprocess.Ser2ialexperimentsonthissimulatorshowthatitalsopossessesgoodfunctionofdriver-in-the-loopsimulationandcouldbeusedtoverifytheperformanceofDAS’ssoftwareandhardware.

Keywords:activesafety;hardware-in-the-loop(HIL);driverassistance;xPC

0　引言

现代电控系统的开发过程中,为避免反复的实物试验并减小危险,硬件在环(hardware-in-the-loop,HIL)仿真技术得到了广泛的应

1　基于xPC的总体方案

主动避撞和ACC系统等DAS的一般原理:整车电控单元(electroniccontrolunit,ECU)根据雷达等传感器获得的信息,按照相应的策略控制节气门和制动执行器,以减轻驾驶员负担,提高车辆行驶安全性。按照上述原理,基于xPC的试验台系统结构如图1所示。为验证DAS

的硬件性

用[1,2]。针对驾驶员辅助系统(driverassistancesystems,DAS),现有的HIL仿真试验台多采用dSPACE作为仿真器,如日立公司的自适应巡航

控制(adaptivecruisecontrol,ACC)仿真器[3]、日产公司的ACC仿真器[4]及首尔大学的CW/CA试验台等[5]。此类系统集成度高,易于用户使用,但软硬件成本稍高。此外,VC平台也广泛用于构建HIL仿真系统[6],与上述试验台相比,基于VC的系统开发成本低,但手工编制仿真代码增

加了开发难度。

笔者针对DAS的特点,建立了基于xPC技术的驾驶员辅助系统硬件在环仿真试验台。在设计试验台总体方案的基础上,利用模块化思想建立DAS的仿真模型,并采用S函数驱动GUI界面的方法,实现对HIL仿真的实时监控。最后,设计了两种典型的试验工况,通过“驾驶员在环”仿真对试验台的功能进行了验证。

收稿日期:2006—03—28

基金项目:北京市科委资助项目(GYYWK0608003B)

图1试验台总体方案

能,整车ECU、电子节气门、制动执行器和仿真计

算机(它们分别通过CAN总线、数据采集卡相连),共同构成闭环仿真回路。回路中,仿真模型输出模拟的传感器信息至整车ECU,后者根据DAS控制策略计算出期望的节气门开度和制动

压力。由仿真计算机根据期望值控制相应的执行器,实际节气门开度和制动压力经A/D采样后输

2012

基于xPC的驾驶员辅助系统硬件在环仿真试验台

入仿真模型,完成一个闭环仿真流程。仿真结果通过以太网上传至监控计算机,监控程序接收数据并实时显示仿真动态过程。此方案下,试验台具备HIL仿真的功能,不仅可以验证DAS控制算法,而且能够评价整车ECU和执行器等硬件的性能。

3试验台软件开发

2试验台硬件设计

试验台软件主要包括仿真模型和监控程序。仿真模型在xPC实时内核上运行,用于模拟DAS过程。监控程序的运行平台为MATLAB,主要用于实时显示仿真结果。3.1　仿真模型

随着仿真工况的增多和模型精度的提高,日渐复杂的模型结构显著增加了建模难度和维护成本。为解决此问题,笔者采用模块化思想建立试验台的仿真模型。

,,而且包括。按照DAS的基本组

试验台主要硬件包括监控计算机、仿真计算

机、整车ECU、电子节气门和制动执行器。

(1)监控计算机与仿真计算机。监控计算机以MATLAB为软件平台,支持监控程序的运行,实时显示仿真过程。仿真计算机的软件平台是xPC的实时内核,行,并与整车ECU、回路。

(2)整车ECU期,采用AutoBox作为整车ECU,它具有快速控制器原型功能,能够把Simulink控制框图直接编译成可执行代码,实现DAS控制算法的功能验证。

(3)电子节气门。试验台中,整车ECU输出期望节气门开度αd,仿真计算机控制节气门运行。图2所示为电子节气门的控制逻辑。节气门的直流电机采用PWM信号驱动。PID反馈串连校正使闭环系统满足DAS对节气门开度αt的跟踪要求

。

,仿真模型划分为道路、环境、车辆、传感器、ECU、执行器以及设置和监控模块,各模块的基本关系如图4所示。道路模块提供车辆运行过程中的道路信息,如任意时刻的路面附着系数u、道路坡度θ等。在道路信息基础上,车辆模块输入节气门开度αt和制动压力pb,利用车辆模型计算车速vf和加速度af。传感器模块采集车辆运动状态以及环境模型输出的前车速度vp和加速度ap,计算出车间距离d、相对速度Δv等信息后送至 …… 此处隐藏：4400字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……