一種電動車輛再生制動與ESP協(xié)調控制快速開發(fā)平臺

1.一種電動車輛再生制動與ESP協(xié)調控制快速開發(fā)平臺，其特征在于：該平臺包括顯示器、工控機、接線端子板、制動硬件系統(tǒng)、信號驅動系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)；
所述顯示器與工控機之間是串口通訊；
所述工控機與接線端子板是PCI數(shù)據(jù)通訊，用于數(shù)據(jù)的采集，工控機中裝有軟件,在工控機中建立軟件系統(tǒng)，所述軟件系統(tǒng)包括再生制動控制器、ESP控制器、協(xié)調控制器、信號輸入與輸出模塊；
所述接線端子板是用于工控機、信號驅動系統(tǒng)和信號采集系統(tǒng)之間的信號傳輸；
所述制動硬件系統(tǒng)包括液壓系統(tǒng)和電機系統(tǒng)，通過液壓系統(tǒng)作動可以實現(xiàn)車身穩(wěn)定性控制，通過電機系統(tǒng)可以實現(xiàn)再生制動；
所述信號驅動系統(tǒng)包括電磁閥驅動電路、電機驅動電路，通過導線與制動硬件系統(tǒng)相連，用來驅動液壓系統(tǒng)中的電磁閥和液壓泵電機、電機系統(tǒng)中的直流無刷電機；
所述信號處理系統(tǒng)通過導線一端與接線端子板連接，另一端與信號采集系統(tǒng)連接；
所示信號采集系統(tǒng)包括輪速傳感器、側向加速度傳感器、橫擺角速度傳感器、方向盤傳感器，用于把采集的信號輸送給工控機中；其中采集的信號均是模擬量，一種電動車輛再生制動與ESP協(xié)調控制快速開發(fā)方法，該開發(fā)方法的實施步驟如下，
(1)把數(shù)據(jù)采集卡插在工控機的PCI卡槽內，用于數(shù)據(jù)的采集，創(chuàng)建軟件系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集卡之間的實時通訊環(huán)境，實現(xiàn)軟件與硬件之間的數(shù)據(jù)傳輸；
(2)對開發(fā)再生制動過程、ESP控制過程與方法進行分析，建立相應的數(shù)學模型，并分析數(shù)學模型是否精確；
(3)軟件系統(tǒng)為MATLAB，根據(jù)步驟(2)，在MATLAB環(huán)境下建立模型，包括再生制動控制器、ESP控制器、協(xié)調控制器、信號輸入與輸出模塊，再生制動控制器和ESP控制器接收信號輸入與輸出模塊傳輸?shù)男盘?，生成的輸出信號傳送給協(xié)調控制器，協(xié)調控制器最后進行抉擇，把信號經過數(shù)據(jù)采集卡輸送給作動對象，實現(xiàn)數(shù)字仿真，檢驗所建控制器是否合理與正確；
(4)連接顯示器、工控機、接線端子板、信號驅動系統(tǒng)、制動硬件系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)，實現(xiàn)軟件與硬件之間的數(shù)據(jù)通訊，在工控機中運行步驟(3)所建立的模型，通過接線端子板把輸出信號經過信號驅動系統(tǒng)傳送到制動硬件系統(tǒng)；
(5)通過步驟(4)，輸出的信號傳送到制動硬件系統(tǒng)，一則使泵電機工作，電磁閥也根據(jù)此信號工作，由此產生制動壓力作用到車輪輪缸，實時的調整車輛的運行姿態(tài)；二則使電機控制器工作驅動電機運轉，當車輛減速時電機則逆變?yōu)榘l(fā)電機，給電池組充電；
(6)顯示器可以監(jiān)視整個系統(tǒng)的運行情況，通過實時修改參數(shù)配置及控制方法，使控制效果符合要求為止，達到車輛穩(wěn)定安全行駛和制動能量回收。

一種電動車輛再生制動與ESP協(xié)調控制快速開發(fā)平臺\n技術領域\n[0001] 本發(fā)明涉及一種電動車輛再生制動與ESP協(xié)調控制快速開發(fā)平臺，屬于電液控制系統(tǒng)領域。\n背景技術\n[0002] 目前，世界的汽車生產量依然在迅速增加，由此帶來的是大量能源的消耗，所以開發(fā)與推廣新型汽車顯得的迫在眉睫，而具有再生制動功能的電動汽車能夠實現(xiàn)能量的回收利用。研究表明，再生制動系統(tǒng)通?？苫厥绽眉s30％的制動動能。\n[0003] 再生制動技術就是：根據(jù)電機的可逆性原理，當電動汽車運行于減速制動工況時，通過合理控制使電機工作于發(fā)電機狀態(tài)，將電動汽車的勢能(下坡時)或動能(減速、制動時)轉變?yōu)殡娔懿Υ嬗趦δ苎b置(如電池或/和超級電容)中，同時利用制動回饋自身的特性配合傳統(tǒng)的摩擦制動系統(tǒng)進行協(xié)調控制來改善制動效能。汽車在進行再生制動過程中，除了要實現(xiàn)能量的回收利用，還要考慮到與穩(wěn)定性程序(ESP)協(xié)調控制問題，以保證制動能量回收過程汽車行駛安全性，這就涉及到機械、電子、液壓、軟硬件系統(tǒng)等，開發(fā)程度十分復雜，而使用快速開發(fā)方法對再生制動與ESP協(xié)調控制進行開發(fā)則可提高效率，縮短開發(fā)周期、降低成本較高。\n[0004] 要實現(xiàn)再生制動與ESP協(xié)調控制快速開發(fā)，就需要有集成良好、便于使用的建模與設計、離線仿真、實時開發(fā)及測試工具。實時開發(fā)系統(tǒng)必須具有反復修改模型設計，進行離線及實時仿真的功能。這樣，就可以將設計之初存在的錯誤及不當之處消除于初期，減小開發(fā)成本，加快開發(fā)進程。\n發(fā)明內容\n[0005] 本發(fā)明的目的是提出一種電動車輛再生制動與ESP協(xié)調控制快速開發(fā)平臺，適用于模擬控制系統(tǒng)軟件、調試產品級系統(tǒng)，尤其適用于電動車輛再生制動與ESP協(xié)調控制器開發(fā)。\n[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術的方案為一種電動車輛再生制動與ESP協(xié)調控制快速開發(fā)平臺，該平臺包括顯示器、工控機、接線端子板、制動硬件系統(tǒng)、信號驅動系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)。\n[0007] 所述顯示器與工控機之間是串口通訊，顯示器用于監(jiān)視運行結果。\n[0008] 所述工控機與接線端子板是PCI數(shù)據(jù)通訊，用于數(shù)據(jù)的采集，工控機中裝有軟件(MATLAB),在工控機中建立軟件系統(tǒng)，所述軟件系統(tǒng)包括再生制動控制器、ESP控制器、協(xié)調控制器、信號輸入與輸出模塊。\n[0009] 所述接線端子板是用于工控機、信號驅動系統(tǒng)和信號采集系統(tǒng)之間的信號傳輸。\n[0010] 所述制動硬件系統(tǒng)包括液壓系統(tǒng)和電機系統(tǒng)，通過液壓系統(tǒng)作動可以實現(xiàn)車身穩(wěn)定性控制，通過電機系統(tǒng)可以實現(xiàn)再生制動。\n[0011] 所述信號驅動系統(tǒng)包括電磁閥驅動電路、電機驅動電路，通過導線與制動硬件系統(tǒng)相連，用來驅動液壓系統(tǒng)中的電磁閥和液壓泵電機、電機系統(tǒng)中的直流無刷電機。\n[0012] 所述信號處理系統(tǒng)通過導線一端與接線端子板連接，另一端與信號采集系統(tǒng)連接，主要作用是對采集的信號進行濾波、標定。\n[0013] 所示信號采集系統(tǒng)包括輪速傳感器、側向加速度傳感器、橫擺角速度傳感器、方向盤傳感器，用于把采集的信號輸送給工控機中。其中采集的信號均是模擬量。\n[0014] 本發(fā)明具有如下突出的優(yōu)勢：\n[0015] 1、本發(fā)明能提高再生制動與ESP協(xié)同控制算法與策略的開發(fā)進程，快速驗證所用算法與策略的正確性與可行性。\n[0016] 2、本發(fā)明的快速開發(fā)方法能夠使設計錯誤與缺陷在產品開發(fā)前期解決，降低了開發(fā)成本，提高了開發(fā)效率，縮短了開發(fā)周期。\n[0017] 3、使用本發(fā)明快速開發(fā)的控制算法與策略可以使用MATLAB/Simulink/Targetlink等相關軟件轉為C代碼移植到控制器硬件中，降低了控制器開發(fā)難度與成本，提高了開發(fā)速度。\n附圖說明\n[0018] 圖1一種電動車輛再生制動與ESP協(xié)調控制快速開發(fā)平臺結構示意圖。\n[0019] 圖2電機系統(tǒng)結構圖。\n[0020] 圖3液壓系統(tǒng)結構圖。\n[0021] 圖4開發(fā)方法流程圖。\n具體實施方式\n[0022] 下面結合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實例方法作詳細說明。\n[0023] 如圖1所示，一種電動車輛再生制動與ESP協(xié)調控制快速開發(fā)方法，首先對開發(fā)對象進行分析，建立數(shù)學模型，根據(jù)已建數(shù)學模型，在工控機中建立再生制動控制器、ESP控制器、協(xié)調控制器、信號輸入與輸出模塊。在MATLAB中，利用data?acquire?system工具箱完成快速快發(fā)目標環(huán)境配置，進行多次修改，初步優(yōu)化。工控機輸出的信號經接線端子板輸送給信號驅動系統(tǒng)，控制制動硬件系統(tǒng)；同時又可從信號采集系統(tǒng)把輸入信號傳輸給工控機。其中的輸入信號均是模擬量，輸出信號均是數(shù)字量。\n[0024] 如圖2為電機系統(tǒng)結構圖，所述電機系統(tǒng)包括為電機控制器、電動機/發(fā)電機、充電器、超級電容、DC/DC、電池管理系統(tǒng)、電池組。電機控制器輸入端與電池組相連，為控制器提供電源，另一端與電動機/發(fā)電機相連，控制電動機/發(fā)電機；電動機/發(fā)電機與充電器相連，給電池組充電，充電器分成兩個支路，一路與超級電容、DC/DC相連，另一路直接與電池管理系統(tǒng)相連，當回饋電流波動較大時采用充電器采用超級電容、DC/DC為電池組充電；電池管理系統(tǒng)與電池組相連，起到保護電池組的作用。\n[0025] 如圖3為液壓系統(tǒng)結構圖，包括電磁閥驅動電路、泵電機驅動電路、制動主缸、液壓調節(jié)器、制動輪缸，所述液壓調節(jié)器包括電磁閥和泵電機，所述制動輪缸包括右前制動輪缸、左前制動輪缸、右后制動輪缸、左后制動輪缸。電磁閥驅動電路、泵電機驅動電路分別驅動12路電磁閥和液壓泵電機，是液壓調節(jié)器進行相應的工作，產生制動壓力，作用到制動輪缸，從而使車輛行駛穩(wěn)定。\n[0026] 如圖4所示，該方法的具體步驟如下，\n[0027] (1)把數(shù)據(jù)采集卡插在工控機的PCI卡槽內，用于數(shù)據(jù)的采集，創(chuàng)建軟件系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集卡之間的實時通訊環(huán)境，實現(xiàn)軟件與硬件之間的數(shù)據(jù)傳輸。\n[0028] (2)對開發(fā)再生制動過程、ESP控制過程與方法進行分析，建立相應的數(shù)學模型，并分析數(shù)學模型是否精確。\n[0029] (3)軟件系統(tǒng)為MATLAB，根據(jù)步驟(2)，在MATLAB環(huán)境下建立模型，包括再生制動控制器、ESP控制器、協(xié)調控制器、信號輸入與輸出模塊，再生制動控制器和ESP控制器接收信號輸入與輸出模塊傳輸?shù)男盘?，生成的輸出信號傳送給協(xié)調控制器，協(xié)調控制器最后進行抉擇，把信號經過數(shù)據(jù)采集卡輸送給作動對象，實現(xiàn)數(shù)字仿真，檢驗所建控制器是否合理與正確。\n[0030] (4)根據(jù)圖1，連接顯示器、工控機、接線端子板、信號驅動系統(tǒng)、制動硬件系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)，實現(xiàn)軟件與硬件之間的數(shù)據(jù)通訊，在工控機中運行步驟3所建立的模型，通過接線端子板把輸出信號經過信號驅動系統(tǒng)傳送到制動硬件系統(tǒng)。\n[0031] (5)通過步驟(4)，輸出的信號傳送到制動硬件系統(tǒng)，一則使泵電機工作，電磁閥也根據(jù)此信號工作，由此產生制動壓力作用到車輪輪缸，實時的調整車輛的運行姿態(tài)；二則使電機控制器工作驅動電機運轉，當車輛減速時電機則逆變?yōu)榘l(fā)電機，給電池組充電。\n[0032] (6)顯示器可以監(jiān)視整個系統(tǒng)的運行情況，通過實時修改參數(shù)配置及控制方法，使控制效果符合要求為止，達到車輛穩(wěn)定安全行駛和制動能量回收。