【正文】 (3) 建立離散PID模型進(jìn)行ABS控制離線仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證ABS控制特。如圖410所示為未使用ABS控制器時(shí)車輛制動(dòng)的目標(biāo)機(jī)仿真曲線：圖410 未使用PID控制器時(shí)車輛制動(dòng)的目標(biāo)機(jī)仿真曲線其中ScopeScopeScopeScope4分別對(duì)應(yīng)電動(dòng)汽車左前輪的車速給定與車速、輪速、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩、滑移率。第4章 電動(dòng)汽車ABS控制半實(shí)物仿真平臺(tái)的驗(yàn)證 基于Matlab/Simulink的ABS控制離線仿真ABS控制離線仿真試驗(yàn)是研究和開發(fā) ABS 控制半實(shí)物仿真平臺(tái)，乃至將ABS產(chǎn)品化的前期基礎(chǔ)性工作。本研究設(shè)計(jì)二次中斷的方法來解決通訊不同步的問題，PID控制在中斷服務(wù)子程序中實(shí)現(xiàn)，主程序完成初始化?；坡实姆秶鸀閇1,1]，擴(kuò)大100倍后為[100,100]，因此可取低12路為滑移率數(shù)據(jù)通道，即滑移率的數(shù)據(jù)精度為12位，其中第12位為符號(hào)位。之所以設(shè)置兩次中斷，是因?yàn)镈SP和目標(biāo)機(jī)之間的通訊存在不同步問題。安裝完成后需要進(jìn)行仿真器的初始化。本研究中，GPIOA0~GPIOA15共16位引腳作為數(shù)據(jù)輸入口，與PCI6503 DO的PortA、PortB相連接；GPIOB0~GPIOB1GPIOD0、GPIODGPIOD5共16位引腳作為數(shù)據(jù)輸出口，與PCI6503 DI的PortA、PortB相連接；GPIOE2作為外部中斷觸發(fā)引腳，與PCI6503 DO的PC0相連接；GPIOD6作為同步通訊校驗(yàn)引腳，與PCI6503 DI的PC0相連接。DSP具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1) 集成度高。TargetPC139。宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)在物理上連通后，還需要在Matlab/Simulink xPCTarget中配置相關(guān)的參數(shù)，才能實(shí)現(xiàn)兩者正常通訊。DSP通過JTAG仿真接口連接配套的仿真器再連接到宿主機(jī)上，通過宿主機(jī)中的代碼調(diào)試工具CCS可以在線調(diào)節(jié)控制算法，整定參數(shù)。以一系列采樣時(shí)刻點(diǎn)kT代表連續(xù)時(shí)間t，以和式代替積分，以增量代替微分，則可作如下近似變換： (k=0，1，2，……) (29) (210) (211)為書寫方便，將e(kT)簡(jiǎn)化成e(k)。所以車輪抱死后容易引起側(cè)滑、甩尾等危險(xiǎn)工況的發(fā)生[26]。(1) 當(dāng)制動(dòng)器踏板力較小時(shí)，制動(dòng)器摩擦力矩不大，地面與輪胎之間的摩擦力即地面制動(dòng)力，足以克服制動(dòng)器摩擦力矩而使車輪滾動(dòng)。本研究采用TI公司的定點(diǎn)式32位DSP芯片TMS320F2812作為硬件控制器，采用NI公司的PCI6503進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與傳送，采用10k電阻分壓的方法實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，搭建了ABS控制半實(shí)物仿真平臺(tái)。從ABS控制器實(shí)現(xiàn)到實(shí)車測(cè)試的過程中需要進(jìn)行硬件在環(huán)(Hardwareintheloop)實(shí)時(shí)仿真測(cè)試。國(guó)內(nèi)研究ABS的主要有東風(fēng)汽車公司、交通部重慶公路研究所、濟(jì)南捷特汽車電子研究所、清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、吉林大學(xué)、華南理工大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)等單位，雖然起步較晚，也取得了一些成果。BOSCH公司這項(xiàng)專利被認(rèn)為是ABS歷史上的一個(gè)里程碑，其原理一直沿用至今[7]。數(shù)據(jù)顯示，電動(dòng)汽車產(chǎn)生的噪聲比內(nèi)燃機(jī)汽車低1015 dB。建立CCS ，主程序完成初始化功能， PID控制算法在外部中斷服務(wù)子程序中實(shí)現(xiàn)?；趚PC Target實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，搭建ABS控制硬件在環(huán)仿真平臺(tái)，硬件控制器采用TI公司的定點(diǎn)式32位DSP芯片TMS320F2812。(2) 零污染或者低污染：電動(dòng)汽車使用電能作為能量源，本身不排放污染大氣的有害氣體，即使按所耗電量換算為發(fā)電廠的排放，除硫和微粒外，其它污染物也顯著減少。ABS技術(shù)是目前世界普遍公認(rèn)的提高汽車安全性的有效措施，為了提高制動(dòng)安全性，在現(xiàn)代汽車上裝備ABS以成為必然趨勢(shì)[6]。 國(guó)內(nèi)汽車ABS發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)對(duì)ABS的研究始于20世紀(jì)70年代。又由于電動(dòng)汽車的ABS研究受多種因素影響，對(duì)車輛進(jìn)行路面制動(dòng)試驗(yàn)受許多條件限制，如資金、試驗(yàn)環(huán)境、安全因素、研發(fā)周期等，因此直接將理論研究成果應(yīng)用于實(shí)車的道路試驗(yàn)代價(jià)比較大。將滑移率與最佳滑移率的差值作為偏差，將電機(jī)速度給定作為控制量，通過PID控制來減小滑移率與最佳滑移率的偏差。由圖21可知相對(duì)車輪中心的力矩平衡方程為： (22)地面制動(dòng)力的大小取決于兩方面的因素：一個(gè)是制動(dòng)器內(nèi)制動(dòng)摩擦片與制動(dòng)鼓或盤間產(chǎn)生的摩擦力；另一個(gè)是輪胎與地面間產(chǎn)生的摩擦力即地面附著力。通過大量理論研究和試驗(yàn)研究表明，車輪的滑移率與路面縱向附著系數(shù)和側(cè)向附著系數(shù)之間存在著非常密切的關(guān)系，如圖23所示：圖23 車輪滑移率與路面附著系數(shù)的關(guān)系圖由圖23可知，對(duì)縱向曲線，滑移率從0開始，縱向附著系數(shù)隨升到最大值，此時(shí)的滑移率為，當(dāng)滑移率繼續(xù)增加時(shí)，縱向附著系數(shù)保持下降趨勢(shì)?？刂平Y(jié)構(gòu)如圖25所示：圖25 電動(dòng)汽車ABS控制結(jié)構(gòu)圖 電動(dòng)汽車ABS控制算法PID 控制算法簡(jiǎn)單、魯棒性好及可靠性高, 被廣泛用于過程控制和運(yùn)動(dòng)控制中，其原理如圖26所示：圖26 PID 控制算法原理圖PID控制是一種線性控制方法，它根據(jù)設(shè)定值r(t)與實(shí)際輸出值y(t)構(gòu)成控制量偏差e(t)，即： (27)對(duì)偏差e(t)進(jìn)行比例、積分和微分運(yùn)算，將三種運(yùn)算的結(jié)果相加，就得到PID控制器的控制輸出u(t)。將Visual C++ ，通過Matlab/Simulink RTW模塊使汽車動(dòng)力學(xué)仿真模型C代碼化，并通過宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)之間的TCP/IP 協(xié)議通訊將C代碼下載到目標(biāo)機(jī)中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)行，再由安裝在目標(biāo)機(jī)中的xPC模塊專用數(shù)據(jù)采集卡，經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換模塊與硬件控制器DSP相連接[2931]。本研究，宿主機(jī)網(wǎng)卡型號(hào)為Broad NetLink? Gigabit Ethernet，目標(biāo)機(jī)網(wǎng)卡型號(hào)為Intel I82559。: ... OK Test 5, Check hosttarget mand munications with 39。PCI6503的Simulink模型如圖37所示：圖37 PCI6503的Simulink模型啟動(dòng)xPC Target系統(tǒng)后，在Matlab Command Window中鍵入命令getxpcpci，系統(tǒng)將自動(dòng)定位板卡，獲得相關(guān)參數(shù)，如下所示： getxpcpciList of installed PCI devices:National Instruments PCI6503 Bus 7, Slot 0, IRQ 11 DI DO VendorID 0x1093, DeviceID 0x17d0, SubVendorID 0x0000, SubDeviceID 0x0000National Instruments PCI6503 Bus 7, Slot 1, IRQ 10 DI DO VendorID 0x1093, DeviceID 0x17d0, SubVendorID 0x0000, SubDeviceID 0x0000根據(jù)上述信息，配置PCI6503 DO的PCI slot為[7,0]，配置PCI6503 DI的PCI slot為[7,1]即可。P1主要擴(kuò)展評(píng)估板上空閑的DSP外設(shè)引腳；P2主要擴(kuò)展所有的AD和DA 引腳；P3包含16 根地址線和16 根數(shù)據(jù)線（A16，A17，A18 擴(kuò)展在P4），可以用于讀入和輸出并行的數(shù)據(jù)；P4包括F2812 外部擴(kuò)展總線的控制線、McBSP接口線、外部中斷和外部復(fù)位等重要的引腳信號(hào)。CCS提供的圖形顯示窗口使用戶能夠在任何算法點(diǎn)觀察時(shí)域或頻域信號(hào)；(7) 具有狀態(tài)觀察窗口。定時(shí)時(shí)間到，CPU響應(yīng)定時(shí)器0的周期中斷，進(jìn)入T0中斷服務(wù)子程序，重復(fù)上述運(yùn)算。4……d11=mod(u,2)。通訊接口電路如圖317所示：圖317 通訊接口電路 同步通訊的實(shí)現(xiàn)在電動(dòng)汽車ABS控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)工作的整個(gè)過程中，基于Matlab/Simulink的整車數(shù)學(xué)模型需要與ABS控制器F2812不斷的交換數(shù)據(jù)。硬件設(shè)計(jì)方面，介紹了ABS控制器的硬件組成及各部分電路的連接。啟動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)，初始參數(shù)同離線仿真。本文主要的研究成果和結(jié)論如下：(1) 深入研究汽車制動(dòng)系統(tǒng)、ABS的工作原理及其性能指標(biāo)，得出基于滑移率的ABS控制策略：車輛的制動(dòng)性能由輪胎力決定，輪胎力由滑移率決定，滑移率由輪速與車速之間的關(guān)系決定，將滑移率與最佳滑移率的差值作為偏差，將電機(jī)速度給定作為控制量，通過PID控制來減小滑移率與最佳滑移率的偏差。在接下來的工作中，需要對(duì)以下幾方面繼續(xù)深入：(1) 本文并未考慮最佳滑移率的觀測(cè)問題，而是直接在控制器中人為給定最佳滑移率的數(shù)值，因此整個(gè)系統(tǒng)并不完整，需要整合最佳滑移率觀測(cè)子系統(tǒng)，使得整個(gè)平臺(tái)功能更完整。如圖411所示為未使用PID控制器時(shí)四輪滑移率的分時(shí)輸出曲線，對(duì)比離線仿真結(jié)果可以看出，整車模型的通訊模塊可以實(shí)現(xiàn)四輪滑移率的分時(shí)輸出。其中kp=300，ki=1，kd=0。中斷服務(wù)子程序首先啟動(dòng)CPU定時(shí)器0，并進(jìn)行離散PID運(yùn)算。end分時(shí)模塊通過Repeating Sequence Stair實(shí)現(xiàn)。③ 校驗(yàn)?zāi)K：校驗(yàn)?zāi)K保證每個(gè)車輪的滑移率經(jīng)F2812后計(jì)算得到的控制量能夠正確補(bǔ)償給對(duì)應(yīng)車輪的電機(jī)速度。本研究所設(shè)計(jì)的基于滑移率的ABS控制軟件部分主要由初始化程序、主程序以及中斷服務(wù)子程序組成，相關(guān)程序清單見附錄。JTAG仿真接口支持在線編程的編程方式，不像傳統(tǒng)仿真系統(tǒng)需要一個(gè)連接到處理器引腳的接插設(shè)備，這為復(fù)雜的調(diào)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了簡(jiǎn)單快捷的途徑。目前，普通DSP完成一次指令執(zhí)行操作的時(shí)間可達(dá)到幾十納秒，和普通的微處理器相比，運(yùn)算處理能力增強(qiáng)10~15倍，確保系統(tǒng)有更優(yōu)越的測(cè)量控制性能。而數(shù)據(jù)采集卡作為一種DIO（數(shù)字I/O），可以直接傳送多位數(shù)據(jù)。本研究使用Microsoft Visual Studio 。本研究采用PC機(jī)作為宿主機(jī)，系統(tǒng)配置為：Intel(R) Core? 2 Duo P7450，2G內(nèi)存，運(yùn)行Windows XP 32位系統(tǒng)和Matlab R2012a，軟件版本為：Matlab ，Simulink ，xPCTarget 。本研究以車輪滑移率s作為控制對(duì)象，若滑移率的設(shè)定值（最佳滑移率）為sp，則控制誤差為： (213)根據(jù)以上各式，ABS控制器的設(shè)計(jì)最后歸結(jié)為：根據(jù)ABS動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，對(duì)于每一個(gè)車輪，確定出1組最佳的參數(shù)kp、ki，使每個(gè)車輪的滑移率最終趨近設(shè)定值sp。因此對(duì)于不同的路面來說，附著系數(shù)與滑移率的關(guān)系是不同的，典型工況下二者的關(guān)系如圖24所示。當(dāng)制動(dòng)器踏板力或制動(dòng)壓力增加到某一值（如圖22的A點(diǎn)），地面制動(dòng)力Fx達(dá)到最大地面附著力，車輪抱死不轉(zhuǎn)而出現(xiàn)拖滑現(xiàn)象。(5) 程序調(diào)試及系統(tǒng)驗(yàn)證在CCS環(huán)境下調(diào)試程序，整定PID參數(shù)，實(shí)現(xiàn)滑移率的控制。因?yàn)檎嚁?shù)學(xué)平臺(tái)可以模擬出在實(shí)車試驗(yàn)中難以實(shí)現(xiàn)的特殊行駛狀態(tài)和危險(xiǎn)狀態(tài)，并且能夠方便的對(duì)控制邏輯進(jìn)行在線調(diào)試，修改車輛模型、道路條件和控制參數(shù)，從而對(duì)ABS控制器進(jìn)行全面的測(cè)試。液壓ABS由于技術(shù)難度大，國(guó)外技術(shù)封鎖嚴(yán)密，國(guó)內(nèi)企業(yè)暫時(shí)不能獨(dú)立生產(chǎn)，但在液壓ABS方面也在做自主研發(fā)，力圖突破國(guó)外跨國(guó)公司的技術(shù)壁壘，已經(jīng)取得了一些新的進(jìn)展和突破。但控制功能的實(shí)現(xiàn)是靠硬件構(gòu)成的邏輯電路，這決定了控制器不可能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制。 電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀近20年來，原油價(jià)格的猛漲使得新能源的開發(fā)利用日漸升溫，大力發(fā)展電動(dòng)汽車尤其是純電動(dòng)汽車已成為各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)。在不同初始條件下進(jìn)行仿真，比較滑移率的控制效果，得出結(jié)論。為了改進(jìn)傳統(tǒng)ABS系統(tǒng)的局限性，進(jìn)一步提高電動(dòng)汽車制動(dòng)系統(tǒng)的性能，本文在綜述國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)基于滑移率的ABS控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)進(jìn)行了關(guān)鍵技術(shù)的分析和實(shí)現(xiàn)方法的研究，主要包括以下幾個(gè)方面：第一，ABS控制器結(jié)構(gòu)及控制原理研究。對(duì)于現(xiàn)代社會(huì)而言電動(dòng)汽車不僅是一輛汽車，一種交通工具，更重要的是，它是集新能源、新材料、新技術(shù)于一體的高科技技術(shù)產(chǎn)品，是一種新型的電氣設(shè)備；它是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、清潔環(huán)保、高效道路運(yùn)輸和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的智能全新系統(tǒng)，代表著汽車的發(fā)展方向。2006 年《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006－2020)》分別將“低能耗與新能源汽車”和“氫燃料電池技術(shù)”列入優(yōu)先主題和前沿技術(shù)；2007 年發(fā)布實(shí)施《新能源汽車生產(chǎn)準(zhǔn)入管理規(guī)則》，將電動(dòng)汽車正式納入國(guó)家汽車新產(chǎn)品公告管理；2008年北京奧運(yùn)會(huì)應(yīng)用了500多輛自主研發(fā)的電動(dòng)汽車；2009年1月，國(guó)務(wù)院通過《汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》，明確實(shí)施新能源汽車戰(zhàn)略，推動(dòng)純電動(dòng)汽車、充電式混合動(dòng)力汽車及其關(guān)鍵零部件的產(chǎn)業(yè)化；2010年9月《電動(dòng)汽車科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》制定完畢，“十二五”期間，國(guó)家科技計(jì)劃將加大力度，持續(xù)支持電動(dòng)汽車科技創(chuàng)新，推動(dòng)電動(dòng)汽車由研發(fā)向真正的產(chǎn)業(yè)化過渡[5]?，F(xiàn)在發(fā)達(dá)國(guó)家已廣泛采用ABS技術(shù)，ABS裝置已成為汽車的必要裝備。實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)模擬仿真首先是要建立車輛動(dòng)力學(xué)模型，然后利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行仿真，使模型簡(jiǎn)化，可隨時(shí)改變不同的參數(shù)來進(jìn)行不同的研究，非常靈活[16]。S控制器硬件平臺(tái) 本文主要研究?jī)?nèi)容和工作根據(jù)課題需要，本論文主要側(cè)重于ABS控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的硬件軟件設(shè)計(jì)及仿真。這個(gè)外力一般情況下只能由地面和空氣來提供，但其中由空氣提供的外力相對(duì)來說比較小，所以我們只考慮輪胎與地面之間產(chǎn)生的摩擦力，我們稱之為地面制動(dòng)力。在純滾動(dòng)時(shí)，車速v=R，滑移率=0；在純滑動(dòng)時(shí)，車輪的角速度=0，滑移率=100%，此時(shí)車輪完全抱死；在車輪邊滑邊滾時(shí)，0l00%?；谳嗇炿姍C(jī)牽引的電動(dòng)汽車，被控對(duì)象為電機(jī)，故控制方案較為靈活。電動(dòng)汽車