电子驻车制动系统控制器快速原型开发与硬件在环仿真

论文摘要

驻车制动系统是车辆制动系统的一个关键部分。以前驻车制动系统通过人力操控手刹拉杆实现车辆的驻车功能,而电子驻车系统通过驻车控制器控制机电一体的执行机构实现驻车功能。智能型电子驻车系统不仅实现简单的驻车功能,还要实现坡道起步功能。坡道起步功能自主控制车辆坡道起步过程以减轻驾驶员在坡道起步时的工作压力,为了使电子驻车系统能够实现坡道起步功能,开发一种能确定制动力大小并且能响应迅速的控制器十分关键。本文基于MATLAB/Simulink、dSPACE ControlDesk、SimulationX和CodeWarrior V5等软硬件平台,建立了控制对象的系统模型,分析了核心部件的工作特性,设计和开发了以模糊控制算法和PID算法为基础的电子驻车系统控制器,基于dSPACE ds1005微控器开发了实时控制器原型,并进行了控制器离线仿真和硬件在环仿真。论文对控制对象进行了系统分析。首先,在Simscape环境下依据匹配车辆参数建立了车辆动力系统模型。然后,对控制对象模型进行了仿真,并将仿真结果与实车工作特性进行对比验证以保证控制对象模型能够满足控制器开发的需要。当匹配车型的动力系统模型建立并校验完成后,本文根据控制对象的特性开发原型控制器。开发控制器最重要的是针对控制对象确定适用的控制方法,本文使用模糊控制算法为主要的控制方法。模糊控制器开发首先应确定控制参量,并根据控制参量的信号范围对控制参量进行模糊化处理,然后根据每个控制变量的变化特性设计隶属度函数,根据驾驶经验建立模糊控制规则,最后定义模糊控制的逻辑推理方法。控制器开发完成后,基于控制对象和控制器建立联合仿真模型,然后进行离线仿真,验证控制器的性能。离线仿真完成后,基于dSPACE AutoBox进行控制器原型开发和硬件在回路仿真,以验证控制器是不是能够满足真实的工作需要。在进行硬件在环仿真前,设计和制作了硬件在环仿真平台,包括信号调理和驱动电路的设计、传感器校准和硬件接口等模块。完成硬件在环仿真平台后,将基于Simulink的模型通过RTI实时模块、RTW工具箱与硬件连接起来。控制器开发和硬件在环仿真验证过程包含两个部分：一、完成模糊识别控制器的原型设计,将驾驶意图和运行工况模糊识别控制器烧写到控制板中,将节气门开度信号、坡度信号和离合器位置信号接入I/O板,仿真验证识别控制器的功能；二、完成执行器控制器设计,然后将执行器控制器下载到控制板,利用上位机给定激励信号,采集执行器电流信号和拉索上拉力传感器信号,验证执行器控制器的控制效果。通过离线仿真和硬件在环仿真结果的对比,实验证明本文开发的驻车系统控制器在发动机负荷特性图未知和不额外地增加传感器的情况下,可以满足电子驻车系统控制需要。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的背景
• 1.2 电子驻车系统概述
• 1.2.1 电子驻车系统的结构和工作原理
• 1.2.2 电子驻车系统的类型
• 1.2.3 电子驻车系统的优缺点
• 1.2.4 电子驻车系统的发展趋势
• 1.3 论文研究的意义和内容
• 1.3.1 论文研究的意义
• 1.3.2 论文研究的主要内容
• 第2章 基于Simulink建立整车系统模型
• 2.1 Simulink/Simscape物理建模概述
• 2.2 发动机模型的建立
• 2.2.1 发动机数据处理
• 2.2.2 发动机模型
• 2.3 离合器模型的建立
• 2.3.1 离合器参数计算
• 2.3.2 离合器模型
• 2.4 变速器模型的建立
• 2.4.1 变速器模型参数计算
• 2.4.2 变速器建模
• 2.5 坡道阻力模型建立
• 2.5.1 坡道参数计算
• 2.5.2 坡道阻力距模型
• 2.6 系统模型和离线仿真
• 2.6.1 系统模型
• 2.6.2 离线仿真
• 第3章 基于GUI设计参数计算平台
• 3.1 GUI设计概述
• 3.2 参数计算
• 3.2.1 车轮有效滚动半径
• 3.2.2 制动力和制动力矩计算
• 3.3 计算平台开发
• 3.3.1 计算界面设计
• 3.3.2 回调函数设计
• 第4章 硬件在回路仿真平台设计与制作
• 4.1 硬件在回路仿真和快速原型概述
• 4.1.1 硬件在回路仿真
• 4.1.2 快速原型开发
• 4.2 仿真平台设计和制作
• 4.2.1 硬件系统概述
• 4.2.2 信号处理板
• 4.2.3 功率输出单元
• 4.2.4 坡道模拟器
• 4.3 传感器安装与校准
• 4.3.1 电流传感器
• 4.3.2 加速度传感器
• 4.3.3 拉力传感器
• 第5章 控制器开发与仿真
• 5.1 控制器开发概述
• 5.2 模糊识别控制器
• 5.2.1 模糊控制的理论基础
• 5.2.2 模糊识别控制器设计
• 5.2.4 离线仿真和硬件在环仿真
• 5.3 执行器控制器
• 5.3.1 执行器控制器概述
• 5.3.2 PID控制理论基础
• 5.3.3 基于Simulink的PID控制器实现
• 5.3.4 基于C语言的控制器实现
• 第6章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录1:攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录2:攻读硕士学位期间申请专利