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1 目标ECU软件开发 1.1 软件功能 ECU软件是在EMB汽车上实现VSC系统的核心,其设计直接影响制动系统的性能及VSC 系统的控制效果。下面结合EMB和VSC的特点及目标ECU硬件结构分析ECU软件的功能需求。由VSC系统的工作原理可知,ECU根据采集到的方向盘和制动踏板信号判断驾驶员意图, 计算出理想的车辆运行状态;然后再根据采集到的车辆状态信号,计算出车辆实际状态和理想状态的差值,进而计算出补偿横摆力矩和各车轮的目标制动力。Hardware interface of ECU 目标ECU采用Freescale公司的S12x系列芯片作为主控芯片,硬件接口电路如图1所示。方向盘信号由方向盘转角传感器产生,制动踏板信号由制动踏板力和角位移传感器产生,车辆运行状态采用纵向和侧向加速度传感器及横摆角速度传感器测量,各车轮的目标制动力经CAN网络传输给各轮EMB控制器。为了在EMB汽车上进行VSC控制,ECU软件需实现以下功能:①采集并处理传感器信息,计算理想的车辆运行状态;②横摆力矩控制和制动力分配;③CAN通讯(发送目标制动力给EMB 控制器,并接收CAN网络上的信号)。
1.2 软件开发架构根据上文确定的软件功能,参照已有的控制算法原型,采用手写代码的方式将其转换为C语言程序,然后在Codewarrior集成开发环境中进行调试,编译后经BDM下载到ESP控制器中,然后在硬件在环测试平台中进行仿真测试,试验结果经CANcard采集到CANoe软件中进行分析, 然后进行参数的修改。软件开发架构如图2 所示。软件开发架构重点解决的问题: (1)软件程序运算速度:由于目标控制器采用 16位单片机,系统时钟频率较低,片内RAM等资源有限,导致程序运算速度与运行控制原型的上位机差距较大,因此需要对控制原型中的算法进行简化,考虑循环时间。 (2)程序算法受开发环境限制:目标ECU软件开发采用ANSI C语言,不支持数值运算等函数库,并且为了提高运算速度屏蔽了浮点数,因此需要对控制原型中的算法参数进行转换,避免因数值范围不合理造成数据精度的损失。
1.3 软件程序流程软件程序采用模块化设计。首先进入模块初始化,设置各模块的工作方式;然后自检,判断系统是否正常工作,如果系统正常,则进入主循环, 如果系统不正常,则通过故障灯进行警示,并采取相应措施;进入主循环后,开始采集和处理传感器信息,并估算车辆状态参数,判断是否进行VSC ·894·第4期李 静,等:电子机械制动汽车稳定性控制电控单元软件开发及硬件在环试验控制,如果需要控制,则计算目标横摆力矩和分配各轮所需的目标制动力;最后将各轮目标制动力发送到CAN网络。
1.4 各子程序设计 (1)模块初始化包括时钟和复位产生模块(CRG),模数转换模块(A/D),脉宽调制模块(PWM),串行通信接口模块(SCI),CAN通讯模块,定时器接口模块 (ECT)。 (2)系统自检检测各模块是否正常工作,各标志位是否正常。如果系统异常,则通过指示灯进行提示,并退出VSC控制。 (3)读取参数模块将系统参数放在同一个子程序中,对取值范围不合适的参数进行缩放,并在计算过程中除以响应的缩放系数,以消除不采用浮点数造成的数据精度损失。 (4)数据采集与处理模块采集的信号分为模拟信号和数字信号。模拟信号包括:方向盘转角,制动踏板角位移和制动踏板压力,纵向和侧向加速度,横摆角速度和4个 EMB执行器的制动压力,均通过AD模块采集后,转化到响应的数值范围;数字信号包括:4个轮速信号,1个开关信号(VSC功能开关),分别通过ECT模块和I/O模块进行采集。 (5)车辆状态估算包括车速估算和横摆角速度计算,采用参考文献[1]中的方法进行计算。 (6)横摆力矩控制模块为提高系统的实时性,本文采用了简单实用的离散式PID控制,其中以名义横摆角速度为目标值,实际横摆角速度为反馈值,输出值为目标横摆补偿力矩,而PID参数由实验法调试。 (7)横摆力矩分配模块本文采用单轮制动方式产生横摆补偿力矩。首先根据方向盘转角和横摆角速度名义值与实际值的差值选择制动车轮,然后计算该车轮制动器的目标制动压力。考虑到目标ECU运算能力的限制,参照文献[1]中的算法,并对算法进行适当简化,计算前后轮的目标制动夹紧力。 (8)CAN通信将计算出的4个车轮目标制动夹紧力分别转化为int类型数据,写入一个报文并发送到CAN 网络。发送周期为5 ms。
2 硬件在环测试平台 2.1 测试平台架构本文参照已有的基于Matlab/xPC Target技术的EMB汽车VSC控制原型开发硬件在环试验台,搭建了ECU软件的硬件在环测试平台[1,6-7]。硬件在环仿真系统结构如图3所示。硬件在环仿真系统结构图 Fig.3 Structure of hardware-in-the-loop simulation system 2.2 硬件系统 (1)主机和工控机主机用于编写和调试车辆模型,并作为xPC Target平台的上位机,同时运行CANoe软件,检测和记录CAN网络信号;车辆动力学模型经 xPC Target转化为代码程序,在工控机内实时运行,可以保证整个硬件在环测试的实时性要求。 (2)目标VSC电控单元接收工控机通过采集卡发出的车辆状态信号,包括横摆角速度、纵向和侧向加速度和4个轮速信号;接收方向盘转角信号、制动踏板角位移和压力信号;作为CAN网络的一个节点,收发信号。 (3)传感器测试平台中的传感器有:制动踏板角位移传感器和压力传感器,方向盘转角传感器,以及4个执行器中的制动压力传感器。而VSC系统涉及的其他传感器信号,如轮速信号、纵向和侧向加速度信号、横摆角速度信号,由于在台架试验中难以获得,因此由车辆模型根据其他参数计算并由工控机采集卡模拟生成同类型的信号,传输给VSC 电控单元。 (4)EMB电机控制器和执行器每个EMB电机控制器接收CAN网络上 VSC控制器发出的目标制动力信号,然后经过一定的控制过程,产生相应的驱动电压给执行器,产生制动夹紧力。 (5)CANcardXL和CANcab 为实现CAN总线的监控和数据记录,本文使用了VETOR公司的CANcardXL总线卡和 CANcab线缆,作为测试平台上的CAN总线与主机内CANoe平台的接口硬件。
