车身稳定系统模拟设计（精选4篇）
车身稳定系统模拟设计 篇1
摘要：针对兰州重离子加速器 (HIRFL) 的加速器腔体低电平稳定系统的调试与故障检测, 设计了单晶体滤波器形式的模拟腔体负载与以数字信号处理为基础的数字模拟负载。对数字模拟负载的组成、实现原理和参数计算等几个方面进行了详细介绍, 并给出了设计实物照片与测试频谱图。数字模拟负载可在各种腔体的相位稳定系统与幅度稳定系统的调试中用于模拟各种Q值变化的加速器腔体, 并具有模拟腔体的相位调制与幅度调制的能力。
关键词：模拟腔体负载,晶体滤波器,FPGA,相位调制,幅度调制
0 引言
HIRFL腔体的高频电压的相位与幅度需要进行稳定控制 ( 相幅稳定) , 在相幅稳定设备的研制与调试过程中, 没有实际加速器腔体作为负载, 所以需要研制模拟负载。研制的模拟负载需要模拟实际腔体的相位与幅度传输特性, 用于验证与测试相位与幅度稳定系统的功能与性能, 在完成设备研制与调试后, 模拟负载用于查找系统的故障部位。本文给出2种实现模拟负载的方法: ①采用石英晶体使用模拟电路设计实现; ②使用以FPGA为核心的数字信号处理模块实现。
1 使用模拟电路实现
为达到使用方便的目的, 模拟负载采用具有单晶体的无源滤波网络[1]实现, 所以带有损耗衰减, 损耗值与晶体参数、需要实现的Q值和匹配网络的选择等有关。模拟负载的实现电路如图1所示。
图1中, L1、C3和C4实现谐振式π型负载匹配转换, 同时提供谐振式低通滤波特性; T1、B1、C2和C5实现晶体滤波, T1为高频变压器提供2路幅度相等的反相信号, C5采用微调电容调整幅频特性曲线的两边对称性, C2采用微调电容调整晶体滤波器的中心谐振频率; C1、L2和L3实现谐振式π型负载匹配转换, 同时提供高通滤波特性; 已知晶体的串联固定电阻后, 调整高通滤波、R2和低通滤波可以调整模拟负载的Q值; 低通滤波特性与高通滤波特性的匹配电路配合还可以实现晶体不需要的各次泛音谐振频率的抑制; R1、R4和R5构成匹配衰减器用以匹配输入50Ω电阻, R3、R6和R7构成匹配衰减器用以匹配输出50Ω电阻。
采用单晶体滤波器为核心的模拟电路实现模拟腔体负载照片如图2所示。在HIRFL腔体的工作频率范围5. 5 ~54 MHz内, 可以实现的负载Q值范围为1 000 ~20 000, 幅度衰减从9 ~ 20 dB, 满足实际负载的使用范围要求。在相幅稳定设备的调试与验收过程中, 研制的单晶体滤波器模拟负载起到了很大的作用。
2 数字模拟负载的实现
采用单晶体滤波器实现模拟腔体负载只能模拟固定频率点的固定Q值情况, 不能模拟腔体的相位调制[2]、幅度调制[2]、移相[2]、衰减、Q值时变和自谐振频率时变等情况, 因此有必要研制一种能模拟腔体各种特性的模拟负载。
2. 1 整机设计原理
数字模拟负载的所有组成模块安装在机箱内部, 通过液晶、按键设置机箱内部的工作参数。数字模拟负载核心由FPGA与DSP构成, FPGA负责实现模拟负载的高频调制、腔体模拟等所有功能, DSP负责参数的接收、显示、计算与设置。
数字模拟负载内部设计原理框图如图3所示。A / D采样采用高速12位的A / D, 由高速时钟驱动。高速时钟采用高稳定晶振驱动的频率综合器实现, 可以模拟较宽工作频率范围内的腔体。
输入信号被A/D过采样[3]后进入FPGA芯片 ( 虚框内部) , 首先进行矢量合成移相, 完成固定移相与相位调制功能, 然后与幅度调制信号相乘完成幅度调制, 再进入等效腔体滤波器, 之后经过D/A后变为模拟信号并进行带通滤波, 最后模拟信号经过数控放大器后输出。
图3中, DSP主要给模拟负载提供人机界面, 根据当前模拟负载的工作频率计算并设置时钟速率与正交变换的移相器参数, 将当前内部参数通过液晶显示器显示; 同时接收外部按键的控制, 根据需要的移相值设置相加2的输入, 根据调相调制度设置相乘2的乘数, 根据调相频率设置NCO1的频率输入, 根据调幅频率设置NCO2的频率输入, 根据幅度调制度设置调幅调整的参数, 根据腔体的工作频率与腔体的Q值设置等效腔体, 最后根据模拟负载的增益特性设置数控放大器的增益。
如果需要时变的腔体自谐振频率与Q值, 根据需要可以将时变的特性预参数存储在DSP中, 实时设置到等效腔体中。
2. 2 移相与调相部分设计
如图3所示, 移相调相部分由正交变换、矢量合成移相器、NCO1、乘法器2 ~ 4、相位相加器1、与相们相加器2、正交相幅转换器 ( sin/cos) 和D/A等组成。
2. 2. 1 正交变换原理
有多种方法可以实现信号的正交变换[4,5,6,7], 综合分析各种方法后, 针对固定频率的点频信号移相以采用一阶全通滤波器实现最为简单, 全通滤波器的传输函数为:
滤波系数a为唯一可调量, 与移相值φ和信号频率 ω的对应关系为:
在移相值要求为 -90°时可以求得:
由监控根据输入信号频率ω经过计算产生a , 可以实现工作频点精准的正交移相, 以16位精度计算时, 移相精度达到0. 004°, 幅度变化 <0. 01 dB。
2. 2. 2 矢量合成与调相移相原理
在图3中由相乘器3、相乘器4和相加器1共同组成矢量合成移相器。监控单元控制NCO1产生频率为Ω的低频正弦波cos ( Ωt) ; 低频正弦波经过乘法器与监控输入固定调相指数值a相乘变成信号a·cos ( Ωt) , 其中a为相位调制度; 调制低频正弦波在相位相加器2中与监控单元的设置移相值φ相加变为 φ + a·cos ( Ωt) ; 相加器2的输出在相幅转换器中计算出对应幅度cos ( φ + a·cosΩt) 与sin ( φ + a·cosΩt) , 正交相幅转换器 ( sin / cos) 的输出分别与正交变换的正交输出cosωt与 - sinωt相乘后相加, 得到cos ( ωt + φ + a·cos ( Ωt) ) , 即可使输入信号产生相移φ + a·cosΩt , 完成了相移与相位调制, 其移相值、相位调制度和相位调制频率由DSP监控单元设置。
2. 3 幅度调制部分的设计
数字模拟负载的幅度调制如图2所示, 其核心由乘法器1、NCO2和调幅调整器组成。
监控单元控制NCO2产生频率为β低频正弦波cos ( βt) ; 低频正弦波在调幅调整器中经过数控衰减器变成信号η·b·cos ( βt) , 其中η为调幅调制度; 衰减后的低频正弦波在调制调整器中与监控单元设置幅度值b相加变为b + η·b·cos ( βt) 的调制信号; 调制信号与高频信号cos ( ωt + φ + a·cos ( Ωt) ) 相乘变为高频调幅调相信号 ( b + η·b·cos ( βt) ) cos ( ωt + φ + a·cos ( Ωt) ) ; 改变b值可以实现输出幅度变化、改变η可以实现调幅调制度变化, 改变β值可以实现调制频率变化。
2. 4 等效腔体的模拟设计
腔体等效为单调谐电路的L-C-R串联[6], 其传递函数为:
式中, ω0 为腔体的自谐振频率; Q为腔体的谐振品质因数, 采用数字信号处理的方法模拟腔体工作情况时, 使用双线性变换, 将s域变换到z域, 变换公式为:
T为处理采样周期, 将变换公式代入H ( s) 并整理得到z域传递函数为:
式中系数为:
H ( z) 为标准的IIR带通滤波器, 由DSP根据参数ω 0 、Q和T的设定值计算出H ( z) 的系数设置到FPGA相关寄存器中, 即可实现选择模拟腔体的中心频率与Q值。
2. 5 测试与分析
将数字模拟负载接入HIRFL的相位稳定系统, 设置模拟负载的工作频率为6 MHz、采样频率为108 MHz、Q值为5 000、产生调制频率为100 Hz、相位调制度为10°的相位调制, 测试相位稳定系统开环时的相位调制频谱如图4所示。
经过测试, 在Q值低于6 000、FPGA内以32位精度实现模拟负载时, 负载中心频率与Q值可以准确实现, 但是在Q值大于等于6 000时, 输出增益变化很大, 32位精度已经不够。经仿真发现, 以36位精度可以实现Q值在12 000时的增益与中心频率。
对于传输特性复杂的腔体, 如果不能等效为简单的L - C - R串联时, 可以测出腔体的相位、幅度传输特性, 先采用MATLAB等软件工具求出其冲击响应, 再采用窗函数截取冲击响应后得到FIR滤波器的系数, 最后使用FIR滤波器实现图2中的等效腔体。
3 2种模拟负载的比较
采用单晶体滤波器实现模拟负载可以满足HIRFL低电平稳定系统的开环、闭环性能检测的调试需求, 电路简单、成本低、易于生产; 但一个单晶体模拟负载只能模拟一个腔体、一点工作频率下的一个Q值情况, 对于实际腔体的宽频段、Q值随腔体工作频率而变化的情况, 只能抽取几点工作频率采用多个模拟负载实现; 受限于晶体自身的特性, 对于模拟低于1 000或高于106的Q值实现较困难; 晶体自身的寄生谐振点可能造成实验时自身稳定环路的振荡, 所以必须精心挑选晶体谐振器。由于不能模拟腔体寄生的相位调制与幅度调制, 实际使用中必需附加其他的调制电路。
数字模拟负载的缺点是电路复杂、开发周期长及成本高。优点是能模拟实际负载的各种测试需求, 可以模拟的腔体Q值范围能够达到0 ~ 109, 对于特殊的腔体特性只需要修改等效腔体的传输函数就可以精确实现, 对于腔体Q值随时间变化与滤波器中心频率随时间变化都可以通过随时间改变滤波器系数来精确模拟; 可以模拟腔体的各种寄生杂散调制, 方便地测试低电平稳定系统的调制抑制度; 可以模拟传输通道的相移、时延和增益的变化, 方便地测试低电平稳定系统的长期稳定度; 因此数字模拟负载具有更好的通用性。
4 结束语
上述2种模拟负载各有优缺点, 应根据不同的应用场合进行选择。如果腔体Q值较低 ( 低于105) 、固定不变, 并且对价格比较敏感时, 适于采用低成本的单晶体滤波器, 如重离子加速器腔体。对于腔体Q值较高 ( 高于105) 并且时变的腔体, 如超导腔体, 只能采用数字模拟负载。
参考文献
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车身稳定系统模拟设计 篇2
目前,绝大部分国产客车高速操稳性不良,严重的甚至导致翻车危急安全,由此引起的客车交通事故也时有发生。正因为如此,国产客车必须具有良好的主动安全性,而汽车的操纵稳定性是影响其主动安全性的主要性能之一。由于受到科研成本、开发周期等因素的影响,对汽车的各种性能的测试不可能都用试验样车来进行,因此汽车动力学仿真技术得到广泛应用。本文利用VC++软件对汽车的操纵稳定性进行评价分析。
1、建立动力学模型与求解计算
1.1 线性二自由度的汽车模型假设
为了便于掌握分析汽车操纵稳定性的基本特性,通常将其简化为线性二自由度的汽车模型。进行一下简化:
(1)分析中忽略转向系统的影响,直接以前轮转角作为输入;
(2)忽略悬架的作用,认为汽车车厢只作平行于地面的平面运动,即汽车沿z轴的位移,绕y轴的俯仰角与绕x轴的侧倾角均为零。
(3)假设汽车沿x轴的速度u不变;
(4)汽车只有沿y轴的侧向运动与绕轴的横摆运动的两个自由度;
(5)汽车侧向加速度限定在0.4g以下,轮胎侧偏特性处于线性范围;
(6)驱动力不大,不考虑地面切向力对轮胎侧偏特性的影响;
(7)忽略空气动力的作用;
(8)忽略左、右车轮轮胎由于载荷的变化而引起轮胎特性的变化以及轮胎回正力矩的作用。
便简化成了一个两轮摩托车模型,是一个由前后两个有侧向弹性的轮胎支承于地面、具有侧向及横摆运动的二自由度汽车模型[2]。如图1。
汽车质量分布参数如转动惯量等,对固结于汽车的这一动坐标系而言为常数(图2)。因此,只要将汽车的(绝对)加速度与(绝对)角加速度及外力与外力矩沿车辆坐标系的轴线分解,就可以列出沿这些坐标轴的运动微分方程。求解这些微分方程,就可以得出二自由度汽车模型的各个参数。
经过推倒,可得二自由度模型运动微分方程为:
方程组虽简单,却包含最重要的汽车质量与轮胎侧偏刚度两方面的参数。所以它能够反映汽车曲线运动最基本的特征。
二自由度瞬态响应包括:在前轮角阶跃输入下,客车在某一车速下的横摆角速度响应、质心侧偏角响应、车身相对侧倾角响应及车身相对侧倾角速度响应。
其中,用稳态横摆角速度增益来评价稳态响应:
上式中,,称为稳定性因数,其单位为s2/m2。它也是表征汽车稳态响应的一个重要参数。
1.2 求解计算
本文采用改进欧拉法进行求解分析。将区间[a,b]分成n段,那么方程在第xi点有,再用向前差商近似代替导数则为:,在这里,h是步长,即相邻两个结点间的距离。因此可以根据xi点和yi点的数值计算出yi+1来。由欧拉公式:
改进的欧拉算法:
先用欧拉法求得一个初步的近似值,称为预报值,然后用它替代梯形法右端的yi+1,再直接计算fi+1,得到校正值yi+1,这样建立的预报-校正系统称为改进的欧拉算法:
预报值
校正值
它有下列平均化形式:
采用改进欧拉算法进行VC++编程,部分程序如下:
2、软件介绍
该软件主要用于:在前轮转向角为阶跃输入的条件下,用户输入汽车的相应参数后,在对话框中输出汽车操纵稳定性的评价参数以及图像,进而对汽车的操纵稳定性进行评价。二自由度函数模块的计算包括二自由度稳态响应、二自由度瞬态响应。而二自由度稳态响应又包括稳态横摆角速度增益,稳态质心侧偏角增益;二自由度瞬态响应包括汽车在某一车速下的汽车阶跃输入下的横摆角速度响应、阶跃输入下质心侧偏角、阶跃输入幅频特性、阶跃输入相频特性。输出的评价参数分别有稳定性因数、汽车稳态转向特性、临界车速、特征车速、固有频率、反应时间、峰值反应时间以及阻尼比。
输入参数主要包括:总质量、轴距、前轴距、后轴距、车速、前轮转角、前侧偏刚度、后侧偏刚度、对Z轴的转动惯量。参数界面如图3所示。
3、操稳性软件实例试验
本文我们选取宇通ZK6100H车型作为实例,在线性二自由度模型基础上通过编制的软件系统进行性能分析,主要参数如表1。
输入参数运行软件计算所得的曲线分别如图4、5、6、7、8、9所示:
3.1 二自由度稳态响应特性
(1)汽车稳态横摆角速度增益响应
可以看出,该车的二自由度稳态响应曲线向下偏,K>0该车具有不足转向特性。
(2)汽车稳态质心侧偏角响应
由图看出,K>0为不足。
3.2 二自由度瞬态响应特性
(1)汽车某一车速下的横摆角速度响应
这里我们选择的车速为25.00m/s。从图6可知,ZK6100H在转向盘角阶跃输入下经过0.6秒左右的波动达到峰值,经过大约1.7秒达到稳态。
(2)汽车某一车速下的质心侧偏角响应
(3)汽车某一车速下的阶跃输入的幅频特性
幅频特性曲线在低频区接近与x轴平行的直线,随着频率的增加,至某一频率时幅值比达到最大,频率再增加,幅值比减小。
(4)汽车某一车速下阶跃输入的相频特性
这里可以看出汽车横摆角速度滞后于转向盘转角的失真程度。
4、结论
本文利用VC++设计开发了汽车操纵稳定性模拟计算系统软件,功能还有待完善,二自由度适用于初学者,比较基础简单,但是也能表现出汽车的操纵稳定性特性。数值上与真实值有点差距。ZK6100H操稳性的验证表明,本软件的功能达到了设计的要求。
本软件系统还存在一些不足,该软件只对客车进行了二自由度的分析,对客车的动力分析还不是有很深的了解,有待于进一步研究。
参考文献
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车身零件定位系统设计浅析 篇3
关键词：自由度,定位系统,基准,定位原则
1 引言
随着汽车行业的快速发展和人们生活质量的逐步提高,客户对整车功能及外观质量的要求也在与日俱增。车身零件的定位直接影响零件在整车上的功能和外观匹配,因此规范和优化零件的定位设计对提高整车的匹配质量大有裨益。
一个自由的刚性体其空间位置的不确定性可以按照直角坐标系分解为6个自由度,即沿着X、Y、Z坐标轴的移动和绕着X、Y、Z坐标轴的转动,只要约束了这6个自由度,该刚性体的空间位置就确定了[1]。对于车身零件,原理相同,为了保证零件在整车上的空间位置正确,也需要定位系统来约束其自由度,所谓定位系统,即所有定位信息的集合。
2 车身零件定位系统设计的基本原则
零件的定位是通过零件上的基准要素实现的,基准要素反映到图纸上即为基准。基准设计或选择最基本的目的就是约束自由度。本文对定位、基准、基准要素的概念不再做详细区分。最基本的定位原则是3-2-1原则,即在零件投影最大的面或能反映重要装配关系的型面上布置不在同一直线上的3个定位基准,在投影次大的面上布置2个定位基准,在投影最小的面上布置1个定位基准,并且为了保证稳定,同一个面上的点之间的距离应尽可能的大。
由于车身零件多为薄板件或塑料件,零件刚性较弱,因此也常会采用N-2-1定位方案,即在零件投影最大的面上采用多于3个的定位基准,以防止刚性不足引起变形,有时也会出现多处局部的基准体系。
根据车身零件的结构和形状特性,零件上常采用一面两孔作为基准来实现3-2-1定位原则。通常情况下,优先选择孔作为基准,其次是型面,再次是棱边,同时尽量避免采用螺母孔定位。
2.1 基准面设计原则
对于基准面,要求其尽可能平、大,在零件加工制造及使用过程中尺寸稳定,对各种偏差不敏感,最重要的是,基准面应考虑设计在零件的功能面上,例如装配的配合面上或间隙段差形成面上,这样既可以很好地保证该面的精度从而保证匹配功能,同时也合理地降低了制造的成本,避免了基准面设计在非功能面上但却需要特殊的加工制造工艺保证其作为基准面应有的精度。
2.2 基准孔设计原则
目前,对于基准孔的设计,有2种方案:一种是H2S策略,另一种是H2H策略(如图1所示)。所谓H2S策略即2个基准孔一圆一长,圆孔控制4方位,限制2个沿坐标轴的移动,长孔控制2方位,限制1个绕坐标轴的转动;H2H策略即两个基准孔均为圆孔,均控制4方位,区别在于2个基准孔允许的位置度公差不同,实质上这种定位已经发生了过定位,在两孔的连线方向上已经多了1个自由度约束。目前,对于H2S策略,有时也采用一正方形孔加一矩形孔的形式,同样是正方形孔控制4方位,矩形孔控制2方位,这样的定位方式,有利于工装或检具上的销子插入。
H2S策略趋向于应用在刚性较强的零件上(如大梁),或定位孔连线方向上车身尺寸偏差较大的钣金总成零件、内外饰零件上(如前轴焊合件、副车架、前蒙皮等),其要求次定位孔在两孔连线方向上开长孔,以包容该方向上的尺寸偏差。对于类似于车架总成的零件,建议2个定位孔布置/选择在车身同一侧,不建议选择对角的2个孔。
H2H策略趋向于应用在单一薄钣金件上,如侧围外板、B柱内板等。通常板的刚性弱,主、副基准孔同道工序冲压得到,相对位置精度也较高。副基准孔会根据与主基准孔的距离大小来给定合适的位置公差。
对于基准孔,无论是采用哪种策略,都要求其达到最小化装配偏差,换言之,在条件允许的情况下,2个基准孔的间距应尽可能大,同时基准孔应尽可能靠近重要的匹配区域(如图2所示)。
板类零件A,其上设计有基准孔B、C,零件的ab边为重要的间隙面,P点为B、C孔中心连线与ab边的交点,以P点为研究对象。假设B基准孔位置固定,C基准孔的位置分别在C1和C2点,B与C1、C2的中心距分别为x1、x2,其中x2>x1。假设实际零件上的孔C1、C2在Y向均有一个位置偏差量y,孔的实际位置分别位于C1'、C2',B与C1'、C2'的中心连线分别与ab边交于P1、P2点。由图2可知,△2<△1,即零件按B、C基准孔定位后,如果C基准孔存在位置偏差,则C距离B越远,P点产生的位置偏差越小,故要求基准孔的间距应尽可能大且靠近重要的匹配区域。
3 其他定位原则
3.1 坐标平行原则
在满足自由度约束的前提下,零件的定位设计要考虑坐标平行原则,尽可能保证基准面的法向方向或孔的轴线方向与坐标轴平行。该设计的目的是为了使定位方向单一,尽量不产生在2个坐标方向上的正交分量,从而在BIW或整车匹配出现问题时,能够快速分析出影响匹配问题的定位原因(具体是哪个方向上的定位产生了影响),而不需要考虑定位产生的旋转问题,同时也利于工装调整,实施单一方向调整就可验证或解决问题。
对于车身零件,因其功能或车身结构限制,形状往往不规则,通常情况下,在现有零件上很难选择到与坐标方向一致的基准面。在不影响零件使用功能和尽可能不提高制造难度(起码要保证可制造性)的情况下,可以在零件上加工出符合坐标方向的面作为基准面[2]。如图3所示,板件上基准面A与B,其中A面方向与Z坐标轴平行,B面方向与坐标轴存在角度,在X和Z向都有定位作用,此时对于B基准处可以通过结构优化,在零件上加工出一个凸台,把型面拆分成X向和Z向的2个独立的基准面A2和B'。基准面的定位方向单一,便于分析和解决问题。
同样,对于基准孔来说,不但要保证孔的轴线方向平行于坐标轴,基准孔所在的面也要求是坐标方向,即孔的轴线与面的法向方向要一致(如图4所示)。这样做,一方面能保证定位方向单一没有分量,另一方面也能保证基准孔在冲压加工和工装定位、检测过程中方向一致,从而提高定位精度。此种要求通常对钣金零件较严格,对于内外饰零件不做强制要求。
3.2 定位一致原则(CDLS)
CDLS (Common Datum Locating Strategy),车身零件定位一致性包含两重含义:一是设计、制造、检测、装配过程中定位的一致性,二是白车身、总成、分总成、冲压单件定位的一致性。
白车身、总成、分总成、冲压单件定位的一致性并不是指不同层级的零件定位设计要完全相同,而是指在上、下级零件之间要体现出定位的继承性,即上级零件的定位信息应尽可能作为下级零件定位信息的一部分,建议定位设计时按照零件从大到小的顺序进行设计,在此不再累述。
设计、制造、检测、装配过程中定位的一致性,是指各个过程中尽可能保证定位一致,同时同一制造过程中的不同工序也要定位一致,尽可能避免基准转换。对于零件设计阶段,比较容易保证与后续过程一致;检测过程和装配过程的一致性也比较容易保证,通常会选择装配基准作为检测基准。目前,较难做到一致的是钣金类零件的制造及其检测过程。
钣金类零件制造过程中,模具调试基准通常是为了满足检测基准的稳定性而设计的。模具调试的基准面通常是零件拉伸成型的顶部型面,一般不用作检测基准,考虑到成本因素及型面的具体位置,有时会与检测基准一致,这要视零件的具体形状、配合关系和加工工艺而定。模具调试的基准孔,即通常所说的CH孔,它作为统一的模具基准来调试冲压全工序模具,也用来调试检测基准,一般不用于零件在检具上的检测(如发动机罩的CH孔在成品零件上是不保留的,因此也无法作为检测基准);但有些零件,如大梁、地板横梁等,它的模具调试基准孔和检测基准孔是可以保持一致的。下面以图5对调试基准和检测基准的关系做简要说明。
控制定位一致性的好处在于通过减少基准转换误差来提升车身制造精度;便于尺寸质量问题原因分析和故障诊断,从而提高生产管理水平和工作效率。
4 小结
采用零件的定位系统的主要目的是约束零件的6个自由度,使零件空间位置确定,便于制造、检验和装配,同时减少各种过程中的误差。一个零件的定位方案可以有多种,需要综合考虑以上各种因素,合理设计定位特征,最终确定出最优的方案。
参考文献
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车身控制系统模型资源库的设计 篇4
目前, 在国内, 由于车身控制系统BCM开发手段的落后和认识的制约, 普遍采用的是串行模式, 即先提出项目需求, 接着进行硬件设计和编写代码, 然后完成单元调试和实车试验。该传统开发模式存在开发难度大、控制算法维护成本高、调试和测试难度大、相互依赖性强等缺点[1]。在国外, 开发人员可以借助成熟的商用软件dSpace系统, 采用基于模型设计的方法开发BCM控制系统。然而, 购买一套商用的dSpace系统不仅价格昂贵, 而且无法实现我国在此方面突破国外的技术瓶颈的目的[2]。因此, 开发一套专业性强、灵活性好的BCM模型资源库, 结合RTW自动代码生成技术, 用于BCM的开发, 将改进传统的汽车BCM开发方法, 从而提高开发效率。
1 BCM模型资源库的设计
1.1 BCM概述
车身控制系统是汽车电子的一种重要应用领域, 主要用来提高驾驶的方便性和乘坐的舒适性, 该系统覆盖的范围比较广泛, 包括网关、灯光控制、雨刮控制、车窗控制、RKE无钥匙门禁及门锁控制等。
1.2 资源库分层结构
根据车身控制系统模型资源库的层次体系结构, 按照层次化建模思想, 整个资源库划分成车窗控制、灯光控制、雨刮控制和门锁控制四个子资源库, 如图1所示。其中, 车窗控制子资源库用于控制四个车窗的手动上升、手动下降和自动升降三种工作模式。灯光控制子资源库则涵盖了顶灯、小灯、前雾灯、后雾灯和远近光灯等的开关控制。雨刮控制子资源库用于控制前雨刮和后雨刮的功能。门锁控制子资源库则是实现门锁的闭锁和解锁控制。这样, 以资源库为基础可实现相同结构形式车身控制系统的快速建模, 并可进行子系统替换、参数的修改等操作, 提高建模的效率[3]。
2 模型资源库的设计机制
2.1 可重用机制
建立BCM模型资源库的目的之一就是充分利用本领域已有的模型成果, 简化建模过程, 提高模型的重用率[2]。BCM模型资源库中所有模块均采用C MEX S函数实现, 自定义封装成独立模块, 按照系统的体系结构层次嵌入到SIMULINK环境中, 通过拖动和连接即可实现重用[1]。
2.2 可视化机制
基于资源库的车身BCM开发方法采用图形语言代替抽象的高级语言, 利用SIMULINK强大的可视化环境, 结合信号流图的方式, 通过修改关键参数, 可以在较短时间内比较不同算法的优劣, 快速直观地实现算法的可视化仿真验证。
2.3 可移植机制
资源库中的模块均采用C MEX S函数接口封装成独立模块。C MEX S函数不仅执行速度快, 而且可用来生成独立的仿真程序[2], 且由于基于资源库的BCM开发方法具有模块化程度高, 控制软件系统的核心算法部分与硬件底层驱动部分模块界限明确, 不同硬件平台间的可移植性大大提高。
3 应用实例
利用BCM资源库, 建立左前车窗、右前车窗、左后车窗、右后车窗、后雾灯和远近光灯六个模块的仿真模型, 如图2。图3、图4分别是左前车窗和远近光灯的仿真效果, 仿真曲线同实际需要的结果一致。
4结论
本文以车身控制系统的设计方法和仿真理论为背景, 提出一种基于资源库的车身BCM开发方法。该BCM模型资源库基于层次化建模思想, 遵循可重用机制、可视化机制和可移植机制的设计原则, 借助C MEX S函数接口, 自定义编程实现所有模块的设计。将所构建的BCM资源库应用到某型号汽车的车身控制系统研究中表明, 基于该资源库设计的BCM的仿真效果与实际所需效果基本一致, 具有较好的实用价值
参考文献
[1]赵彦斌, 钟再敏.基于代码自动生成技术的汽车电子实时控制软件开发[J].计算机辅助工程, 2008年9月第17卷第3期:36-40.
[2]郑太雄, 李锐, 蒋建春.汽车ABS电子控制单元的开发[J].重庆邮电大学学报 (自然科学版) , 2007年8月第19卷第4期:430-433.