基于PXI平臺的ESP系統(tǒng)性能測試系統(tǒng)介紹

The Challenge:
電子穩(wěn)定系統(tǒng)(Electronic Stability Program, 簡稱ESP，下同)實(shí)車道路試驗(yàn)不僅對場地要求十分苛刻，實(shí)驗(yàn)過程具有相當(dāng)?shù)奈ｋU(xiǎn)性，而且所需測量的信號較多。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不僅要能夠采集各種信號，還要能夠在惡劣的測試環(huán)境中（如沖擊、震動、高溫、高濕度等）穩(wěn)定可靠的工作。

The Solution:
面對ESP系統(tǒng)試驗(yàn)苛刻的測試環(huán)境、眾多的測試信號，基于NI PXI和LabVIEW的測試平臺，我們在較短的時(shí)間內(nèi)快速融合了模擬信號、數(shù)字信號、CAN、串口等多種信號采集與處理。NI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在海南試驗(yàn)場成功完成了ESP試驗(yàn)過程的數(shù)據(jù)采集，保證了試驗(yàn)的順利進(jìn)行。

"基于PXI系統(tǒng)良好的可擴(kuò)展性，我們快速搭建了ESP系統(tǒng)性能試驗(yàn)的測試平臺。"

汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)可以輔助駕駛員對車輛的動力學(xué)特性進(jìn)行控制，通過控制車輪的制動力和發(fā)動機(jī)的輸出力矩來控制汽車的橫擺角速度并將側(cè)偏角限制在一定范圍內(nèi)，從而協(xié)助駕駛員在極限工況下保持汽車的穩(wěn)定性，防止車輛出現(xiàn)失穩(wěn)危險(xiǎn)。

近年來，隨著人們對車輛主動安全性要求的提高和各國相應(yīng)安全法規(guī)的推動，ESP系統(tǒng)在汽車上的標(biāo)準(zhǔn)裝配率迅速提高，博世、大陸等國外汽車電子產(chǎn)品供應(yīng)商均具備了ESP系統(tǒng)的批量化供貨能力并占據(jù)了市場的主要份額。

國內(nèi)ESP系統(tǒng)的研究起步較晚，大多停留在理論控制研究與硬件在環(huán)仿真階段，國內(nèi)整車及零部件廠商大多直接采用博世、大陸、TRW等的ESP系統(tǒng)與自主開發(fā)的整車相匹配。

相對于國內(nèi)ESP系統(tǒng)策略的研究，ESP系統(tǒng)性能測試評價(jià)方法的研究基本空白，大多數(shù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)均參考國外零部件商或相應(yīng)機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)方法或直接將測試試驗(yàn)委托供應(yīng)商實(shí)施。目前，國內(nèi)汽車行業(yè)尚無形成統(tǒng)一的ESP測試標(biāo)準(zhǔn)，這使得國內(nèi)整車廠商很難系統(tǒng)合理的評價(jià)ESP控制性能，更無法根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段對汽車電子供應(yīng)商提出完善的產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)要求，大大增加了整車廠商與汽車電子供應(yīng)商的底盤電控系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)周期和研發(fā)成本。

鑒于上述情況，課題組結(jié)合當(dāng)前的研究基礎(chǔ)，提出一套汽車底盤電控系統(tǒng)性能評價(jià)和實(shí)驗(yàn)測試流程規(guī)范并構(gòu)建了一個(gè)用于ESP系統(tǒng)試驗(yàn)測試的測控系統(tǒng)平臺。

ESP系統(tǒng)測試平臺
課題組搭建的ESP系統(tǒng)測試平臺主要包括三大部分：

1. ESP試驗(yàn)測試流程規(guī)范；

2. 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；

3. 試驗(yàn)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

試驗(yàn)測試流程規(guī)范規(guī)定了ESP測試所需的試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)?zāi)康?、測試變量和儀器、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)方法，以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法。

試驗(yàn)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)作為電控系統(tǒng)以及整車性能評定的指南，從汽車相關(guān)基本理論出發(fā)，規(guī)定了性能好壞評定的方法與相應(yīng)原理。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括試驗(yàn)中測量所需變量（車輛參數(shù)和運(yùn)動狀態(tài)）的傳感器及其數(shù)據(jù)采集卡和相關(guān)軟件。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能好壞在一定程度上決定了整個(gè)測試系統(tǒng)能否準(zhǔn)確評價(jià)整車性能以及ESP系統(tǒng)的優(yōu)劣。

ESP作為最新一代汽車主動安全系統(tǒng)，ESP是基于汽車動力學(xué)對汽車臨界失穩(wěn)狀態(tài)下施加準(zhǔn)確控制來提高汽車穩(wěn)定性的系統(tǒng)。因此為了驗(yàn)證ESP系統(tǒng)的性能，就需要大量實(shí)車試驗(yàn)。完成試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集將面臨兩大難題：一是，測試設(shè)備眾多（GPS、陀螺儀、非接觸式光電測速儀、輪速傳感器、壓力傳感器、觸發(fā)器等，如圖2所示），二是，測試環(huán)境惡劣（沖擊、震動、高溫、高濕度等）。通過調(diào)研，我們選擇了LabVIEW 和 PXI的測試平臺。

ESP試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所依賴的數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用了NI PXI系統(tǒng)以及相應(yīng)的PXI數(shù)據(jù)采集卡，上述系統(tǒng)與測試所需的傳感器構(gòu)成了ESP試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件部分，，傳感器、觸發(fā)器通過接線盒及電纜與采集卡或機(jī)箱相連。硬件系統(tǒng)搭建的過程中，我們遇到了一個(gè)問題：我們采用的PXI機(jī)箱需要220V交流供電，而試驗(yàn)測試中車載電源是12V直流蓄電池，對此我們采用了逆變器將12V直流電轉(zhuǎn)變?yōu)?20V交流電，然后直接供給PXI機(jī)箱。為了避免汽車運(yùn)行過程中蓄電池電壓波動對傳感器造成損壞以及影響測量準(zhǔn)確度，傳感器供電沒有直接采用蓄電池電源，而是通過穩(wěn)壓器將220VAC轉(zhuǎn)換到12VDC，進(jìn)而供給相應(yīng)的傳感器，電源系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。220V交流逆變器和PXI機(jī)箱安裝在測試車輛后備箱的鋁合金支架上，如圖4所示，支架通過螺栓與車身地板相連，從而保證機(jī)箱在車輛行駛過程中不會晃動。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件是在LabVIEW中實(shí)現(xiàn)的，主要應(yīng)用了LabVIEW中數(shù)據(jù)采集模塊、及文件IO模塊，針對眾多的測量信號，編程中我們采用了各信號分別采集、同時(shí)存儲的架構(gòu)，由于試驗(yàn)中采樣率不高（20Hz），信號同步要求不高，故采用了局部變量進(jìn)行信號的同步存儲。整體程序框架如圖5所示。程序前面板如圖6所示，前面板主要分為兩個(gè)區(qū)域，左側(cè)區(qū)域?yàn)榕渲脜^(qū)，主要用于試驗(yàn)過程中需要進(jìn)行輸入、更改的量，如信號采集端口的配置選擇，如模擬輸入通道（AI）的選擇，RS232端口的選擇，波特率的配置等，以及測量結(jié)果文件名稱的更改、存儲位置的選擇等。右側(cè)區(qū)域?yàn)樵囼?yàn)中重要檢測量的實(shí)時(shí)顯示，便于試驗(yàn)過程中對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)明顯的錯(cuò)誤時(shí)，及時(shí)進(jìn)行儀器調(diào)整或檢修，并重新進(jìn)行測試。圖7、圖8為試驗(yàn)結(jié)果曲線。圖7中紅色點(diǎn)為試驗(yàn)中的標(biāo)樁，結(jié)果顯示車輛能順利通過單移線中的所有標(biāo)樁。圖8中品紅色的線表示ESP功能是否被激活，以及制動主缸和各輪缸的壓力。

結(jié)論

ESP是未來汽車主動安全系統(tǒng)發(fā)展的一大方向，ESP實(shí)車道路試驗(yàn)不僅是ESP控制系統(tǒng)優(yōu)劣的最終評判手段，ESP實(shí)車道路試驗(yàn)在ESP控制算法開發(fā)階段也具有一定的指導(dǎo)意義。

基于PXI系統(tǒng)良好的可擴(kuò)展性，我們快速搭建了ESP系統(tǒng)性能試驗(yàn)的測試平臺，夏季在海南汽車試驗(yàn)場、冬季在黑河紅河谷試驗(yàn)場極端苛刻的試驗(yàn)環(huán)境下，測試系統(tǒng)準(zhǔn)確有效的采集了ESP系統(tǒng)試驗(yàn)的測試信號，大大推動了863計(jì)劃底盤控制系統(tǒng)的研究，為我們自主底盤電控系統(tǒng)進(jìn)一步的完善提供了有力的支撐。