基于NI PXI和LabVIEW測試平臺的NI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

挑戰(zhàn):

電子穩(wěn)定系統(tǒng)(Electronic Stability Program, 簡稱ESP，下同)實車道路試驗不僅對場地要求十分苛刻，實驗過程具有相當?shù)奈ｋU性，而且所需測量的信號較多。實驗數(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。

解決方案:

面對ESP系統(tǒng)試驗苛刻的測試環(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)在海南試驗場成功完成了ESP試驗過程的數(shù)據(jù)采集，保證了試驗的順利進行。

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)特性進行控制，通過控制車輪的制動力和發(fā)動機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。

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)在汽車上的標準裝配率迅速提高，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)性能測試評價方法的研究基本空白，大多數(shù)驗證實驗均參考國外零部件商或相應(yīng)機構(gòu)的試驗方法或直接將測試試驗委托供應(yīng)商實施。目前，國內(nèi)汽車行業(yè)尚無形成統(tǒng)一的ESP測試標準，這使得國內(nèi)整車廠商很難系統(tǒng)合理的評價ESP控制性能，更無法根據(jù)試驗的結(jié)果在產(chǎn)品設(shè)計階段對汽車電子供應(yīng)商提出完善的產(chǎn)品設(shè)計技術(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)計周期和研發(fā)成本。

鑒于上述情況，課題組結(jié)合當前的研究基礎(chǔ)，提出一套汽車底盤電控系統(tǒng)性能評價和實驗測試流程規(guī)范并構(gòu)建了一個用于ESP系統(tǒng)試驗測試的測控系統(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試驗測試流程規(guī)范;

2. 試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);

3. 試驗評價標準。

試驗測試流程規(guī)范規(guī)定了ESP測試所需的試驗項目、試驗?zāi)康?、測試變量和儀器、試驗條件、試驗方法，以及實驗數(shù)據(jù)處理方法。

試驗評價標準作為電控系統(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。

試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括試驗中測量所需變量(車輛參數(shù)和運動狀態(tài))的傳感器及其數(shù)據(jù)采集卡和相關(guān)軟件。試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能好壞在一定程度上決定了整個測試系統(tǒng)能否準確評價整車性能以及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)下施加準確控制來提高汽車穩(wěn)定性的系統(tǒng)。因此為了驗證ESP系統(tǒng)的性能，就需要大量實車試驗。完成試驗數(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箱相連。硬件系統(tǒng)搭建的過程中，我們遇到了一個問題：我們采用的PXI機箱需要220V交流供電，而試驗測試中車載電源是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機箱。為了避免汽車運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、同時存儲的架構(gòu)，由于試驗中采樣率不高(20Hz)，信號同步要求不高，故采用了局部變量進行信號的同步存儲。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區(qū)域，左側(cè)區(qū)域為配置區(qū)，主要用于試驗過程中需要進行輸入、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)域為試驗中重要檢測量的實時顯示，便于試驗過程中對試驗數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，當試驗數(shù)據(jù)出現(xiàn)明顯的錯誤時，及時進行儀器調(diào)整或檢修，并重新進行測試。圖7、圖8為試驗結(jié)果曲線。圖7中紅色點為試驗中的標樁，結(jié)果顯示車輛能順利通過單移線中的所有標樁。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實車道路試驗不僅是ESP控制系統(tǒng)優(yōu)劣的最終評判手段，ESP實車道路試驗在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)良好的可擴展性，我們快速搭建了ESP系統(tǒng)性能試驗的測試平臺，夏季在海南汽車試驗場、冬季在黑河紅河谷試驗場極端苛刻的試驗環(huán)境下，測試系統(tǒng)準確有效的采集了ESP系統(tǒng)試驗的測試信號，大大推動了863計劃底盤控制系統(tǒng)的研究，為我們自主底盤電控系統(tǒng)進一步的完善提供了有力的支撐。