應用領域: 控制與仿真
挑戰:根據新一代底盤" title="底盤">底盤發展趨勢搭建了四輪獨立驅動及轉向的新一代底盤實驗平臺" title="平臺">平臺,并對其控制算法及運動特性進行研究。
應用方案:使用National Instruments 公司的LabVIEW 軟件及PXI 控制新一代電動車地盤運動狀態及控制策略。
使用產品:
LabVIEW 8.6 軟件開發平臺;
PXI-1031 4 槽3U PXI 機箱;
PXI-8106 雙核2.16GHz 嵌入式實時控制器;
PXI-6229 M 系列數據采集卡;
PXI-8461 高速CAN 接口卡;
CompactRIO-9853 高速CAN 接口模塊
介紹
由于電機性能的提高、線控技術的發展,使輪邊獨立驅動與轉向車輛成為可能。有學者稱未來的車輛可能是一個電腦與四個輪子的組合。此種車輛的一個重要特點即為它的特性是由機械平臺和電子系統及控制算法特性共同決定的。本項目是對新一代車輛底盤的發展趨勢進行初步的探索驗證,采用基于NI 公司的PXI 平臺驅動集成在輪邊的驅動及轉向電機,使用LabVIEW 軟件對其進行控制使得汽車可以完成前輪轉向、后輪轉向、四輪同向轉向、四輪異向轉向、繞任意點原地轉向、斜行等多種運動模式,并且可以通過變換不同的控制算法,實現不同的車輛特性, 而且也可以實車驗證車輛的控制算法。
新一代底盤實驗平臺
由于電控技術的迅速發展,我們可以預知新一代底盤將會含有 大量的電器電子設備,相關研究表明在未來的二十年里,車輛的電子電器設備成本將會占到整車的 50%。因此研究新一代底盤的性能將會主要集中于控制策略及算法的研究。這也是我們搭建新一代底盤實驗平臺的原因。新一代底盤演示平臺采用了八個電機四輪獨立驅動,獨立轉向,同時為了減少轉向電機的無用功降低能耗并提高轉向靈敏性采用了零偏置的主銷,既主銷的各個參數均為零。而且,整車采用了線控轉向技術,同時可以根據轉向電機的反饋由力矩電機生成力感。整車均由鋰電池組供電,因此電池技術也是本項目研究課題之一。
PXI 硬件控制平臺
由于實驗平臺主要是電器電子為主體,所以需要選擇高性能、高精度的中控機,才能達到實時處理電器電子的反饋信息并根據此及駕駛員意愿調整車輛的運動狀態,并且可以方便快捷更改控制策略,驗證不同的控制算法。所以我們選擇了NI 公司的PXI-8106 這款高效處理器處理作為中央處理器,PXI-6229 M 作為數據采集端口, CompactRIO-9853 作為處理器與驅動電機及轉向電機通訊接口。選擇LabVIEW 作為軟件控制平臺是由于它是一種基于圖形化的編程語言的環境,便于開發者設計、調試程序, 而且顯示端面可以作為整車的人機交互接口,使整車操控更加人性化、簡潔化。另外,LabVIEW中集成了數據采集、串口控制、數據分析處理顯示等強大的數據庫。在PXI-8106處理中可以很流暢的運行LabVIEW程序,處理數據。同時可以規定程序運行的級別,根據不同的工況及控制策略決策出控制級別。
實驗平臺采用層次化控制,自上而下,充分利用了各個層次的資源,同時也降低了對PXI的性能要求,從而降低成本。其中LabVIEW程序根據駕駛員意愿及整車目前狀態決策出整車運動趨勢,通過PXI通訊結構向個電機控制器發出控制指令,各控制器控制電機執行指令直至達到期望狀態并向PXI反饋電機的狀態參數。
結論
經過實驗測試,PXI—LabVIEW控制平臺完全可以控制新一代底盤實驗平臺,而且可以根據不用的控制策略改變整車運動狀態并能處理、存儲實驗數據。
另外,基于LabVIEW的人機交互頁面能夠及時準確的顯示各部分的狀態。