基于LabVIEW的汽車控制系統

在實驗室環境下，可以通過模擬路面阻力來對行駛中的汽車進行各種測量，包括汽車的功率、燃料消耗和尾氣排放效率。被測汽車的車輪被放置于測功機的前后轉鼓上。隨著操作人員啟動汽車，控制系統檢測汽車速度、加速度和扭矩，同時控制兩個直流電功率吸收系統（電動機和發電機）以控制轉鼓，并對汽車施加的載荷。如果要模擬車輛在道路上行駛的情況，可以控制主動減震器來準確模擬路面阻力和空氣阻力。系統中配備了*的采樣和分析設備，我們(北京瀚文網星www.bjcyck。。ｃｏｍ)可以測試車輛的廢氣排放，并在其它研究應用中研究替代燃料的效果。

全驅汽車的出現，增加了測功機控制系統的復雜性。除了要實現實時、低延遲和關鍵任務的控制性能以外，還需要控制硬件來管理多變量系統，同時保持前后轉鼓具有相同的速度和加速度。開發這樣的系統已經被證明是需要大量的開發時間和成本的。

圖2. 基于FPGA和實時控制器的CompactRIO平臺

我們(北京瀚文網星www.bjcyck。。ｃｏｍ)使用CompactRIO作為該應用的數據采集和控制平臺，基于可編程門陣列（Field-programmable gate array, FPGA）底板和高性能實時控制器的CompactRIO提供了經濟的且技術*的自動化控制系統。結合LabVIEW軟件所具有的強大的分析和控制能力，我們(北京瀚文網星www.bjcyck。。ｃｏｍ)的目標是盡量減少技術風險和開發時間。

應對工程挑戰的創新方案

針對全驅測功機的自動控制系統工程面臨幾個挑戰。作為一個靈活的編程環境，CompactRIO和LabVIEW跨越了Windows操作系統、實時系統和FPGA三種開發平臺，是我們(北京瀚文網星www.bjcyck。。ｃｏｍ)的解決方案成功實施的關鍵因素。

快速實時響應

對快速移動汽車的動力學特性的迅速響應需要在幾分之一秒內完成控制循環。在我們(北京瀚文網星www.bjcyck。。ｃｏｍ)的解決方案中，運行于CompactRIO的FPGA循環，執行了所有的測量和安全檢查，每秒運行一百萬次。實時嵌入式處理器的控制循環為每秒迭代250次，這提供了一個的動態響應。

革新性的測量方法

所有測量信號的質量，特別是速度和加速度信號，直接反映測功機控制和模擬的能力和高保真度。在我們(北京瀚文網星www.bjcyck。。ｃｏｍ)的解決方案中，CompactRIO平臺提供了幾個*且新穎的測量方法，如下所示：

· FPGA代碼實現數字輸入的自定義防抖動。

·  一種創新且準確的測量動態加速度值方法，基于編碼器的脈沖定時，而不是傳統的脈沖計數，在使用了1MHz的循環頻率后變得可行。

· 響應速度快、動態范圍大、線性度良好和工業級可靠性的模塊化I/O通道。

分布式軟件

除了小尺寸封裝和低成本，基于CompactRIO和Windows操作系統的控制系統有分布式系統強大的可編程性能，包括三大計算機平臺：FPGA、CompactRIO實時控制器和Windows操作系統。我們(北京瀚文網星www.bjcyck。。ｃｏｍ)使用LabVIEW在這些平臺之間實現了無縫的集成和編程。圖3顯示了物理控制器上的任務分配。

圖3. 控制系統軟件的分布式設計

基于以太網的自定義消息傳遞協議將控制室內的Windows主機和位于I/O柜內的CompactRIO實時控制器連接起來。我們(北京瀚文網星www.bjcyck。。ｃｏｍ)使用CompactRIO進行所有的測量和控制，而Windows操作系統用于顯示所有的用戶界面和進行數據記錄。

驗證模擬性能

我們(北京瀚文網星www.bjcyck。。ｃｏｍ)將汽車加至達100公里/小時的zui高時速，并在空檔模式下滑行。然后，我們(北京瀚文網星www.bjcyck。。ｃｏｍ)微調模擬參數以重現車輛在實際道路上運行時的速度與時間曲線，直至車輛逐步滑行停止。模擬過程能否快速收斂，以及觀測到的數據與車輛在不同速度下的滑行時間數據之間的接近程度，即為考量一個控制系統模擬精度的標準。

圖4. 滑行測量方法的詳細說明

我們(北京瀚文網星www.bjcyck。。ｃｏｍ)利用新型控制系統和不同汽車模型進行了多組測試。系統都可以成功地快速重現預期的高精度滑行性能。

結論

汽車滑行測試程序按行業標準在幾次迭代后收斂。我們(北京瀚文網星www.bjcyck。。ｃｏｍ)在零點幾秒內重現了滑行時間，且實現了小于10N的加載誤差。同時，在全驅模式中，前后輪之間速度的差異保持zui低的0.07ppm。系統能運行至zui高時速為140km/h，且速度差異僅有0.01m/s。運行幾公里的后，前后輪前進所產生的距離差只有幾厘米。基于CompactRIO和LabVIEW的系統的靈活性比zui終結論更令人印象深刻。針對實施過程中的所有測量和控制挑戰，我們(北京瀚文網星www.bjcyck。。ｃｏｍ)快速找到令人滿意且新穎的解決方案。

基于LabVIEW的汽車控制系統

基于LabVIEW的汽車控制系統