结合运动仿真与阀信号检测的 esc hil 测试研究 · 2018-04-01 · 1...

8
中国测试 CHINA MEASUREMENT & TEST Vol.44 No.3 March袁2018 44 卷第 3 2018 3 结合运动仿真与阀信号检测的 ESC HIL 测试研究 李占旗高继东刘全周 中国汽车技术研究中心有限公司天津 300300冤 为内置集成车辆姿态传感器的 ESC 能够进行完整的功能和故障安全策略测试提出在硬件在环渊HIL冤仿真 测试技术中融合运动仿真及电磁阀信号检测方法三维运动转台通过模拟车辆三轴运动实现对车辆姿态传感器的运 动激励液压控制电磁阀信号检测单元通过霍尔传感器直接对线圈磁场强度进行感应再通过参数标定实现对阀控 制电流的准确采集继而驱动液压调节器模型基于悬架 KC 及轮胎动态试验等数据对整车系统模型进行参数化与 调校使之与实车特性具有较高的一致性对功能测试内容及各类故障模式进行分析构建的 ESC HIL 仿真测试系 统平台能够为集成式 ESC 提供完整的虚拟整车运行环境开发的测试评价规范可以作为对 ESC 控制进行评价的有 效依据关键词车辆工程仿真测试硬件在环电子稳定性控制阀信号检测 文献标志码A 文章编号1674-5124201803-0078-07 Research on ESC HIL testing based on motion simulation and valve signal detection LI Zhanqi袁 GAO Jidong袁 LIU Quanzhou 渊China Automotive Technology and Research Center Co.袁Ltd.袁Tianjin 300300袁China冤 Abstract: To ensure the ESC of inner-built integrated vehicle attitude sensor can carry out the full function and fail safe strategies test袁 a method for combining motion simulation with electromagnetic valve signals detection in the hardware-in-the-loop渊HIL冤 simulating testing technology is proposed. The 3D motion turntable excites the motion of the vehicle attitude sensor by simulating three-axis motion of the vehicle. The signal detection unit of hydraulic control solenoid valve directly induces the magnetic field intensity of the coil through the hall sensor袁 and then obtains the control current of the valve accurately through the parameter calibration so as to drive the hydraulic regulator model. The system model of complete vehicle is parameterized and adjusted based on the data of suspension KC and tire dynamic test袁 so that it is more consistent with the real vehicle characteristics. The testing contents of function and various failure modes are analyzed. The ESC HIL simulation testing system platform can provide a complete virtual operating environment of vehicle for integrated ESC. The test and evaluation specification developed can be used as an effective basis for the evaluation of ESC control. Keywords: vehicle engineering曰 simulation -testing曰 hardware -in -the -loop曰 ESC曰 valve signal detection 收稿日期2017-09-19收到修改稿日期2017-11-25 基金项目天津市科技计划项目渊14TXSYJC00456冤 作者简介李占旗渊1985-冤袁河南扶沟县人工程师硕士研究方向为汽车动力学仿真与电控系统硬件在环测试doi10.11857/j.issn.1674-5124.2018.03.016

Upload: others

Post on 30-Jan-2020

18 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: 结合运动仿真与阀信号检测的 ESC HIL 测试研究 · 2018-04-01 · 1 ESCHIL系统平台构建 1.1 总体架构 针对车辆姿态传感器集成式ESC袁结合运动仿真

中国测试CHINA MEASUREMENT & TEST Vol.44 No.3March袁2018第 44 卷第 3 期2018 年 3 月

结合运动仿真与阀信号检测的 ESC HIL测试研究

李占旗袁 高继东袁 刘全周渊中国汽车技术研究中心有限公司袁天津 300300冤

摘 要院为内置集成车辆姿态传感器的 ESC 能够进行完整的功能和故障安全策略测试袁提出在硬件在环渊HIL冤仿真

测试技术中融合运动仿真及电磁阀信号检测方法遥三维运动转台通过模拟车辆三轴运动实现对车辆姿态传感器的运

动激励曰液压控制电磁阀信号检测单元通过霍尔传感器直接对线圈磁场强度进行感应袁再通过参数标定实现对阀控

制电流的准确采集袁继而驱动液压调节器模型曰基于悬架 KC 及轮胎动态试验等数据对整车系统模型进行参数化与

调校袁使之与实车特性具有较高的一致性曰对功能测试内容及各类故障模式进行分析遥 构建的 ESC HIL 仿真测试系

统平台能够为集成式 ESC 提供完整的虚拟整车运行环境袁 开发的测试评价规范可以作为对 ESC 控制进行评价的有

效依据遥关键词院车辆工程曰仿真测试曰硬件在环曰电子稳定性控制曰阀信号检测

文献标志码院A 文章编号院1674-5124渊2018冤03-0078-07

Research on ESC HIL testing based on motion simulation and valve signal detection

LI Zhanqi袁 GAO Jidong袁 LIU Quanzhou渊China Automotive Technology and Research Center Co.袁Ltd.袁Tianjin 300300袁China冤

Abstract: To ensure the ESC of inner-built integrated vehicle attitude sensor can carry out the fullfunction and fail safe strategies test袁 a method for combining motion simulation with electromagneticvalve signals detection in the hardware-in-the-loop渊HIL冤 simulating testing technology is proposed.The 3D motion turntable excites the motion of the vehicle attitude sensor by simulating three-axismotion of the vehicle. The signal detection unit of hydraulic control solenoid valve directly inducesthe magnetic field intensity of the coil through the hall sensor袁 and then obtains the controlcurrent of the valve accurately through the parameter calibration so as to drive the hydraulicregulator model. The system model of complete vehicle is parameterized and adjusted based on thedata of suspension KC and tire dynamic test袁 so that it is more consistent with the real vehiclecharacteristics. The testing contents of function and various failure modes are analyzed. The ESCHIL simulation testing system platform can provide a complete virtual operating environment ofvehicle for integrated ESC. The test and evaluation specification developed can be used as aneffective basis for the evaluation of ESC control.Keywords: vehicle engineering曰 simulation -testing曰 hardware -in -the -loop曰 ESC曰 valve signaldetection

收稿日期院2017-09-19曰收到修改稿日期院2017-11-25基金项目院天津市科技计划项目渊14TXSYJC00456冤作者简介院李占旗渊1985-冤袁男袁河南扶沟县人袁工程师袁硕士袁研究方向为汽车动力学仿真与电控系统硬件在环测试遥

doi院10.11857/j.issn.1674-5124.2018.03.016

Page 2: 结合运动仿真与阀信号检测的 ESC HIL 测试研究 · 2018-04-01 · 1 ESCHIL系统平台构建 1.1 总体架构 针对车辆姿态传感器集成式ESC袁结合运动仿真

第 44 卷第 3 期

0 引 言汽车行驶的安全性很大程度上依赖于侧向动力

学袁侧向稳定性的丧失将使汽车失去转向能力或引

起剧烈回转[1]遥 电子稳定性控制渊ESC冤系统以转向盘

转角尧 车辆横摆角速度及侧向加速度等作为输入袁通过控制差动制动和调节发动机转矩有效保证汽车

的侧向稳定性和转向操作性[2]遥ESC 在保障汽车行驶

侧向稳定性方面起着至关重要的作用[3]遥由于汽车失稳大多发生在低附着的冰雪路面或

极限的驾驶过程袁为了对 ESC 进行完整高效的测试

和验证袁硬件在环渊HIL冤仿真测试技术具有明显的实

现优势遥 HIL 仿真测试通过为电控系统构建虚拟的

整车电气和工况运行环境袁 能够对车辆各种复杂尧极限尧危险驾驶工况进行仿真袁同时能够为电控系

统进行各类故障模式的模拟袁从而可以对电控系统

进行完整的功能策略测试以及各类故障模式下的安

全处理策略测试遥硬件在环仿真测试技术在国外主要的汽车

公司已经获得了广泛认可和应用袁 国内汽车企业在

逐步规范电控系统开发流程的同时对其认识也在

逐渐深入遥 针对 ESC 的硬件在环仿真测试技术研

究袁在国外汽车企业和科研单位都比较广泛袁在国内

较少且主要集中在高校遥总体来说袁国内外对于 ESC的 HIL 仿真测试系统平台多带有真实的液压或气动

管路袁需要与液压或气动制动系统台架结合袁如Edoardo Sabbioni 等建立了液压制动系统台架[4-5]袁陆艺等建立了气动制动系统台架[6-7]曰同时对车辆横摆

角速度尧侧向加速度及纵向加速度传感器渊本文统称

这 3 个传感器为车辆姿态传感器冤信号采用总线的

方式进行仿真遥采用液压制动系统台架袁可以直接得到制动系统

的液压特性[8]袁但不能对制动主缸压力尧轮缸压力变

化等液压制动系统相关部分注入故障遥 针对这种限

制袁本文对液压制动系统进行建模袁对 ESC 液压控

制电磁阀进行电磁信号的检测采集袁通过采集到的电

磁阀信号驱动液压制动系统模型的方式实现对 ESC的硬件在环仿真测试遥 这种方式在对液压系统注入

各类故障的同时也可以灵活改变制动系统参数袁在整车开发早期制动系统未确定的情况下更加适用遥

车辆姿态传感器目前多集成在 ESC 控制器内

部袁针对这种集成式 ESC袁不能通过总线对其信号进

行仿真袁如果不改变控制器原有软硬件结构袁无法实

现硬件在环测试遥针对这种限制袁本文采用3D 运动转

台通过运动仿真的方式实现对车辆姿态传感器的运

动激励袁从而满足集成式 ESC 的硬件在环测试需求遥

1 ESC HIL系统平台构建1.1 总体架构

针对车辆姿态传感器集成式 ESC袁结合运动仿真

与电磁阀信号检测技术袁构建的 HIL 系统平台总体

架构如图 1 所示遥硬件仿真平台中袁HIL机柜采用dSPACE Simulator袁

用于仿真 ESC 需要的传感器等输入信号袁采集电磁

阀控制等输出信号袁并对 3D 转台进行控制与状态检

测曰ESC 控制器渊ECU冤及阀信号检测单元渊VSD冤安置在 3D 转台中遥 控制与显示软件运行于上位机控

制平台袁其中测试管理平台主要进行硬件管理尧虚拟

仪表显示尧数据监控尧变量及参数设置尧故障注入及

诊断等曰3D 运动可视化平台主要对车辆运行状态进

行动画显示遥实时仿真模型由车辆模型和 IO 模型组

成袁模型参数化和工况设置平台对车辆模型进行参

数化并对车辆仿真工况进行设置袁实时仿真模型在上

位机控制平台进行开发和配置袁并下载实时运行于

HIL 机柜遥1.2 硬件仿真平台设计搭建

硬件仿真平台通过对传感器信号的模拟尧 执行

器信号的采集以及残余总线的仿真袁为 ESC 提供正

李占旗等院结合运动仿真与阀信号检测的 ESC HIL 测试研究

图 1 车辆姿态传感器集成式 ESC HIL 系统平台总体架构

测试管理平台

3D运动可视化平台

软件控制与显示

车辆模型

I0模型

实时仿真模型

车辆模型参数化和工况设置平台

上位机控制平台

硬件仿真平台

3D转台

与其他控制器交互信号

CAN噎

输入输出

ESP OFF开关制动灯开关

电磁阀信号

轮速

主缸压力

3D转台控制

ECU+VSDECU+VSD

HIL 机柜

79

Page 3: 结合运动仿真与阀信号检测的 ESC HIL 测试研究 · 2018-04-01 · 1 ESCHIL系统平台构建 1.1 总体架构 针对车辆姿态传感器集成式ESC袁结合运动仿真

中国测试 2018 年 3 月

常工作的电气运行环境和总线通信网络遥 对于集成

在 ESC 控制器内部的车辆姿态传感器袁还要通过 3D运动转台为其提供运动仿真遥1.2.1 3D 运动转台

3D 运动转台通过 3 个伺服电机的驱动带动其

转体绕 3 个轴进行旋转袁ESC 控制器通过机械连接

安置在转体上跟随转体旋转袁从而为车辆姿态传感器

提供 3 个自由度的激励运动遥ESC 纵向和侧向加速度传感器为微机械传感

器袁基于其工作原理袁可以通过传感器的倾斜度实现

对其加速度值的等效袁等效的加速度值即是重力加

速度在其测量方向的分量袁如图 2 所示袁即 a=gsin兹袁其中 a为测量的加速度袁g为重力加速度袁兹 为转体

的倾斜角度遥

3D 运动转台的其中两个电机采用角度控制模

式袁可以通过控制转台倾斜角度的变化实现对纵向和

侧向加速度传感器的运动激励曰 另外一个电机采用

速度控制模式袁可以通过控制旋转角速度实现对横摆

角速度传感器的运动激励遥 3 个电机的运动由车辆

模型计算出的纵侧向加速度和横摆角速度值解耦后

进行综合控制袁最终使 3 个电机的运动与车辆的 3 个

运动实现等效遥1.2.2 电磁阀信号检测单元

液压式 ESC 的液压调节器渊HCU冤是对控制器

控制指令响应的执行部件总成袁由 4 个常开电磁阀尧4 个常闭电磁阀尧2 个吸入电磁阀尧2 个限压电磁阀尧双联液压泵和直流电机尧蓄能器尧缓冲腔尧单向阀等

组成[9]遥 ESC 主要通过对泵电机和 12 个液压电磁阀

的控制袁实现对液压制动系统的主动建压以及轮缸

增压尧保压尧减压的控制[10]遥本文构建的 ESC HIL 系统不引入真实的液压

制动系统袁采用阀信号检测单元对液压控制电磁阀以

及电机控制信号进行采集袁驱动液压制动系统模型中

的 HCU 模块遥 液压制动系统模型包括制动主缸尧真

空助力器尧除泵电机外的 HCU尧液压管路尧轮缸等袁ESC 控制器及电磁阀线圈尧泵电机为真实部件遥

VSD 阀芯安装有阀信号检测传感器袁通过将真

实 HCU 电磁阀芯拆分后的 ESC 控制器及控制阀线

圈配合袁可以测量电磁阀信号的电流大小袁如图 3 所

示袁对于开关阀识别其开关状态袁对于线性阀测量其

控制的电流大小遥

由于 ESC 控制器与 HCU 拆分袁也就拆分出了主

缸压力传感器和泵电机遥 对于主缸压力传感器可以

通过 HIL 机柜对其进行电气仿真袁同时也就增加了

主缸压力变化及配置的灵活性袁可以对其注入各类

故障遥 对于泵电机也可以对其注入电气故障遥1.2.3 信号列表设计

信号列表主要是根据 ESC 接口需求配置的

ESC 控制器信号及引脚与 HIL 机柜的板卡通道及接

口的映射关系袁是搭建硬件台架及配置 IO 模型的依

据袁如图 4 所示遥

图 2 加速度传感器运动仿真原理

兹g

a=gsin兹

图 3 ESC 控制器及线圈与阀信号检测单元阀芯

ESC控制器及

控制阀线圈

VSD阀芯

传感器部分

图 4 ESC 控制器与 HIL 机柜信号映射

ESC HIL机柜电源供电

点火信号

4个轮速传感器

主缸压力传感器

ESC OFF开关

HDC开关

Auto Hold开关

轮速信号输出

CAN12个阀状态

泵电机状态

KL30KL15Current Source伊4DACDIG_OUTDIG_OUTDIG_OUTPWM_INCANADC*12PWM_IN/ADC

80

Page 4: 结合运动仿真与阀信号检测的 ESC HIL 测试研究 · 2018-04-01 · 1 ESCHIL系统平台构建 1.1 总体架构 针对车辆姿态传感器集成式ESC袁结合运动仿真

第 44 卷第 3 期

1.2.4 IO 模型配置

IO 模型主要将车辆模型计算或驾驶员操作的

物理信号通过数值计算或 Table 表转换成电气信号

值袁再根据 ESC 与 HIL 机柜 IO 板卡的映射关系驱动

相应硬件通道袁同时把机柜采集到的 ESC 电磁阀等

执行器及控制信号的电气值转换成物理值反馈给车

辆模型遥 IO 模型还对机柜的总线通道及残余总线信

号进行配置遥以主缸压力传感器 IO 模型配置为例袁如图 5 所

示袁结合采集的传感器供电电压 U_supply袁通过数值

计算把车辆模型输出的主缸压力 P转换为传感器两

路信号的电压值 Up1尧Up2遥

1.2.5 开环系统参数标定与测试

开环系统是在引入车辆模型之前袁IO 模型与控

制器构成的无车辆控制及状态闭环的系统遥 开环系

统参数标定与测试主要是对控制器与 HIL 机柜之间

的接口进行匹配和测试袁保证机柜仿真与控制器识别

的传感器信号一致袁机柜采集与控制器控制的执行器

信号一致袁从而为 ESC 提供一个准确可靠的电气运

行环境遥以左前轮常开阀标定为例袁首先对霍尔传感器采

集电压与 ESC 控制电流之间的关系进行标定袁处理

后的关系曲线如图 6 中实线所示袁把此关系写到

IO 模型曰 再控制 ESC 以同样的电流驱动电磁阀袁IO模型最终识别的电流如图 6 中虚线所示遥1.3 闭环系统构建

闭环系统是控制器经过 IO 与车辆模型构成的

控制-反馈系统袁真正实现了真实控制器与虚拟车辆

的闭环袁是在开环系统的基础上构建的袁为控制器提

供了车辆工况运行环境遥 构建 ESC 闭环系统首先要

对车辆模型进行参数化与调试袁使模型与目标车辆在

横向动力学特性上具有较高的一致性袁再把调试完成

的车辆模型与 IO 模型集成对接袁与 ESC 构成闭环系

统并进行调试遥1.3.1 车辆模型参数化与调试

车辆模型采用基于 Simulink 开发的 ASM 商业

数学模型袁其具有较高的实时性袁可满足 1 ms 定步

长仿真周期遥 参数化与调试主要根据模型需要的整

车或系统特性参数和曲线袁对整车或台架试验数据进

行分析和处理曰 再把处理完成的数据对模型进行配

置曰然后通过典型试验工况袁以相同的输入把车辆模

型仿真的车辆状态与实车试验曲线进行对比分析袁并对模型参数进行调整直到车辆模型仿真的特性与

实车具有较高的一致性遥 满足 ESC 测试需求主要需

对模型的整车基本参数尧悬架 KC 特性尧轮胎特性尧转向系统参数等进行配置遥

以悬架 KC 特性中前轮中心 X 方向位移与转向

横拉杆位移以及车轮垂向跳动的关系为例袁通过对 KC试验数据进行处理袁得到了符合 ASM 要求的关系曲

线袁如图 7 所示遥

图 5 主缸压力传感器 IO 模型

0.02*u+0.5

-0.02*u+4.5

U_supply_5V

U_supply

P

>=4.5

Up1

Up2

5

主缸压力寅 两路传感器信号电压

伊伊衣1

2 1

2

图 6 左前轮常开阀采集电压/识别电流-控制电流标定曲线

00.10.20.30.40.50.60.70.8

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7控制电流/A

012345

采集电压识别电流

图 7 处理完成的悬架 KC 特性曲线示例

-60 -40 -20 0 20 40 60 -90-60-300

30 60-40-30-20-10

010203040

李占旗等院结合运动仿真与阀信号检测的 ESC HIL 测试研究 81

Page 5: 结合运动仿真与阀信号检测的 ESC HIL 测试研究 · 2018-04-01 · 1 ESCHIL系统平台构建 1.1 总体架构 针对车辆姿态传感器集成式ESC袁结合运动仿真

中国测试 2018 年 3 月

以 100 km/h 紧急双移线工况为例袁把实车试验

采集的转向盘转角作为车辆模型的转向输入袁并控制

车速为 100 km/h袁调试完成后的车辆模型仿真的横

摆角速度及侧向加速度与实车试验对比曲线如图 8所示袁其中实线为实车试验曲线袁虚线为模型仿真曲

线遥由曲线对比可知袁参数化完成后的车辆模型与实

车具有较高的一致性遥1.3.2 实时仿真模型集成

配置调试完成的车辆模型与 IO 模型集成袁形成

ESC 的闭环实时模型遥 集成主要对模型之间的接口

进行配置袁把驾驶员操作及车辆模型计算的车辆状态尧Soft 控制器仿真的控制及状态信号传递给 IO 模型曰同时把 IO 模型采集处理的 ESC 控制及总线信号传

递给车辆模型及 Soft 控制器袁使 ESC 与车辆模型实

时闭环遥2 测试开发与实施2.1 测试内容

基于对 ESC 功能策略及故障诊断与安全策略

的研究袁结合构建的 ESC HIL 系统平台特点袁对测

试内容进行研究遥 ESC 功能测试内容结合工况和功

功能 测试目标 测试案例渊工况冤分类

ABS1冤路面识别

2冤车速计算

3冤控制功能

高低附着均质尧对开尧对接尧复合路面制动曰空载尧满载制动袁等

TCS 1冤车速计算

2冤控制功能高低附着均质尧对开尧对接尧复合路面起步及加速超车袁等

AYC 1冤控制功能

2冤多功能复合动态不足转向尧动态过多转向曰纯 AYC 控制尧与 ABS 复合控制曰AYC 工作前/中 ESC OFF袁等

AutoHold 1冤控制功能 平路驻车起步曰坡道驻车起步

协同控制 1冤对其他控制器请求的响应 EPB 减速请求曰AEB 减速请求曰ACC 控制请求袁等

系统供电

1冤电压适应性

2冤上电初始化

3冤下电休眠时间

功能/总线/诊断正常工作上下限电压曰电源状态切换

表 1 ESC功能测试内容简述

图 8 100 km/h 紧急双移线模型仿真与实车试验对比曲线

0 1 2 3 4 5时间/s

-60-40-20

020406080

模型实车

渊a冤转向盘转角

00 1 2 3 4 5时间/s

20406080

100

模型实车

渊b冤车辆纵向速度

渊c冤车辆横摆角速度

0 1 2 3 4 5-25-20-15-10-505

10152025

时间/s

模型实车

渊d冤车辆侧向加速度

0 1 2 3 4 5时间/s

-8-6-4-202468

模型实车

82

Page 6: 结合运动仿真与阀信号检测的 ESC HIL 测试研究 · 2018-04-01 · 1 ESCHIL系统平台构建 1.1 总体架构 针对车辆姿态传感器集成式ESC袁结合运动仿真

第 44 卷第 3 期

能点展开袁根据测试目标及深度的不同而调整袁表 1是功能测试内容的示例简述遥

通过各类模式的故障注入袁从故障识别和安全

处理措施的角度对 ESC 故障诊断与安全策略进行

测试袁故障注入的类型如表 2 所示遥2.2 测试开发

依据测试目标确定的测试内容袁综合运用黑盒

测试技术和方法对 ESC 功能和故障诊断测试规范

进行开发遥测试规范是测试实施的依据和核心文档袁按照分类分组清晰以及可追溯性的原则进行用例组

故障分类 故障模式

电气故障

1冤传感器信号对电源/地短路尧开路

2冤执行器信号对电源/地短路尧开路

3冤轮速信号电流特性异常

4冤系统供电异常

功能故障1冤传感器信号过大/小尧不一致尧原始偏差袁开关卡滞

2冤执行器执行故障尧机械故障

网络故障

1冤CAN 信号校验错误尧Counter 错误尧无效尧错误

2冤CAN 报文丢失尧节点丢失

3冤CAN-H/CAN-L 线路故障尧Bus OFF

表 2 ESC故障注入类型

图 9 70 km/h 雪地开环双移线 AYC 功能测试结果曲线渊1 bar=0.1MPa冤

渊a冤车辆横摆角速度与侧向加速度

0 2 4 6 8 10 12-15-10-505

1015

时间/s

横摆角速度侧向加速度

0 2 4 6 8 10 12时间/s

0102030405060

渊b冤4个轮缸制动压力

0 2 4 6 8 10时间/s

渊c冤4个常闭电磁阀开关状态

12 0 2 4 6 8 10 12时间/s

0.00.20.40.60.81.01.2

渊d冤4个常开电磁阀电流

0 2 4 6 8 10 12时间/s

渊e冤2个吸入电磁阀开关状态 渊f冤2个限压电磁阀电流

0 2 4 6 8 10 12时间/s

0.00.20.40.60.81.0

1.41.2

李占旗等院结合运动仿真与阀信号检测的 ESC HIL 测试研究 83

Page 7: 结合运动仿真与阀信号检测的 ESC HIL 测试研究 · 2018-04-01 · 1 ESCHIL系统平台构建 1.1 总体架构 针对车辆姿态传感器集成式ESC袁结合运动仿真

中国测试 2018 年 3 月

织袁每条用例包括测试目标尧初始条件尧测试步骤尧结束条件尧评价变量与指标等内容袁同时测试规范要与

设计规范等设计来源实现关联遥 测试开发可沿着先

矩阵后规范的思路设计遥根据需求也可把测试规范通过自动化测试开发

软件固化成自动化测试序列袁用于自动化测试遥2.3 测试实施

基于构建的 ESC HIL系统平台袁依据开发的测试

规范袁可以展开对 ESC功能和故障诊断策略的测试遥以横摆稳定性控制渊AYC冤功能测试为例袁在

70 km/h 车速雪地开环双移线工况下的测试结果

曲线如图 9 所示袁图中曲线分别为车辆横摆角速度

及侧向加速度尧4 个轮缸制动压力尧4 个常闭电磁阀

渊NC_Valve冤开关状态尧4 个常开电磁阀渊NO_Valve冤电流尧2 个吸入电磁阀渊PRC_Valve冤开关状态尧2 个限压

电磁阀渊COV_Valve冤电流遥 由测试曲线可知袁ESC 通

过控制线性阀的电流大小及开关阀的开关状态袁实现

对 4 个车轮制动压力的调节袁从而保持了车辆的稳定

性曰同时构建的HIL系统平台可以很好地测量 12 个电

磁阀的工作状态袁从而能够对阀的控制进行细致分析遥以车轮防抱死控制渊ABS冤功能测试为例袁90km/h

初始车速低附着渊滋=0.2冤到高附着渊滋=0.8冤对接路面

制动工况的测试结果曲线如图 10 所示袁图中曲线分

别为车辆纵向速度及 4 个车轮速度尧4 个轮缸制动

压力袁其中轮缸制动压力由液压系统根据各个阀的控

制状态模拟计算得到遥由测试曲线可知袁在均质路面

及附着状态跳变的过程中袁ESC 通过调节各个轮缸

的制动压力有效防止了车轮抱死曰 构建的 HIL 闭环

系统平台可以有效实现 ABS 功能测试遥以 4 个主动式轮速传感器电流超出范围故障诊

断测试为例袁测试结果曲线如图 11 所示袁图中曲线

分别为车辆模型仿真的 4 个车轮轮速袁以及 ESC 总

线发出的 4 个车轮轮速遥由测试曲线可知袁在车辆行

驶过程中注入 4 个轮速传感器电流超限故障袁ESC检测出故障后把总线轮速值置为错误值袁同时通过诊

断服务可读取相应的故障码曰 构建的HIL系统平台可

对控制器注入故障袁实现对 ESC 的故障诊断测试遥

3 结束语本文结合运动仿真平台和阀信号检测单元构建

了 ESC 硬件在环仿真测试系统平台袁其中 3D 运动转

台可以为车辆姿态传感器集成式 ESC 提供 3 个自

由度的运动仿真袁突破了无法通过外部电气信号对其

进行传感器仿真的限制曰 阀信号检测单元可以对液

压电磁阀控制状态进行采集袁而不再需要引入真实液

压系统袁减少了真实液压制动系统无法注入故障以及

整车开发早期制动系统未确定情况的限制遥 通过开

环系统参数标定与测试袁实现了对 ESC 传感器信号

的准确仿真及对执行器信号的准确识别曰通过车辆

动力学模型的参数化与调校袁使动力学模型与实车在

横向动力学上具有较高的一致性遥 通过对 ESC 功能

与故障诊断安全策略的研究袁对 ESC 功能和故障诊

断测试内容及测试规范开发进行了分析讨论遥 功能

及故障诊断测试结果表明袁本文构建

图 11 注入 4 个轮速传感器电流异常故障时轮速曲线

渊a冤车辆模型计算的4个轮速

120100806040200 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

时间/s

左前轮右前轮左后轮右后轮

渊b冤总线发出的4个轮速

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90时间/s

1000

200300400500600

左前轮右前轮左后轮右后轮

图 10 90 km/h 初始车速低到高对接路面

制动测试结果曲线

渊b冤4个制动轮缸压力

右后轮缸左后轮缸右前轮缸左前轮缸

0 0 2 4 6 8 10 12时间/s

20406070

103050

渊a冤车速和4个轮速

0 0 2 4 6 8 10 12时间/s

20406080

100左前轮右前轮左后轮右后轮车速

渊下转第 90 页冤

84

Page 8: 结合运动仿真与阀信号检测的 ESC HIL 测试研究 · 2018-04-01 · 1 ESCHIL系统平台构建 1.1 总体架构 针对车辆姿态传感器集成式ESC袁结合运动仿真

中国测试 2018 年 3 月

由不确定度表得知袁在干燥器耐压破坏试验中袁不确定度最大为 0.041 5袁 在制动钳耐压破坏试验

中袁不确定度最大为 0.0561遥 由此可知袁该设备试验

重复性好袁满足实验要求遥4 结束语

本文设计了一套基于数据采集与控制技术的汽

车制动部件耐压破坏测试系统袁实现对液压加压的

精确控制袁并且高效尧稳定尧方便遥实现对汽车制动部

件耐压破坏试验的综合测量遥试验结果表明袁该测试

系统运行稳定袁测试数据可靠袁已成功投入到企业中

使用遥参考文献

[1] 魏义. 汽车制动器总成制动性能试验台测控系统关键技

术的研究[D]. 合肥院合肥工业大学袁2008.[2] 马麟. 汽车制动软管性能综合测试系统应用研究[D]. 北

京院北京工业大学袁2014.[3] 周燕峰袁王耘袁齐放袁等. 机油冷却器静压测试系统的研

究与实现[J]. 现代机械袁2006渊4冤院6-8.[4] 胡晓峰. 气制动阀综合性能检测系统的研制[D]. 杭州院

中国计量学院袁2012.[5] 汽车与挂车 气压调节保护装置技术要求及台架试验方

法院QC/T 37-2015[S]. 北京院中国计划出版社袁2015.[6] 液压制动钳总成性能要求及台架试验方法院QC/T 592-

2013[S]. 北京院中国计划出版社袁2013.[7] 张新武袁李荣林袁洪建忠袁等. 超高压液压系统自动控制

技术[C]椅中国工程物理研究院科技年报袁2001.

[8] 郭楠. 气液增压系统的动态性能分析与优化研究[D]. 北京院北京印刷学院袁2013.

[9] 王浩. 汽车制动系统建模及压力控制方法研究[D]. 哈尔

滨院哈尔滨工业大学袁2012.[10] 李雪梅袁丁峰. 气液增压缸的结构原理与应用[J]. 流体传

动与控制袁2004渊6冤院24-25.[11] 林玉池袁曾周末. 现代传感技术与系统[M]. 北京院机械工

业出版社袁2009.[12] HAAB D袁 PATTEN D袁 ROLLINS R袁 et al. High speed

data acquisition system and method院 WO袁 US 5428357A[P]. 1995.

[13] 辛德刚袁林克正. 基于 PCI 数据采集卡的高速数据采集系

统设计[J]. 黑龙江科技信息袁2007渊3冤院54.[14] BOGDEVICIUS M袁 VLADIMIROW V. Simulation of

automobile hydraulic brake system[J]. 2002袁35渊3冤院67-70.

[15] SUBRAMANIAN S C袁 DARBHA S袁 RAJAGOPAL K R.A diagnostic system for air brakes in commercial vehi鄄cles[J]. IEEE Transactions on Intelligent TransportationSystems袁2006袁7渊3冤院360-376.

[16] 测量不确定度评定与表示院JJF1059-2012[S]. 北京院中国

质检出版社袁2012.[17] 刘渊.误差理论与数据处理[D].大连院大连理工大学袁 2009.

渊编辑院刘杨冤

的硬件在环仿真测试系统平台可以很

好地实现对 ESC 功能及故障诊断的测试和验证遥参考文献

[1] 王德平袁 郭孔辉. 车辆动力学稳定性控制的控制原理与

控制策略研究[J]. 机械工程学报袁2000渊3冤院97-99.[2] 李占旗. 基于差动制动的汽车横摆与侧翻稳定性集成控

制研究[D]. 长春院吉林大学袁2011.[3] 刘天洋袁余卓平袁熊璐袁等. 集成式电子液压制动系统防

抱死制动控制[J]. 汽车工程袁2017渊7冤院7067-774.[4] SABBIONI E袁 CHELI F袁 D爷ALESSANDRO V. Analysis

of ABS/ESP control logics using a HIL test bench[C]椅SAE 2011 World Congress & Exhibition.SAE袁2011.

[5] 杨建森. 面向主动安全的汽车底盘集成控制策略研究[D].长春院吉林大学袁2012.

[6] 陆艺袁薛剑袁徐博文袁等. 客车整车制动稳定性硬件在环

仿真研究[J]. 中国测试袁2016袁42渊3冤院128-134.

[7] 李兴国. 大型客车电子制动及电子稳定控制硬件在环系

统研究[D]. 长春院吉林大学袁2016.[8] SORNIOTTI A袁 VELARDOCCHIA M. Hardware-in-the-

Loop渊HIL冤 testing of ESP渊electronic stability program冤commercial hydraulic units and implementation of newcontrol strategies[C]椅22nd Annual Brake Colloquium &Exhibition.SAE袁2004.

[9] 孟爱红袁王治中袁宋健. 汽车 ESP 液压控制单元关键部件

建模与系统仿真[J]. 农业机械学报袁2013渊2冤院1-5.[10] KWON J袁 HONG T袁 PARK K袁 et al. Robustness

analysis of ESC ECU to characteristic variation ofvehicle chassis components using HILS technique [J].International Journal of Automotive Technology袁2014渊3冤院429-439.

渊编辑院莫婕冤

渊上接第 84页冤

90