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1、密级：公开电动汽车ABS控制半实物仿真系统设计Design of The Hardware-in-the-loop Simulation System for ABS Control in Electric Vehicle学 院：电气工程学院专 业 班 级：自动化0802学 号：080302035学 生 姓 名：刘 潇指 导 教 师：丁惜瀛 （教授） 2012 年 06 月III摘 要作为一种有效的汽车主动安全装置，电动汽车防抱死制动系统(ABS)能够在电动汽车制动过程中通过对四个车轮制动力矩的自动调节来防止车轮抱死，并使四个轮的滑移率维持在最佳滑移率附近，从而提高了汽车的制动效果以及方向稳定
2、性。传统ABS控制研究采用Matlab/Simulink数学仿真，置信度有限，而对车辆进行路面制动试验受许多条件的限制。硬件在环仿真技术能够根据实际情况建立基于真实硬件设备的模型代替原仿真系统的部分数学模型，大大缩短了控制器的开发周期和开发成本，并且比理论模型具有更高的可靠性，因此更适用于电动汽车ABS研究。为了改进传统ABS系统的局限性，进一步提高电动汽车制动系统的性能，本文在综述国内外相关文献的基础上，对基于滑移率的ABS控制半实物仿真系统进行了关键技术的分析和实现方法的研究，主要包括以下几个方面：第一，ABS控制器结构及控制原理研究。在深入研究汽车制动系统、ABS的工作原理及其性能指标的
3、基础上，对ABS控制进行理论分析，并确定了基于滑移率的PID控制算法。第二，电动汽车ABS控制实半实物仿真平台的设计。基于xPC Target实时仿真系统，搭建ABS控制硬件在环仿真平台，硬件控制器采用TI公司的定点式32位DSP芯片TMS320F2812。宿主机中的整车数学模型通过TCP/IP通讯协议下载到目标机中，设计合适的通讯接口实现目标机与DSP的同步通讯。第三，PID算法的C程序设计。建立CCS v3.3工程文件，主程序完成初始化功能， PID控制算法在外部中断服务子程序中实现。第四，程序调试及仿真实验。在CCS环境下调试程序，整定PID参数，实现滑移率的控制。在不同初始条件下进行仿
4、真，比较滑移率的控制效果，得出结论。关键词：电动汽车；硬件在环；xPCTarget；DSP；ABS；PID控制 AbstractAs an effective vehicle active safety device, the electric vehicle Anti-lock Braking System (ABS) can automatically control the brake torque of each wheel to prevent it from getting locked in the process of braking, and maintain the whe
5、el slip ratio near the optimal slip ratio. Thus, it improves the braking performance and directional stability of vehicle. At present, the traditional research of ABS control uses mathematical simulation under the environment of Matlab/Simulink, where the confidence level is limited. And the brake t
6、est of electric vehicle on road is restricted by a number of conditions. The hardware-in-the-loop simulation technology, which replaces the mathematical model in the simulation system, is more reliable than theoretical models. Whats more, it has a shorter development cycle and lower costs. So, it is
7、 more suitable for the study of electric vehicle ABS. In order to obtain higher braking efficiency, a study on hardware-in-the-loop simulation of ABS control based on slip ratio has been investigated after reviewing relevant research literatures, focusing on its key technology as well as realization
8、 algorithms. The research scope of this paper is illustrated as follows:First, the research of ABS controller structure and control theory. The electric vehicle braking system, ABS working principle and performance are deeply studied. PID control algorithm based on the slip rate is chose for the ABS
9、 control.Second, the design of Hardware-in-the-loop Simulation System for ABS control in Electric Vehicle. Based on xPC Target, the system uses TMS320F2812 which is a 32 bits fixed-point DSP of TI as the hardware controller. Mathematical model of electric vehicle in HostPC is downloaded to the Targe
10、tPC via TCP/IP. An appropriate communication interface is designed to achieve synchronous communication between TargetPC and DSP.Third, the build of a project for ABS control in CCS v3.3. PID algorithm is compiled in external interrupt Subroutine.Fourth, program debug and simulation test. Debug prog
11、rams and tune PID parameters in CCS v3.3. Simulations are conducted under different initial conditions. Different performances of slip ratio control are compared to draw the final conclusion.Keywords: electric vehicle; hardware-in-the-loop; xPCTarget; DSP; ABS; PID control II目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论
12、11.1 电动汽车概述11.1.1 电动汽车特点11.1.2 电动汽车发展现状11.2 汽车ABS发展现状21.2.1 国外汽车ABS发展现状31.2.2 国内汽车ABS发展现状41.3 本文采用的ABS控制研究方法51.3.1 ABS控制半实物仿真及其意义51.3.2 ABS控制半实物仿真平台61.4 本文主要研究内容和工作6第2章 电动汽车ABS控制82.1 四分之一车辆模型82.2 电动汽车ABS控制原理92.2.1 车轮制动时的受力分析92.2.2 滑移率与附着系数的关系112.2.3 电动汽车ABS控制原理122.3 电动汽车ABS控制结构及控制算法132.3.1 电动汽车ABS控制
13、结构132.3.2 电动汽车ABS控制算法132.4 本章小结15第3章 电动汽车ABS控制半实物仿真平台的设计163.1总体设计163.2 整车平台设计173.2.1 宿主机173.2.2 目标机183.2.3 宿主机与目标机之间的通讯193.2.4 数据采集卡203.3 ABS控制器硬件设计233.3.1 控制芯片选择233.3.2 硬件设计233.4 基于DSP的ABS控制器软件设计283.4.1集成开发环境283.4.2 软件设计293.5 整车平台与ABS控制器的通讯接口设计323.5.1 总体构成323.5.2 整车模型通讯模块设计323.5.3 通讯接口电路353.5.4 同步通
14、讯的实现363.6 本章小结37第4章 电动汽车ABS控制半实物仿真平台的验证384.1 基于Matlab/Simulink的ABS控制离线仿真384.2 基于xPC Target的ABS控制半实物仿真平台验证404.3 本章小结43第5章 总结与展望445.5 总结445.6 展望44参 考 文 献46致 谢48附 录49沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）第1章 绪 论1.1 电动汽车概述1.1.1 电动汽车特点电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。对于现代社会而言电动汽车不仅是一辆汽车，一种交通工具，更重要的是，它是集新能源、新材料、新技术
15、于一体的高科技技术产品，是一种新型的电气设备；它是实现节能减排、清洁环保、高效道路运输和现代网络结合的智能全新系统，代表着汽车的发展方向。同时，电动汽车相关高新技术的发展，促使汽车技术、电化学、新材料、新能源、微电子学、计算机智能控制等领域取得了巨大发展1。电动汽车具有如下特点：(1) 可用能源丰富：电动汽车所用的能源为二次电力能源，可利用太阳能、风能、水能、核能及潮汐能等多种再生资源获得，不再受到石油等有限资源的限制。(2) 零污染或者低污染：电动汽车使用电能作为能量源，本身不排放污染大气的有害气体，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其它污染物也显着减少。(3) 运行平稳，低噪声：传统汽车发动机工作工程中，进、排气过程和活塞在汽缸内往返运动产生的振动及噪声是整车振动和噪声的主要来源。电动汽车采用电驱动，不存此项振动和噪声。数据显示，电动汽车产生的噪声比内燃机汽车低10-15 dB。(4) 能量利用效率高：电动汽车采用电能作为能量源，电能以电流的形式传递，能量损耗小，转换能量的效率高达80%，即
