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标致雪铁龙基于CarMaker的ESC HIL仿真测试

   日期:2014-04-15    
 引言
        电子稳定控制ESC系统是第一个主动安全系统,根据驾驶员意图和车辆运动状态判断车辆是否处于稳定状况,当车辆发生失稳情况后能够对适当的车轮施加制动,纠正车辆的过多转向或不足转向。事实上,所有验证ESC系统效果的研究已经证明:在相同条件下,一组配置了ESC的车辆与同款没有配置ESC的车辆相比,根据不同原因,事故危险性下降了10%到60%之多。
        在2009年欧洲国会和委员会采用了布鲁塞尔法规第661条——标准车辆安全性法规。这条法规规定欧洲车辆强制要求具备主动安全特性,比如ESC系统。从2014年11月起,对于所有新上市车型包括客车和商用车,都需强制配置ESC。
 
1. 官方技术服务供应商的应用
        历史上侧向车辆动力学是没有法规的,由此产生了规范R13H附件9。PSA和UTAC从2010年开始讨论这个课题,他们提出了一个观点:定义R13H附件9应用于装配ESC系统的车辆原型认证。这个规范允许使用仿真去获得原型认证。在ABS/ESP系统开发过程中,标致雪铁龙(PSA)需要大量测试,因此很自然使用仿真工具去降低大量的实车测试。HIL仿真集成了真实ESC控制单元的实时平台、整体仿真车辆、传感器和执行器,这意味着ESC好像置身于真实车辆环境中。
 
2. PSA HIL仿真工具验证
        为了说明这个HIL仿真方法的有效性以及定义ESC系统的认证过程,UTAC制定了一个框架来验证该工具的成熟水平。
        PSA基于一个仍在开发阶段的项目,使用有代表性的模型用于集成ESC系统的车辆动力学仿真应用。鉴于这个目的,PSA选择的车辆动力学模型是IPG公司的CarMaker,这个模型可以用于SIL(software in the loop)或HIL (hardware in the loop)环境。PSA关注的是ESC HIL仿真,这个仿真能够产生真实的结果,并且用户能够测试一个标准ECU产品及其物理接口。
        为了定义车辆模型参数,模型输入数据过程的第一阶段关注必要功能特性的覆盖度。这些输入数据来自PSA不同部门和外部供应商。这些数据包含:
•   结构数据(质量、惯量、重心、轮距等);
•   底盘数据,针对特性测试台上有效测量值(运动学,平顺性、弹簧、阻尼、防滚刚度、轮胎特性等);
•   制动回路参数(吸入阀,主缸直径等);
•   ESC液压模块参数(电磁阀图表,储能器,衰减器)。
        这个初始步骤阶段的模型典型性没有验证,为了验证模型代表性,有必要进行车辆动态测量。这里测量有五中类型:第一个是被动压力控制的液压测量。上游压力由驾驶员提供。通过泄压阀和进压阀调整轮缸压力(ABS、EBD功能)。对于主动压力控制的压力测量,上游压力由ESC泵产生。通过泄压阀和进压阀以及控制阀调整轮缸压力,(ESC、BASR功能)。然后其它类型是稳态行为的车辆动力学测量(ESC off);瞬态行为的车辆动力学测量(ESC off);结合轮胎力的车辆动态测量(换道或弯道制动)。
        对于模型输入数据和测量输入数据,通过比较各种操作期间仿真和测量产生的曲线建立模型第一层相关性。当比较结果不满意时,就必须执行辨识模型参数的过程。这个工作分成两个相关部分:ESC系统液压模型和车辆动力学模型。当完成这两步后,该模型就可用于正弦驻留仿真。
 
3. 正弦驻留测试
        PSA正在开发阶段的车型项目(C4系列)用于sine with dwell测试。为了执行R13H附录9描述的操纵试验,实车试验有必要使用转向机器人产生所需频率0.7Hz的方向盘转角。在传感器标定、制动和轮胎动态测试一系列过程完成之后,就可以开始正弦驻留测试。如下图所示(方向盘转角270度):
       
 
        基于CarMaker模型,UTAC提出的正弦驻留试验在HIL测试台架上重现,然后将测量结果和仿真结果进行对比。下面所示图a和图b显示两个正弦驻留仿真结果:方向盘转角270度和方向盘转角200度。其中红色曲线代表实车测试曲线,蓝色曲线代表CarMaker仿真曲线。
方向盘转角=270度                                                                        方向盘转角=200度

        下表显示了正弦驻留测试结果,说明此款车型可以满足试验认证标准。
 
4. 结果
        为了实现ESC原型认证过程的HIL仿真,PSA基于CarMaker模型在HIL测试台架上自动执行一系列正弦驻留仿真,并后处理所有仿真曲线,自动产生UTAC认同的结果,满足R13H认证需求。
 
  
  
  
  
 
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