【《基于CarSim和LabVIEW仿真平台的汽车超车辅助控制系统设计》13000字（论文）】

[26]。4.2.3基于NI-PXI的仿真试验平台显然，在使用Windows操作系统(OS)的计算机上不能保证实时模拟。硬件和HIL仿真中的虚拟模型之间的实时交互是通过使用一个上载仿真模型的独立或专用的控制器件来保证的。美国\o"国家仪器"国家仪器有限公司（NI公司），率先上市应用了一种基于PXI的实时仿真平台。PXI系统提供了高性能的模块化仪器和丰富的I/O，这些I/O具有专用的同步功能和主要的软件功能，NI是PXI行业的领导者，提供种类丰富的产品和服务。PXI系统由三个主要的硬件组件组成：机箱、控制器和自定义模块。PXI系统还可以与NI自研发的数款软件联合进行使用，除了PXI作为控制器，还需要工业控制计算机、下位机等作为硬件及软件支持。图4.5仿真试验平台整体外观部分硬件模块如下：1、主动转向控制器功能：控制转向助力电机输出转矩。图4.6转向控制器2、转向管柱集成（包括转向助力电动机（有刷）、方向盘转向角传感器）功能：转向电动机是系统中的执行器件，其在转向控制器的控制下，根据ECU的控制指令来将电能转换为机械能，并给予输出适合的转矩，以实现转向功能；转向角传感器设置的目的是为了便于实时采集和监测管柱转过的角度。图4.7转向管柱集成装置3、转向轴、联轴器、万向节功能：在试验台架中，其设置目的是为了将转向系统与模拟负载系统进行合适的联接，并让负载可以正确施加到台架的转向系统。图4.8转向轴、联轴器及万向节组合件4.3本章小结本章主要介绍了在LabVIEW和CarSim软件中建立车辆动力学仿真平台及预测控制算法的主要搭建步骤，在CarSim软件中设定车辆模型的仿真参数，建立道路仿真模型；在LabVIEW软件中对程序的前面板进行设计，对控制算法进行开发。对硬件在环仿真试验平台进行了概述，简述了其在实际应用中优势，最后介绍了试验平台的总体方案。第五章超车轨迹预测仿真及结果分析5.1工作原理仿真平台的是基于DAQ和CAN卡进行数据采集传输的。DAQ卡，即数据采集卡；CAN卡是通过CAN总线来收集各个节点上的有效数据。CarSim是整个闭环仿真控制系统的起点，首先按照测试需求在CarSim中对整车仿真模型和道路仿真模型的参数进行设置，搭建起具体的超车仿真模型和超车场景。通过数据采集和传输接口对数据进行转换，对通信接口进行设置和调试，实现软硬件的联合交互。CarSim通过联合仿真接口与LabVIEW进行联合仿真，LabVIEW除了作为超车控制策略的建模平台，还用以发送控制信号来对转向助力电动机等硬件实物进行控制，并通过传感器采集对应的反馈信号，并最终实现对试验台的转向盘进行控制。具体的仿真原理如下图所示，通过加入硬件实物以实现硬件在环仿真，在数据传输采集装置的配合下，最终形成闭环控制仿真模型。图5.1硬件在环试验原理图5.2试验结果及分析在Carsim软件中可以对车辆的各种参数和道路环境进行自定义设置，即可以在任意指定的仿真工况下对算法和模型进行实际校验，进而相对客观地来判断驾驶员预瞄跟随算法预测的准确性。现对车辆在城市道路80km/h下的工况进行硬件在环仿真试验，超车辅助控制系统的路径预测仿真结果如下：图5.2路径预测仿真结果图5.3超车车辆前轮转角变化图5.4超车车辆侧偏角变化图5.5超车车辆侧向加速度变化图5.6超车车辆侧倾角变化图5.7超车车辆横摆角速度变化图5.8超车车辆所受竖直方向力变化由图5.2可以看出，在指定道路仿真车辆以80km/h的运行工况下，超车车辆实际行驶的轨迹与预瞄控制器的预期规划路径基本一致，说明超车轨迹预测控制器有着较为良好的预测跟随效果。由图5.3、图5.4、图5.5、图5.6来和图5.7看，车辆前轮转角、侧偏角、侧向加速度、侧倾角、横摆角速度的图像变化也基本符合超车换道工况下的超车车辆的典型运动学特性，由图5.8来看，超车时车辆前后轮所受到的竖直方向的力，也在车辆的正常变化范围之内，更加说明了超车轨迹预测控制器能够精确预测跟随控制。5.3本章小结本章主要对超车模型和控制策略进行硬件在环仿真测试，仿真系统的工作原理和闭环仿真控制做了介绍。对试验的结果如车辆侧偏角变化、横摆角速度变化、侧倾角变化等进行了分析。证明了仿真试验的结果符合预期的要求，预测控制器可以准确预测超车轨迹。参考文献PapakostopoulosV,NathanaelD,PortouliE,etal.Theeffectsofchangesinthetrafficsceneduringovertaking[J].AccidentAnalysis&Prevention,2015,79:126-132.GhodsAH,SaccomannoFF.Developmentandevaluationofamicroscopicovertakinggapacceptancemodelfortwo-lanehighways[J].Canadianjournalofcivilengineering,2016,43(6):573-582.YouF,ZhangR,LieG,etal.Trajectoryplanningandtrackingcontrolforautonomouslanechangemaneuverbasedonthecooperativevehicleinfrastructuresystem[J].ExpertSystemswithApplications,2015,42(14):5932-5946.DixitS,FallahS,MontanaroU,etal.Trajectoryplanningandtrackingforautonomousovertaking:State-of-the-artandfutureprospects[J].AnnualReviewsinControl,2018,45:76-86.MoC,LiY,ZhengL.Simulationandanalysisonovertakingsafetyassistancesystembasedonvehicle-to-vehiclecommunication[J].AutomotiveInnovation,2018,1(2):158-166.MontemerloM,BeckerJ,BhatS,etal.Junior:Thestanfordentryintheurbanchallenge[J].JournaloffieldRobotics,2008,25(9):569-597.GongJ,XuY,LuC,etal.Decision-makingmodelofovertakingbehaviorforautomateddrivingonfreeways[C]//2016IEEEInternationalConferenceonVehicularElectronicsandSafety(ICVES).IEEE,2016:1-6.BasjaruddinNC,SaefudinD,RakhmanE,etal.Overtakingassistantsystembasedonfuzzylogic[J].Telkomnika,2015,13(1):76.NaranjoJE,SoteloMA,GonzalezC,etal.Usingfuzzylogicinautomatedvehiclecontrol[J].IEEEintelligentsystems,2007,22(1):36-45.SchmidtKW.Cooperativeadaptivecruisecontrolforvehiclefollowingduringlanechanges[J].IFAC-PapersOnLine,2017,50(1):12582-12587.LattaruloR,MarcanoM,PérezJ.Overtakingmaneuverforautomateddrivingusingvirtualenvironments[C]//InternationalConferenceonComputerAidedSystemsTheory.Springer,Cham,2017:446-453.ZhangG,ZhangM.InnovationinNewEnergyVehicles-TakeNIOasanExample[J].苏大军.车路协同下智能车安全超车控制研究[D].天津职业技术师范大学,2018.于永杰.汽车主动避撞系统控制策略研究[D].长安大学,2019.满绪民.高速公路智能车辆自动超车控制研究[D].山东理工大学,2018.闫尧,李春书,唐风敏.基于五次多项式模型的自主车辆换道轨迹规划[J].机械设计,2019,36(08):42-47.贺岩松,李兴泉,徐中明.基于驾驶员模型的车辆控制系统操纵稳定性评价[J].重庆大学学报,2008(10):1098-1102.黄锡昌,宗志坚.基于改进预瞄跟随算法的电动车智能转向控制[J].中国机械工程,2014,25(14):1984-1987.陈无畏,谈东奎,汪洪波,王家恩,夏光.一类基于轨迹预测的驾驶员方向控制模型[J].机械工程学报,2016,52(14):106-115.赵伟平.汽车操纵性与运动稳定性的联合优化设计[D].南京航空航天大学,2005.崔耀先.基于电子制动的客车稳定性控制策略开发及验证[D].吉林大学,2016.陈树学.LabVIEW宝典[M].北京：电子工业出版社,2011.王建锋,李平.基于多信息融合的车辆状态参数估计[J].计算机仿真,2013,30(11):131-136.EsfandyariMJ,YazdiM,VEsfahanian,etal.ALow-CostSinglePCBasedHiLSimulationPlatformforVerificationofTheHybridElectricVehicleControlUnit[C]//2018IranianConferenceonElectricalEngineering(ICEE).2018.王凯.