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恩智浦大赛——新型车身主动悬挂控制系统——交流贴

助工
2009-11-20 15:35:05     打赏

        提到汽车,大家潜意识一定有共鸣:国内汽车制造商比起国外的落后,国产车不如进口车。并不是我们的研发能力不如人,这里有个根本原因,国内汽车制造商起步晚,由于追逐短期效益,往往引入国外技术甚至引入国外整条生产线。大道理不说,就我个人都觉得这样对于汽车工业发展很不利。随着国产车市场占有率提升,很有必要研发自己的汽车电子系统。我们设计“新型车身主动悬挂控制系统”希望为此出一分力。

        本系统的目标:预判障碍物提前调节悬挂高度来缓解车体颠簸。

        首先我被LPC1700系列的低功耗低成本高性能吸引,将LPC1758作为主动悬挂控制(ABC)的处理单元。内嵌OSE Epsilon操作系统后,实时性更加高,多任务时更加灵活,甚至可以把多个简单系统(如ABSASR)集成于其中。【绿】

        因为汽车的电子系统越来越多,传统结构是典型的交叉网状结构,传感器连接各自MCU,再由MCU驱动相应执行器,连线错综复杂,耗材多。故提出底盘综合平台的概念。看到LPC2929你会发现它天生就是个工业级的数据采集处理MCU。它用丰富的片上外设接口资源负责全部底盘传感器数据的采集和执行器的驱动,再通过两路CAN总线连接各个系统级处理单元。就好像由LPC2929搭起两条铁轨,让那些名字叫ABCABSEBDTCS的家伙统统架在轨道上,下次管它ASLVSC的一律只需将其放入轨道上。这种结构令系统升级易如反掌,并且方便建立专家信息库进行故障的层级自分析与排除,体现可持续设计的理念。【绿【新】

        上述平台(LPC2929)安放在车体中部,与四车轮距离远,有句行话“芯片不贵,铜线贵”的确如果每个传感器和驱动器都直连LPC2929的话耗材大且不可靠。设计用LPC9351独立管理每个车轮包括轮速编码器、垂直加速度传感器、胎压传感器、悬挂高度电磁阀、阻尼电磁阀、刹车电磁阀等。细看它的片上资源,十分的恰到好处到会让你惊讶。LPC9351利用串口与LPC2929通过单光纤相连,也就是说,用一条塑料,就控制一个车轮了。【绿【新】

        至此,分三层的底盘控制平台就搭建起身。

在此平台上的主动悬挂控制系统实现六个功能:

1、  抑制负载不均匀造成的车体不平衡。比如乘客都坐在左边,系统就为左悬挂相应增压使车身平衡。原理是根据车身姿态测量相应调整悬挂部件实现。

2、  抑制加速时的尾沉、刹车时的点头动作。原理是模糊控制调整悬挂部件实现。模糊控制说白了就是经验值查表控制,具体是根据车身姿态测量与行驶状态进行插补计算查表。

3、  抑制转向时车体的侧倾。原理同上。

4、  根据速度调整底盘高度。原理再简单不过了。(可是目前只有Benz SL级、Porsche carrela、BMW 7系等高配车才有。)

5、  记录每段路的路况,再次行走时作为悬挂调整的参考。先结合GPSFM路面广播对车身定位后,再将当前悬挂状态包括高度、阻尼系数、震动频率、噪声的色度等做一个Kalman滤波分析,也就是结合方差和均值对各段路贴个标签,分辨是好路还是烂路。最后将位置与路况信息合并起来录入存储器【新】

6、  扫描路障,提前调整悬挂,通过路障后再延时复原,舒缓颠簸。实际上就是冲量定理:冲量F·T一定的情况下,通过延长T来缓解冲力F。【绿】新】本来视频介绍有此功能的演示动画,后因本人疏忽导致动画黑屏,实在遗憾,在此须向支持我们作品、关注汽车电子的各位道个歉。

        前四个功能目前已有零星的应用(PorscheBenzBMWLexus等高配车型)。但都是通过调整悬挂刚度(阻尼)实现,有其缺陷。例如恒力对弹簧施压,阻尼大的弹簧缩短量就少,但也有缩短。设计中不但调整悬挂阻尼,还调整悬挂高度,用两个参量调整来克服目前技术的不足。新】

设计涉及几个关键技术:

1、  车轮控制中的单光纤双向实时通信。【绿】新】

2、  扫描路障中的激光探测代替无线电雷达。【绿】新】

3、  三轴加速度表示车身姿态。取代了多个传统传感器。【绿】新】

4、  光电鼠标原理测车身实际速度。新】

关于技术问题,篇幅所限,未能尽述,有兴趣的朋友可以浏览设计主页http://v.eepw.com.cn/video/play/id/590 如需细节,不吝跟帖。
        为了叙述更形象,语言口语化,不妥之处望见谅。请各位朋友提问指正,希望通过跟帖交流,共同提高。




关键词: 恩智     大赛     新型     车身     主动     悬挂     控制系统     交流    

助工
2009-11-21 10:58:09     打赏
2楼
To cephon:多谢你的关注

        我们设计的底盘控制平台与各电子系统连接之所以采用两路CAN总线,主要是出于实时性的考虑。先进的悬挂控制系统要求悬挂的响应至少达到毫秒级,响应过慢的话车身就会感觉到颤动。我们用LPC9351独立管理车轮可以实现部分功能的毫秒级响应,但过程控制还须依靠LPC2929平台的命令。CAN协议数据传输速率最大为1Mbps,粗略计算传输每个位都需要1ms。CAN每个数据帧都由几十位组成,加之数据一来一回的开销、MCU处理开销,已经难以容下帧仲裁带来的时间消耗。用两路CAN总线,一路专门传输传感器数值,一路传输电子系统的驱动命令,从根本上避免了两者的数据仲裁时间开销。至于单路CAN总线,我们用软件执行TTCAN传输,提高优先级低的数据帧的时效性。两路CAN总线还有一个显而易见的好处,一路断了还有一路,令系统不至于瘫痪。
        底盘综合控制平台其实体积很小,只是几个芯片和外围,CAN总线的两条传输线并不长,消耗铜材不多,多用一路也无妨。加之所选用的两个芯片各有双CAN控制器,不用白不用。

        以上是我们在总线方面的设计思路,再次感谢cephon的提问让我们更加清晰地呈现。如有更好建议,请各位朋友多多指点。

助工
2009-11-24 15:29:06     打赏
3楼
【绿】——设计中包含绿色考虑。绿色技术或者绿色应用
【新】——设计中包含创新元素。比较新的技术或者新的应用场合
谢谢关注。

助工
2009-11-27 13:13:49     打赏
4楼
由于汽车上越来越多的电器部件,线束成为一个很大的问题。现在普通的十万价位家用轿车,里面线束加起来就有十公里长,重几百斤。虽然我们的设计未带来多大改善,但也算在这个方向迈出一步。汽车光纤早在90年代初就有相当多的研究了,我们参考了很多这方面的资料,队内组员间也曾为此一度争论,最后论证过方案是可行的,觉得汽车上应用光纤应该会得到逐步的推广。

助工
2009-11-29 20:16:21     打赏
5楼

To wjdfd

你的眼光和见解很独到。首先就CAN总线问题探讨一下。参考了CAN v2.0B的协议规范,以及众多从该规范引申出来的各种CAN协议(如iCAN)它们的最大传输速率都只能达到1Mbps,由此粗略得出传输每个bit1ms。我们抱歉限于资历未有接触过更高速的CAN。请您给指示,设计也将为此作部分变更。设计中LPC2929的第一路CAN用来将各传感器数据加上标识符后全网广播,数据由各自系统处理单元LPC1758进行信息路由,各取所需。第二路CAN用来接收各个系统处理单元发出的驱动命令,根据数据报文的标识符执行相应操作。这样目的是精简数据帧,尽量避免数据仲裁和错误重发,正常情况下无需用到远程帧作数据请求,非常情况下才须出动此动作,例如有一路总线发生故障,就将上述两项事务由剩余总线承担(就是单总线结构),这样系统不至于瘫痪,但是有效信息的传输时间就呈指数递增。原因如上,不再熬述。另外考虑到系统的扩展问题,没有采用LIN进行局部连接。因为多一个LIN就相当于多一个星形网络,违背我们单平台精简的原则。这里还是要多谢你的建议。

设计中LPC9351直接管理车轮,在此上层的系统故障都会有保护,例如某条光纤断裂相应的那个LPC9351就将悬挂高度保持,阻尼设为适中。这样,平台检测不到车轮的反馈信息,会对其他车轮执行相应驱动(悬挂高度保持、阻尼设为适中,缓慢减速至故障排除)。

接着是我们的原创性声明。本设计完全由我们参赛三人专门为本次大赛而制作。可能是我个人的偏见,我反对随便找个课程设计、毕业设计或者实验室师兄师姐早已完成的工程项目,拿出来重新包装,肆无忌惮地到处参赛的行为。

最后回答你提出的第一个问题(我们不情愿但不能逃避的问题)。因为上述各种原因,抱歉地我们的作品还处在设计阶段,而且是初级阶段。目前还在争分夺秒地对各个理论进行引证,对原帖所述的各个关键技术逐一攻破,并尝试着写成论文发表。

 

再次感谢前辈赐教。


助工
2009-11-30 10:57:05     打赏
6楼
        先道个歉,本人的确在CAN总线的传输速率问题上犯了一个很低级错误,错把单位ms误解成us,而且没有及时的更正。在此深表歉意。 还有我对wjdfd关于CAN的建议的确理解得不透彻,希望再具体指点。
        现正考虑对设计作出修改,将尽快公示,请关注。
        补充一点,CAN总线只是我们设计当中一部分,有网友提出疑问我们才详细叙述,遗憾地我作出了错误的回答。再次感谢wjdfd的批评。但CAN总线并非设计中唯一有实质性内容的部分,各位网友如有兴趣,希望多多提问。

助工
2009-12-01 10:38:57     打赏
7楼
现对我们作品的CAN总线设计部分作如下修改:
硬件不变,底盘综合控制平台LPC2929还是通过两路CAN总线与各处理单元LPC1758相连。考虑wjdfd的建议综合我们的设计,改为采用主辅的方式利用两路CAN,即上述通信正常情况下只采用一路CAN。另一路用作辅助以及用于与底盘控制其他系统相连。(底盘控制一共包括悬挂控制、转向控制和牵引力控制三大部分。)

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