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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    

菜鸟
2009-11-20 19:38:38     打赏
2楼

叙述得是挺通俗的,无什么专业术语,好懂!
不过既然我听懂了,有个问题就要问一下楼主,为什么那个底盘综合平台要用两路CAN总线与电子系统处理单元通信呢?CAN总线本来就是个开放式总线,理论上最多可以连接128个节点,现在可靠系统一般也可以达到110个,难道数量还不够多?


助工
2009-11-21 10:58:09     打赏
3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。

院士
2009-11-22 13:20:37     打赏
4楼
帖子中这个【绿】【新】

楼主说说是啥意思?

助工
2009-11-24 15:29:06     打赏
5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。

菜鸟
2009-11-27 09:56:17     打赏
6楼
光纤用在汽车上不合适吧,震动大,系统非常的不稳定,平时我们做实验时哪怕旁边有人说话也会有干扰。

菜鸟
2009-11-27 10:56:04     打赏
7楼
是啊,光纤容易断,在车上抛来抛去,信号衰减又大,光器件又贵,价钱比起线缆根本无优势

菜鸟
2009-11-27 11:19:13     打赏
8楼

楼上所说的确实有道理,不过以本人了解,据说车上一般用的是塑料光纤,这些光纤的特性应该可以满足要求。


助工
2009-11-27 13:13:49     打赏
9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。

菜鸟
2009-11-29 15:14:49     打赏
10楼
        作品很有意义也很复杂,不是短时间可以完成的工作。网友jeriy提出说:“感觉是异想天开,到底有没有深入研究的?”,看了楼主介绍中比较有实质性内容的部分(如CAN总线部分的设计),深有同感。问几个问题:
  1、作品是在概念设计阶段、实验和实质设计阶段,还是在部分实施阶段?
  2、作品是原创性设计,还是参考已有项目的设计,还是你们参加了已有类似的项目的工作?你们具体真正做了那些实质性的工作?
  3、有没有系统故障和失控的安全保护型设计?
  4、“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。”,不知道作者使用的是不是很低速率。不过从这句话和作者其它介绍来看,作者对CAN了解的太少。作品使用了独立的多条CAN总线,是否对信息交换有影响?如果采用二条互为备份的CAN连接主要部分,个别部分采用局部总线或直接连接,是否更合理呢?

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