基于嵌入式的悬架与转向集成控制器研究

3. 软件设计

　　硬件功能的实现需要软件的支持，这里用的软件集成开发环境是ADS1.2（ARM Developer Suite），它是由ARM 公司提供的专门用于 ARM 相关应用开发和调试的综合性软件，用户可用它的CodeWarrior IDE来开发、编译、调试采用包括C、C++和 ARM 汇编语言编写的程序。集成控制软件流程见图8所示，程序开始初始化后进入循环，等待中断，响应后进入中断子程序返回采集信号，ARM对其进行PID控制和模糊处理，输出控制信号到执行机构，同时返回输出信号进行反馈对比。程序中两个关键是PID算法和模糊算法的实现。
为便于在计算机中实现PID控制，当采样信号足够小时，用求和代替积分，用向后差分代替微分，将PID控制方程：

离散化为差分方程得到数字PID控制方程：


式中，Kp，Ki，Kd分别是比例系数、积分系数和微分系数，由仿真整定出这三个参数。



图8 软件流程示意图

　　在模糊控制子程序中，首先定义模糊控制规则表，再对车身和车轮加速度差值及其变化率进行模糊化，限定论域的饱和值后进行模糊推理，最后反模糊化得到步进电机的方向和脉冲数，进而控制电机的转向和步距角。这里为了易于编程实现，模糊化采用的是三角隶属函数，模糊规则使用最常用的if-then规则，反模糊化采用重心法。

4. 实验与结果分析

完成了软硬件的设计，启动ARM开发板的片内引导装载程序bootloader，配合超级终端，用USB下载编译调试好的集成控制器程序二进制文件，覆盖烧录到ARM的flash，进行控制器的台架实验，见图9所示。测试了某转向状态下集成控制器的助力特性和平顺性，表1所示。



图9 集成控制器及其台架实验

图9 集成控制器及其台架实验
表1 车身垂直振动加速度的控制结果对比



台架试验表明，表征平顺性的车身垂直振动加速度，其峰值和标准差都比未集成的悬架单独控制的结果要小；试验中电机电流响应迅速，助力明显，基本满足设计要求，转向轻便性得到验证；表征操稳性的横摆角速度在台架试验上无法检测。目前，集成控制器的精确性、可靠性检测正在实车试验进行中。
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