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汽车轮胎摩擦力估计的FPGA实现方法研究
| 论文题名： | 汽车轮胎摩擦力估计的FPGA实现方法研究 |
| 关键词： | 汽车轮胎;摩擦力估计;动力学模型;滑模观测器;FPGA芯片 |
| 摘要： | 近几年,由汽车所引起的安全问题已经越来越受到人们的重视,各种各样的车辆安全系统也应运而生,但是,所有安全控制系统几乎都遇到同样的问题,那就是如何获得车辆状态相关信息以及车辆行驶过程中的轮胎摩擦力,由于这些信息不能通过车载传感器直接测量获取,因此需要通过特定的算法对其进行估计。但是,目前所有的轮胎摩擦力估计算法都具有较高的算法复杂度,利用MCU( micro controller unit,单片机)或DSP(Digital Signal Processing)芯片处理时,处理时间较长,不利于将其运用于实时系统中。为了缩短算法运行时间,可以考虑利用FPGA的并行执行特点,本文主要研究基于FPGA(Field Programmable Gate Array)实现摩擦力估计算法的两种典型方法。 在本文第二章中,进行轮胎摩擦力估计算法的相关研究。首先,分析了车辆动力学模型,在指定的坐标系下,运用动力学基本原理,分别建立Dugoff模型和车辆模型,然后,在Dugoff模型下构建滑模观测器,实现对纵向摩擦力的估计,并在车辆模型下设计相应的非线性观测器以达到估计车辆状态的目的。在第四节中,为了便于在FPGA硬件平台下进行实现,将摩擦力估计算法离散化,并对算法进行了详细的并行度分析。最后,在veDYNA仿真环境下进行仿真,选取了三组具有典型代表的工况,验证经过离散后的摩擦力估计算法的精度及有效性。 目前,主要有两种基于FPGA实现摩擦力估计算法的方法:硬件描述语言、SOPC(System-on-a-Programmable-Chip)。为了研究两种典型方法各自的优缺点,在本文的第三章和第四章中,分别用这两种方法实现了摩擦力估计算法。 第三章研究轮胎摩擦力估计算法的verilog实现方法。基于第二章的并行性分析结果,在第二节中利用自顶向下的方法对估计算法进行了总体设计,将算法中重复调用的基本功能模块提取出来,并在ModelSim软件中对其一一进行Verilog的实现和功能验证。 功能的程序。 为了更好的比较两种方法各自的优缺点,本文基于DE4-230型号的FPGA实验板搭建了有效的测试平台,设计了三种典型的工况,并在此基础上对第三章和第四章中摩擦力估计算法的实现进行了测试,在运行结果和运行时间对二者的结果进行比较。 |
| 作者： | 杨丽君 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 王彤 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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