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車輛控制系統(tǒng)開發(fā)軟件閉環(huán)模擬方法

作者: 時(shí)間:2013-01-22 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏


4 實(shí)時(shí)軟件模擬的應(yīng)用

4.1 改進(jìn)的開發(fā)過程

前面介紹的V 字形的開發(fā)過程由于存在各個(gè)階段的不銜接,導(dǎo)致開發(fā)效率的降低,通過實(shí)時(shí)軟件系統(tǒng)可以有效地改進(jìn)開發(fā)效率,基于這一系統(tǒng)可以形成改進(jìn)的開發(fā)系統(tǒng)。

(1) 系統(tǒng)建模與模擬:這一階段從一開始即開始進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬,不但應(yīng)對(duì)對(duì)象模型可以貫徹整個(gè)開發(fā)過程,而且控制器模型也始終貫徹整個(gè)開發(fā)過程。

(2) 單片機(jī)實(shí)時(shí)模擬:在這一階段通過嵌入式工具箱生成實(shí)時(shí)代碼,通過S 函數(shù)建立CAN 通信模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。在這一階段模擬過程是運(yùn)行單片機(jī)的程序,所以控制算法得到真實(shí)的驗(yàn)證。

(3) 實(shí)時(shí)硬件模擬:這一過程是在上階段的基礎(chǔ)上進(jìn)行,主要是控制器硬件的驗(yàn)證,所以只需比較短的時(shí)間。因?yàn)榇罅康乃惴?yàn)證主要在第二階段,第三階段只是驗(yàn)證硬件,這樣大大降低了開發(fā)難度。

(4) 系統(tǒng)驗(yàn)證:這一階段主要用于道路試驗(yàn),將車輛模型用實(shí)際車輛代替。采用同一套開發(fā)系統(tǒng)直接放到車輛上進(jìn)行控制,在調(diào)試過程當(dāng)控制程序參數(shù)修改時(shí),采用第二階段的純軟件實(shí)時(shí)模擬進(jìn)行驗(yàn)證,待算法沒有問題時(shí)就可以馬上進(jìn)行道路試驗(yàn),這樣增加了程序的可靠性。

可以看出,通過這一過程可以有效地縮短開發(fā)過程,開始的模擬與最后的產(chǎn)品樣機(jī)幾乎是同一套模型,這樣實(shí)現(xiàn)了開發(fā)過程的每個(gè)階段有機(jī)銜接,無縫連接。圖6 為新的開發(fā)過程。


圖6 軟硬件集成化的開發(fā)過程

在開發(fā)過程中最大的工作量是第一階段,模擬建模這一系統(tǒng)一旦建立起來則對(duì)以后階段都有重要的作用。道路調(diào)試也有較多的工作,則主要是作為一個(gè)最終的產(chǎn)品要求有較高的可靠性。要在道路上進(jìn)行比較細(xì)致的調(diào)整,各種工況的校驗(yàn),一般還要經(jīng)歷冬季和夏季試驗(yàn)等。這一系統(tǒng)的重要定義在于在進(jìn)行道路試驗(yàn)的同時(shí),可以同時(shí)交替地使用單片機(jī)純模擬,以驗(yàn)證每一次修改的正確性。

4.2 系統(tǒng)實(shí)際工作過程的標(biāo)定

不同于一般的控制系統(tǒng),它要求高可靠性,而它的工況是各種各樣的,特別是傳感信號(hào)是至關(guān)重要的,由于有各種干擾的存在,控制器抗干擾要強(qiáng),但在模擬情況下很難產(chǎn)生真實(shí)的帶有干擾的傳感信號(hào),這樣模擬很好的控制系統(tǒng)往往在實(shí)際系統(tǒng)中得不到很好的控制效果,這要求把實(shí)際系統(tǒng)的信號(hào)進(jìn)行采集,類似于采集”路譜”,然后在試驗(yàn)系統(tǒng)中進(jìn)行回放,這樣就可以測(cè)試控制器的響應(yīng)并修改相關(guān)的控制算法。采用本系統(tǒng)可以很容易實(shí)現(xiàn)這一功能,這對(duì)ECU 的改進(jìn)具有重要的意義。這一工作包括兩個(gè)部分,一部分是信號(hào)的采集,利用CAN 通信將控制器采集的信號(hào)傳遞到上位PC 中,在MATLAB 環(huán)境中可以將它們存入數(shù)據(jù)工作空間中。

在試驗(yàn)室條件下可以循環(huán)播放這一數(shù)據(jù),仔細(xì)驗(yàn)證與修改控制參數(shù),研究濾波方案,這樣提供了一種非常真實(shí)的模擬環(huán)境。為節(jié)省時(shí)間可以參考這些實(shí)際數(shù)據(jù),人工產(chǎn)生各種噪聲信號(hào)(用軟件很容易產(chǎn)生各種信號(hào),例如壓力的干擾信號(hào)用純模擬可以非常容易地合成,但用硬件的方法則很困難產(chǎn)生,并且費(fèi)時(shí)費(fèi)工)。采用純軟件單片機(jī)模擬可以避開硬件傳感系統(tǒng),直接將真實(shí)的傳感信號(hào)導(dǎo)入到單片機(jī)內(nèi)部,這是非常簡單的。

對(duì)于外部硬件驅(qū)動(dòng)來說,在實(shí)時(shí)硬件模擬時(shí)需要功率系統(tǒng)一次次工作,有些設(shè)備耗電也比較大,危險(xiǎn)性也大,采用軟件模擬則可以有效地避免這類問題。

4.3 模塊化的實(shí)時(shí)硬件系統(tǒng)

實(shí)時(shí)硬件系統(tǒng)實(shí)際上包含有輸入和輸出兩個(gè)部分,在許多情況下并不需要輸入、輸出都參與工作,有下面兩種工況,即輸入硬件和輸出硬件模擬。


全硬件模擬部分
圖7 不同模擬系統(tǒng)的配置

輸入硬件模擬是指單片機(jī)一方來說的,即單片機(jī)控制器的輸入。在輸入硬件系統(tǒng)中,其輸入的硬件是真實(shí)的信號(hào)連接,而輸出部分是采用CAN 接口連接構(gòu)成軟件的數(shù)據(jù)交換連接,同樣輸出硬件模擬則是以單片機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)和采集卡構(gòu)成硬件連接,而輸入部分是以CAN 進(jìn)行數(shù)據(jù)連接。如果輸入輸出部分都以硬件進(jìn)行連接,通過采集卡構(gòu)成數(shù)據(jù)的交換與傳遞,則這種系統(tǒng)就是全硬件模擬系統(tǒng),但實(shí)際系統(tǒng)中為方便和靈活,則采用不同的模擬系統(tǒng)。可以分別調(diào)試輸入和輸出系統(tǒng),圖7 為不同模擬系統(tǒng)的配置。

5 結(jié)束語

本文介紹的快速開發(fā)系統(tǒng)已成功地應(yīng)用于不同的開發(fā)項(xiàng)目,并將本系統(tǒng)產(chǎn)品化,系統(tǒng)在使用中不斷的完善,并逐步被客戶所接受。本系統(tǒng)特點(diǎn)是軟、硬件系統(tǒng)一體化,并貫穿整個(gè)開發(fā)過程中,大大提高了開發(fā)效率,縮短了開發(fā)時(shí)間。系統(tǒng)是一種通用的開發(fā)平臺(tái),幾乎可以應(yīng)用于任何車輛電子控制系統(tǒng),更重要的是,它是一個(gè)開放的開發(fā)平臺(tái),所有資源對(duì)用戶都是開放的,用戶可以自行修改和建立特定的模擬開發(fā)模型。

參考文獻(xiàn)
1 The dSPACE, Inc . Solutions for Automotive Control—System and Application. manual 2002(end)

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