车辆控制系统开发软件闭环模拟方法

4 实时软件模拟的应用

4.1 改进的开发过程

前面介绍的V 字形的开发过程由于存在各个阶段的不衔接，导致开发效率的降低，通过实时软件闭环模拟系统可以有效地改进开发效率，基于这一系统可以形成改进的开发系统。

(1) 系统建模与模拟：这一阶段从一开始即开始进行实时模拟，不但应对对象模型可以贯彻整个开发过程，而且控制器模型也始终贯彻整个开发过程。

(2) 单片机实时模拟：在这一阶段通过嵌入式工具箱生成实时代码，通过S 函数建立CAN 通信模块实现数据的交换。在这一阶段模拟过程是运行单片机的程序，所以控制算法得到真实的验证。

(3) 实时硬件模拟：这一过程是在上阶段的基础上进行，主要是控制器硬件的验证，所以只需比较短的时间。因为大量的算法验证主要在第二阶段，第三阶段只是验证硬件，这样大大降低了开发难度。

(4) 系统验证：这一阶段主要用于道路试验，将车辆模型用实际车辆代替。采用同一套开发系统直接放到车辆上进行控制，在调试过程当控制程序参数修改时，采用第二阶段的纯软件实时模拟进行验证，待算法没有问题时就可以马上进行道路试验，这样增加了程序的可靠性。

可以看出，通过这一过程可以有效地缩短开发过程，开始的模拟与最后的产品样机几乎是同一套模型，这样实现了开发过程的每个阶段有机衔接，无缝连接。图6 为新的开发过程。

图6 软硬件集成化的开发过程

在开发过程中最大的工作量是第一阶段，模拟建模这一系统一旦建立起来则对以后阶段都有重要的作用。道路调试也有较多的工作，则主要是作为一个最终的产品要求有较高的可靠性。要在道路上进行比较细致的调整，各种工况的校验，一般还要经历冬季和夏季试验等。这一系统的重要定义在于在进行道路试验的同时，可以同时交替地使用单片机纯模拟，以验证每一次修改的正确性。

4.2 系统实际工作过程的标定

车辆控制系统不同于一般的控制系统，它要求高可靠性，而它的工况是各种各样的，特别是传感信号是至关重要的，由于有各种干扰的存在，控制器抗干扰要强，但在模拟情况下很难产生真实的带有干扰的传感信号，这样模拟很好的控制系统往往在实际系统中得不到很好的控制效果，这要求把实际系统的信号进行采集，类似于采集”路谱”，然后在试验系统中进行回放，这样就可以测试控制器的响应并修改相关的控制算法。采用本系统可以很容易实现这一功能，这对ECU 的改进具有重要的意义。这一工作包括两个部分，一部分是信号的采集，利用CAN 通信将控制器采集的信号传递到上位PC 中，在MATLAB 环境中可以将它们存入数据工作空间中。

在试验室条件下可以循环播放这一数据，仔细验证与修改控制参数，研究滤波方案，这样提供了一种非常真实的模拟环境。为节省时间可以参考这些实际数据，人工产生各种噪声信号（用软件很容易产生各种信号，例如压力的干扰信号用纯模拟可以非常容易地合成，但用硬件的方法则很困难产生，并且费时费工）。采用纯软件单片机模拟可以避开硬件传感系统，直接将真实的传感信号导入到单片机内部，这是非常简单的。

对于外部硬件驱动来说，在实时硬件模拟时需要功率系统一次次工作，有些设备耗电也比较大，危险性也大，采用软件模拟则可以有效地避免这类问题。

4.3 模块化的实时硬件系统

实时硬件系统实际上包含有输入和输出两个部分，在许多情况下并不需要输入、输出都参与工作，有下面两种工况，即输入硬件和输出硬件模拟。

全硬件模拟部分
图7 不同模拟系统的配置

输入硬件模拟是指单片机一方来说的，即单片机控制器的输入。在输入硬件系统中，其输入的硬件是真实的信号连接，而输出部分是采用CAN 接口连接构成软件的数据交换连接，同样输出硬件模拟则是以单片机输出驱动和采集卡构成硬件连接，而输入部分是以CAN 进行数据连接。如果输入输出部分都以硬件进行连接，通过采集卡构成数据的交换与传递，则这种系统就是全硬件模拟系统，但实际系统中为方便和灵活，则采用不同的模拟系统。可以分别调试输入和输出系统，图7 为不同模拟系统的配置。

5 结束语

本文介绍的快速开发系统已成功地应用于不同的开发项目，并将本系统产品化，系统在使用中不断的完善，并逐步被客户所接受。本系统特点是软、硬件系统一体化，并贯穿整个开发过程中，大大提高了开发效率，缩短了开发时间。系统是一种通用的开发平台，几乎可以应用于任何车辆电子控制系统，更重要的是，它是一个开放的开发平台，所有资源对用户都是开放的，用户可以自行修改和建立特定的模拟开发模型。

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