三种软件在汽车控制系统的应用

三种软件在汽车控制系统的应用三种软件在汽车控制系统的应用 1 CANoe 软件软件 1 1 功能模式功能模式 1 总线系统 CAN LIN MOST FlexRay J1587 2 支持协议 J1939 NMEA2000 ISO11783 CANopen MCnet GMLAN CANaeros pace 3 CANoe 软件的主要作用 a 仿真 CAN 网络的完整系统这一过程主要针对有具体数据定义的报文的事件 处理 也就是网络节点的行为定义 要借助 CAPL 来实现 b 部分开发即半实物仿真 将开发出的真实的控制器节点利用总线接口和 CANoe 剩下的节点相连接 来测试节点的功能 如通信 纠错 这样 系 统的节点是并行开发的就可以不受其他节点开发步骤地影响 c 测试分析实际完整的系统 当 CAN 网络上所有的节点都开发研究出来 并 且运用到整车时 CANoe 做观察 测试用 1 2 功能概述功能概述 CANoe 是由德国 Vector 公司开发的并行工程的系统级总线开发工具 它具 有网络监测和分析的功能 还具有强大的系统仿真功能 CANoe 自带功能强大 的数据管理工具 CANdb 可以通过 CANdb 创建和修改数据库 虽然 CANoe 有自带的数据库管理组件 CANdb 但用户只能用它来离线编辑 CANdb 类型的数据库 描述 CAN 网络的属性 如 CAN 网络的节点 消息格 式和信号格式 却无法用它来完成数据的离线分析功能 为了解决这类问题 注意到 CANoe 有支持 Win dowsCOM 的接口 用户可以基于该接口开发 VB VBscriPt VC 等应用程序来达到实时记录 CAN 网络运行状况的目的 CANoe 虽然能够采集总线上的故障信息 可是它却不能实时地把故障信息 保存起来 而且也不方便事后对故障信息的管理和查询 Access 软件是 Office 产品套件的一个重要组成部分 它可以轻松地创建数据库 并对数据库进行有 效的管理 因此利用二者各自的优势 设计相应的程序接口 以开发出既能进 行数据采集又能够对故障信息进行管理的数据库 因为 CANoe 的开放性 能使用现有的成熟的算法 函数和模型来扩充函数 的功能 复杂模型的建立甚至还可以通过其他的建模工具 如 Matlab 在 CANoe 中将 ESC 系统的通信协议进行离线的仿真 来检验协议的合理性与网 络的性能 接入 CANoe 环境的可以是虚拟的仿真节点 也可以是实际的物理节点 在 CANoe 集成操作环境中 建立一个新的配置 在这个配置中建立汽车的网络仿 真模型 并将此配置与建立的数据库连接 配置中需要用到的节点 消息 信 号 环境变量都必须在数据库中有明确的定义 1 3 应用实例应用实例 在燃料电池轿车 超越 3 号上进行了在线故障测试 测试时燃料电池汽 车处于电动模式 通过在某一段时间内 比较 CANoe 记录在 Trace 窗口中故障 信息和保存在 Access 数据库中故障信息的方法来验证采集的故障信息有无遗漏 测试结果中包含了故障节点 故障代码 故障时间 故障名称等信息 这些故 障信息可以使研发人员方便快速地了解汽车的当前状况 1 4 应用环境应用环境 1 BUS CAN 总线 在 CANoe 环境中搭建了包括发动机 ECU 诊断工具和仪表盘 3 个控制器 的虚拟网络 并进行了测试 其中发动机控制器和仪表盘最后都由真实的节点 代替进行测试 测试内容主要是发动机控制器周期性的发送有关车速 发动机转速 冷却 液温度 机油压力 系统电压等相关参数 在发动机故障标志位变化后能向虚 拟故障诊断工具发送报文 并能得到正确响应 2 CAN 总线 分布式控制网络对于复杂的混合动力系统是必须的 利用 CANoe 开发的车 载数据采集监视系统是 CAN 总线在车辆系统控制之外的一个扩展应用 3 LIN 总线 CANoe 是针对网络和 ECU 开发 测试和分析的多方面应用的工具 支持 从计划到系统实现的完整开发流程 CANoe 有多种功能和配置选项 让 OEM 原始设备制造商 和提供商的网络 设计人员 开发工程师以及测试工程师可以灵活使用 CANoe LIN 可以仿真多 达 32 个 LIN 网络和任意数量的节点 加上集成的 CAN 功能 它是开发和测试 LIN 节点 主 从 CAN LIN 网关以及 CAN LIN 诊断功能的理想工具 目 前 CANoe Lin 提供了成熟的 LIN 开发功能有 根据 LDF 仿真 LIN 节点 网 络 包括多通道 LIN Maste 和网关 完全支持 LIN2 1slave 重新配置 针对 LIN SAE J2602 和 TOYOTA LIN 的网络管理 LIN 节点建模的脚本函数 包括诊断 用作交互式管理信号 帧和调度表的用户可配置的集成面板 通过 CANoe 软件对车窗控制系统的仿真 验证了车窗控制系统的稳定性和 可靠性 2 Stateflow 2 1 功能模式功能模式 Stateflow 仿真的原理是有限状态机理论 所谓有限状态机 就是指在系统 中有可数的状态 在某些事件发生时 系统从一个状态转换成另一个状态 所 以有限状态机系统又称为事件驱动的系统 在有限状态机的描述中 可以设计 出从一个状态到另一个状态转换的条件 在每对相互可转换的状态下都设计出 状态迁移的事件 从而构造出状态迁移图 Matlab Stateflow 可以和 Matlab Simulink 开发环境集成 交互 对连续 离 散的混杂系统进行仿真 不同的是 Matlab Stateflow 在处理离散事件上的能力强 于 Matlab Simulink 2 2 应用实例应用实例 1 电控机械式自动变速系统 AMT 在 Matlab Simulink 及 Stateflow 的基础上建立了面向控制算法的车辆机械 式自动变速连续 离散混杂系统状态模型 开发机械式自动变速系统控制器 利用 Matlab 系统的 Simulink Stateflow 等模块来开发 AMT 电控单元中的 换档控制策略 2 ABS 控制器 利用 MATLAB stateflow 工具箱 对车辆的制动系统以滑移率与加减速度 门限值为控制目标的状态流控制 使车辆轮胎与地面间的附着系数处于峰值状 态 以充分利用路面的附着力 安全的完成快速制动 3 燃料电池发动机测控系统 以 MATLAB SIMULINK 为软件平台 结合 dSPACE 的软硬件资源 开发 出了用于燃料电池发动机测试的控制平台 实现了发动机的工况管理 基于 CAN 总线的各部件节点的协调控制 自动和手动测试及无缝切换 测功机负载 控制 故障诊断和处理及数据记录等功能 并在燃料电池发动机的实际测试中 得到了检验 3 dSPACE dSPACE 可以实现功能设计与离线仿真 快速控制原型 目标代码生成 硬件在环仿真和标定五项主要功能 并且构成了应用 dSPACE 开发控制系统的 V 字形开发流程 其应用软件有 RTI ControlDesk TargetLink 3 1 控制系统开发包控制系统开发包 dSPACE 为快速控制原型和硬件在环仿真提供了一套计算机辅助控制系统 设计的工具 控制系统开发包 Control Development Package CDP CDP 主 要基于下列工具 MathWorks 公司的 Simulink 用来进行基于方框图的离线 仿真 MathWorks 公司的 Real Tim e Workshop 用来从方框图生成 C 代码 dSPACE 公司的 Real Time 工 nterface RTI 用来产生与硬件系统相关的代码 使代码可以在单处理器 多处理器目标系统中运行 dSPACE 公司的系列软件 工具 用来对闭环试验进行交互操作 自动 手动 3 2 常用工具常用工具 1 MicroAutoBox MicroAutoBox 作为一款专门为车载应用而设计的 dSPACE 产品 它不仅 为各种汽车应用实例提供了一些常规的 I O 接口 更重要的是它是高性能计算 功能 广泛的 I O 接口和紧凑坚固的设计结构的集合体 除了标准的 I O 接口 它还提供诸如 CAN LIN 和 FlexRay 等汽车常用总线接口 其和一般汽车控 制器近似大小的体积 决定了它在汽车上灵活放置的特点 a 采用 dSPACE Autobox 控制箱来实现系统的数据采集和控制 dSPACE Autobox 通过 LAN 与计算机连接 并将各控制器的控制端口与 dSPACE Autobox 的 I O 口相连接 在完成实验台硬件与 dSPACE 正确连接 后 就可以在 Simulink 环境下结合 dSPACE RTI 工具实现硬件在环仿真试 验 本文选取了起动工况和加速工况进行实验 在完成各硬件的连接之后将 混合动力汽车仿真程序下载到 dSPACE 中 用 dSPACE 的 I O 来代替程序中 的输入并对相关端口进行配置 通过 dSPACE Con trolDesk 软件提供的虚拟 测试控件 建立试验监控界面 实现对试验过程的实时监测与控制 b 同济大学利用 dSPACE Autobox 为四轮驱动电动汽车开发了线控转向试验 台架及四轮驱动 四轮转向电动汽车 c 采用 MicorAutoBox1401 1501 系列的 dSPACE 具有强大的运算能力和丰富 的硬件控制资源 包括 A D D A 数字 I O SCI 两个支持 CAN2 0B 的 CAN 模块和 TPU 等外围模块 友好的 ControlDesk 监控界面和各种虚拟仪 表 可以方便地进行参数的在线修改和实时控制 d 转速转矩传感器信号通过工控机读取 再通过串口通讯把信号传递给 dSPACE Autobox 其他传感器直接通过 dSPACE Autobox 中的 DS1103 卡的 I O 接口实现模数转换 dSPACE Autobox 通过网线与一台笔记本电脑实现 100M 带宽高速 LAN 连接 将 200Nm 转速转矩传感器输入的信号作为电机 转矩控制的偏差信号 在仿真模型中对其进行处理后 通过与电机控制器的 CAN 通讯最终实现对电机的动态控制 2 ControlDesk 利用 dSPACE 中的实验软件 ControlDesk 获取采样数据的处理方法 ControlDesk 还可提供丰富的虚拟仪表 进行实时监控 3 Targetlink dSPACE 提供的软件工具 Targetlink 的应用可以快速地实现燃料电池城市客 车控制系统仿真模型的自动代码生成 Targetlink 可以直接从 MATLAB Simulink Stateflow 框图生成代码 生成的代码可靠性高 易读性好 可产生定点运算代码 适应多种微处理器和编译器 如 Motorola683xx MotorolaPowerPC555 siemensC16x 等 3 3 应用实例应用实例 1 混合动力城市客车的多能源控制器 在实时仿真模型建立过程中 采用 Mathworks 公司的 MATLAB Simulink Stateflow 进行算法开发 系统建模 离线仿真 利用实时 接口 RTI 作为连接 dSPACE 实时系统与软件开发工具 MATLAB Simulink 之间 的纽带 利用实时工作间 RTW 实现从 Simulink 模型到 dSPACE 实时硬件代码 的无缝自动下载 2 燃料电池轿车用牵引电机控制器的快速开