汽车ABS电子控制单元的开发

1、汽车ABS电子控制单元的开发第19卷第4期2007年8月汽车ABS电子控制单元的开发*郑太雄,李锐,蒋建春(重庆邮电大学自动化学院,重庆400065)摘要:开发了汽车电子控制单元嵌入式应用系统平台,借鉴国外先进的"V"型快速开发模式,在此平台上开发了具有自主知识产权的汽车防抱死制动系(ABS)的电子控制单元(ECU),并直接利用开发的ECU进行了ABS仿真试验和道路试验,取得了令人满意的制动效果,表明该平台可实现汽车电子控制单元的快速开发.关键词:汽车电子控制单元;ECU;嵌入式应用系统;开发平台;汽车防抱死制动系统(ABS)中图分类号:TP29文献标识码:A文章编号:16

2、73825X(2007)04043004RapiddevelopmentofautoABSelectroniccontrolunitZHENGTaixiong,LIRui,JIANGJianchun(CollegeofAutomation,ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications,Chongqing400065,PRChina)theoverseasadvanced"V"developmentmode,theelectroniccontrolunit(ECU)ofantilockbrakingsystem(ABS)rap

3、iddevelopmentofautoelectroniccontrolunit.Keywords:autoelectroniccontrolunit;electroniccontrolunit(ECU);embeddedappliedsystem;developmentplatform;anti-lockbrakingsystem(ABS)0引言汽车电子控制单元(EcU)是汽车上自动变速系统(AMT),防抱死制动系统(ABS)等控制系统的核心部件,控制着这些系统中其他执行机构的动作,决定了这些系统的性能,然而开发ECU的控制算法是非常费时的.在国外,开发人员可借助成熟的商用软件DSpace系

4、统开发各种产品,如飞机,汽车,机器人等专用控制系统的电子控制单元_1_6_.DSpace系统可以从理论上模拟被控对象在电子控制单元控制下的运行状态,并借助硬件在回路仿真平台仿真控制系统,在实车标定之前借助仿真的方法验证控制算法,加快电子控制单元的开发进程.在国内,电子控制单元的开发大都沿袭手工编写控制代码一调试修改一再调试的不断往复漫长的过程,缺乏有效科学的开发工具,开发的周期长,成本高,很难适应激烈的市场竞争.然而,购买一套商用的DSpace系统不仅价格昂贵,而且无法实现我国合国家"863"项目"面向汽车电子控制的嵌入式系统开发平台及其应用"开发了具有

5、自主知识产权的"汽车电子控制单元嵌入式系统开发平台",希望能够在面向用户图形化的环境下,可对特定的控制对象进行系统建模,编程,软仿真,并通过平台中集成的编译器对车辆数学模型和控制算法进行编译,生成专用芯片可执行代码,并下载到ECU中进行硬件在汽车电子控制单元的开发进程.1汽车电子控制单元嵌入式系统开发汽车电子控制单元嵌入式系统开发平台是为汽车电子控制单元开发人员提供的通用开发平台,开发人员能够利用此平台提供的各种工具和资源,在图形化的环境中进行汽车电子控制单元的开发,并在"V"开发模式的指导下加速电子控制单元的开发."V"开发模式的示

6、意图如图1所示.如图1所示,按照"V"开发模式的思想,电子控制单元在进行实车标定之前要经过功能设计,快速控制原型,目标代码生成,硬件在回路仿真环节,为此我们设计了如图2所示的开发平台结构图.*收稿日期:20061212修订日期:20070521基金项目:重庆市教委项目(KJ060507);重庆市科委项目(CSTC,2005BB2071);重庆市科委自然科学基金计划第4期郑太雄,等:汽车ABS电子控制单元的开发?431?目标代码生成图1"V"开发模式Fig.1"V"developmentmode图2开发平台结构图该开发平台不仅包括用于软

7、件开发和仿真的软件平台而且包括与硬件在回路相关的硬件设备,主要包括4大模块,它们分别是建模模块,仿真检测模块,编译下载模块和车辆模型模块.建模模块集成了各种数学库,专用资源库,可方便开发人员针对具体的车型构建仿真模型,设计控制算法并针对具体的控制算法设计合适的控制参种图形化的显示工具,方便用户对仿真结果进行分算法后就可以进行数字仿真,仿真的过程和结果都了根据开源工具软件定制的可适合不同芯片的编译器.编译下载模块通过通讯接口与建模模块相连,这样开发人员可利用编译下载模块提供的编译器将在建模模块设计的控制算法与嵌入式操作系统编译真实的汽车,PCI板卡通过通讯接口分别与ECU和仿真检测模块相连,这样

8、ECU可将控制指令发送到PCI板卡,PCI板卡接收到控制指令后改变自身状态,然后仿真检测模块读取这些状态并在仿真检单元嵌入式系统开发平台的软件界面如图3所示.图3汽车电子控制单元嵌入式系统开发平台界面embeddedsystemdevelopment2控制单元开发基于汽车电子控制单元嵌人式系统开发平台的电子控制单元开发,希望在理论仿真和硬件在回路仿真的基础上通过各种专有工具调整和优化ECU中控制策略和控制参数,使仿真能够较好的模拟真实情况下汽车在电子控制单元的控制下的运行状态.在实车路试之前使控制策略更加合理,控制参数更加优化.从而改变过去的手工编写控制代码调试一修改一再调试的不断往复漫长的过

9、程,加快汽车电子控制单元的开发进程,其开发流程如图4所示.图4基于开发平台的控制单元开发流程unitbasedondevelopmentplatform这种模式是我们在借鉴国际上流行的"V"开发模式的基础上,探索的基于汽车电子控制单元嵌入式系统开发平台的汽车电子控制单元的开发方搭建被控对象模型,然后利用平台提供的控制策略为控制对象设计控制算法,并针对控制算法和被控对象设计合适的控制参数,如图5所示.接着利用平台提供的仿真工具进行数字仿真.数字仿真的过程是计算机完全模拟汽车的运行,ECU的控制和控制器的作用,在计算机中完成刹车?432?重庆邮电大学(自然科学版)第19卷图5仿

10、翼模型制器发出经控制算法得到的控制指令,控制器根据控制指令做出相应的控制动作,作用于被控对象,被控对象响应控制器的控制,改变自身的状态,如此往复,完成仿真.在数字仿真的同时,被控对象的状态可实时的在监视器上显示,也可保存下来进行进一步的数据分析.数字仿真的过程如图6所示.图6数字仿真图6中的监视器实时反映被控对象状态,被控对象数字模型和控制器数字模型是根据被控对象和控制器的动力学特性设计的数学模型,ECU是控制算法.数字仿真,开发人员可以修改控制策略和控制参数,若在数字仿真的情况下得到较好的控制效果,则可想是用平台提供的编译工具将控制算法编译并下载到真实的ECU中,而用计算机模拟被控对象和执行

11、器,硬件在回路仿真的过程如图7所示.图7硬件在回路仿真硬件在回路仿真利用一片与计算机相连的PCI板卡模拟真实汽车的运行状态(图4中所注).PCI板卡通过串口与电子控制单元(ECU)相连,二板卡,然后计算机将PCI板卡上的数据读入内存,计算机根据这些数据改变被控对象的状态,然后再将被控对象的状态发到PCI板卡上,ECU根据从PCI板卡上检测到的被控对象状态做出决策,向ECU对ABS的控制,此过程在平台上进行实时检测,硬件在回路仿真中可以很真实的逼近被控对象以及ECU的执行效果.在此过程中,控制策略中的各种参数可在数字仿真的基础上进一步微调,若控制效果满足要求,该控制策略及其参数即可作为ECU中的

12、控制策略,进而进行实车路试.由于在搭建仿真模型的过程中忽略了次要因素,以及路试时的一些不可预测的因素,通过硬件在回路仿真的算法并不一定就能够在实车上产生理想的效果,因此路试的结果还要利用平台提供的工具进行分析和优化,这正是"V"开发模式下电子控制单元的开发过程.3ABS电子控制单元开发实例借助此平台我们为某型号汽车开发了具有自主先在平台上设置车型参数,如汽车质量,轴距等,或调用库资源中已有的车型资源,如图8所示.图8车辆参数设置然后利用自主建模工具搭建动力学仿真模型,在搭建仿真模型的同时调用基本控制逻辑及控制算法库中的控制逻辑和算法设计控制单元的基本控制算法,如图9所示.接

13、着进行数字仿真,并检测仿真过程,若控制效果不满足要求,可以进一步调整控制算法或与算法相关的参数.若控制效果满足要求,则利用平台集成的编译工具将控制算法和仿真算法分别编译下真检测如图10所示.由于2个前轮和2个后轮在仿真的过程中地位均等,汽车在刹车的过程中没有转向,所有2个前轮第4期郑太雄,等:汽车ABS电子控制单元的开发?433?图9控制算法选择图1O仿翼检测过程可见,汽车在刹车过程中轮速呈锯齿状变化,说明车轮不断受到增压,保压和减压的控制,使得车轮在刹车过程中不会抱死,符合ABS的要求.接着可进一步进行实车路试,检验算法的有效性,4个车轮的轮速曲线如图11所示.罨,图11车轮轮速曲线由图11

14、可见,汽车在刹车过程中没有出现车过去ECU开发反复测试,手工调整的过程,为某款车型配置ABS要经过大约6个月的时间,耗资十多万,而借助汽车电子控制单元嵌入式系统开发平台开发控制单元耗时仅为2个月,可节省大量人力物力,而且制动效果明显.4结论在自主开发的汽车电子控制单元嵌入式系统开发平台上开发汽车电子控制单元,可以按照"V"开发模式的思路,借助平台提供的各种库资源设计控制策略,搭建仿真模型,然后从理论上模拟被控对象在ECU控制下的运行状态,可以检验控制策略和控制参数,能够加快汽车电子控制单元的开发速度.在此平台上开发了具有自主知识产权的电子控制单元,结果显示基于汽车电子嵌入式系统平台的汽车ABS电子控制单元开发,不仅速度快,而且取得了令人满意的控制效果,有望实现我国在该领域突破国外技术壁垒的目标.参考文献:的实时仿真J.系统仿真,2004,16(7):14671471.的伺服控制研究与应用J.系统仿真,2004,16(5):936-939.环境及应用J.系统仿真,2004,16(4):667670.制仿真平台研究