汽车电控系统的开发方法

• 电机“堵转” • 钢缆断裂 • 反馈信号含有很大的噪声
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2. 电子节气门硬件在环仿真测试系统
在发动机控制系统中，采用电子节气 门的优点在于ECU能根据驾驶员的需 求以及整车各种行驶状况确定节气门 的最佳开度，保证车辆最佳的动力性 和燃油经济性，并对车辆的牵引力控 制、巡航控制等控制功能有辅助作 用，可提高驾驶安全性和乘坐舒适 性。
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1.2 传统的开发方法
传统开发设计过程：“瀑布式”开发方法
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传统的开发方法的缺点：
（1）信息的交流依赖于文档 （2）早期设计阶段引入的错误 要在开发后期才能发现 （3）手写代码和文档
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V型开发模式：
第二阶段中，研发人员需完成各 种不同功能的系统测试：首先按 照软件模块的划分，完成各软件 模块的功能测试；然后，再进行 所有软件模块的集成测试；在软 件模块的集成测试通过后，将进 行ECU的功能测试；最后，将 ECU集成到汽车系统中进行系统 集成测试和标定，完成ECU与汽 车系统的匹配试验。从而完成一 个完整的ECU研制周期。
200用9-10模-18 拟信号，实现E西C华U大的学交软通与件汽车在工程环学院仿彭忆真强 测试。
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在环仿真测试：
硬件在环仿真：
在进行集成测试，功能测试及系统测试等三个阶
段，将测试ECU中各功能模块与其它功能模块以
及操作系统之间的交互作用。此时，ECU硬件在
环仿真测试的方法将用来进行上述测试。在进行
制 动 力 (N)
电 机 转 速 (rad/s)
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时间(s)
时间(s)
时间(s)
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软件在环仿真测试系统的实现
仿真系统的实现环境:客户机/服务 器结构
• 客户机端: Windows用户界面 • 服务器端: Matlab/Simulink
运行模式：批处理/交互模式 故障模拟:
增量式PID控制算法不需要做累加，控制 信号增量的确定仅与最近三次误差值有 关，并且计算误差或计算精度对控制量 计算的影响较小。
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Байду номын сангаас
测试结果：
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测试结果：
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第01章 汽车电控系统的开发方法
1.1 概述 1.2 传统开发方法 1.3 基于模型的V型开发模式 1.4 实例
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1.1 概述
•汽车电控系统的复杂程度越来越高： •从独立的单变量简单控制→综合的 多变量复杂控制； •单独设备的控制→网络控制；
•导致：控制系统的硬件越来越复杂， 软件也越来越庞大。 •因此：开发方法必须更新！
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电动驻车制动系统软件在环仿真
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驻车制动器模型：
电机模型：
传动机构模型：
V+
HS1
HS2
M+ M-
LS1
LS2
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仿真结果与试验结果的比较
电 机 电 流 (A)
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快速控制原型（Rapid Control Prototype：RCP）
RCP技术的关键在于代码的自动生成和下载，同时 还必须有良好易用的建模、设计、离线仿真、实时 开发及测试工具，这样才能加快设计和试验的开发 循环过程。
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RCP典型应用系统：dSPACE系统
磁通相互作用产生电
磁转矩。电磁转矩克
服节气门转轴上的负
载，带动节气门阀片
运动，实现节气门开
度的位置控制。 2009-10-18
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MACS565电子节气门仿真测试平台：
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仿真测试模型：
该模型由控制器模块、ETB(electronic throttle body)
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V型开发模式：
车用ECU开发过程的第一阶段总是 以客户的需求作为起始点。根据 客户的需求，首先应定义电控系 统的说明；在系统定义的基础 上，就可以确定各相关部件的功 能；然后，就应进行控制程序的 流程设计；根据程序的流程设计 和相关部件的功能，就可完成系 统的软件模块设计；开发过程的 第一阶段结束于软件开发人员进 行程序的编制和调试。
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RCP典型应用系统：dSPACE系统
基本软件工具MATLAB/Simulink作为其前端工具。 dSPACE可以直接继承开发人员在MATLAB软件环境 下得到的Simulink算法模型，将这个模型自动转变成 为可实时运行的程序代码，并将代码下载至其专用硬 件平台上运行。 在Simulink模型中，开发人员可以使用的dSPACE/RTI 提供的各种实际物理信号接口，这样，模型算法生成 代码后，可以直接通过dSPACE专用硬件平台上对应 定义的物理信号接口处理真实的电气信号（传感器反 馈、执行机构驱动、总线通讯等）。 在dSPACE平台上运行的Simulink模型，可以与真实的 物理设备相互关联，实现对理论设计的测试检验。
MATLAB中的Real-time Workshop能够自动地把 Simulink下的框图模型生成C程序代码。它还能支持 更多的单片机，并能与驱动程序和实时操作系统集 成在一起，生成完整的C代码。
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1.4 实例
1. 软件在环仿真试验系统
电动驻车制动系统
2. 硬件在环仿真试验系统
电子节气门
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电动驻车制动系统软件在环仿真
电动驻车系统的组成：
1. 电子控制单元ECU； 被测试对象 2. 直流电机； 计算机建模 3. 螺杆式机械传动装置； 计算机建模 4. 连接到刹车器的钢缆。 经验公式建模
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响、算法的性能等问题。
•通过将快速原型硬件系统与所要控制的实际设备相
连，可以反复研究使用不同传感器及驱动机构时系统
的性能特征。
•利用旁路（BYPASS）技术将原型电控单元或控制器
集成于开发过程中，从而逐步完成从原型控制器到产
品型控制器的顺利转换。
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模型开发方法与传统开发方法的比较
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两种开发方法的比较：
流程的阶段和特点
传统方法
基于模型的方法
技术要求（管理与维护）
自然语言描述的技术 要求，通常很模糊
基于模型的技术要求，很 清晰
功能开发
对复杂的原型进行手 工编程
图形化建模，自动下载到 实时硬件上运行，快速进 行方案评估，快速形成控
ECU硬件在环仿真测试时，所有ECU的硬件接口
将与真实的传感器，作动器相连，只是传感器的
信号来源于车辆动力学模型，而作动器的输出将
送至系统仿真器。
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在环仿真测试：
硬件在环仿真：
最后的系统标定验收阶段，需要确定控制系
统的一些参数及特征曲线，此时只用ECU硬
制原型
产品代码生成
手工编写C代码，容 从开发工具中自动生成产
易出错
品代码
ECU测试
非系统地进行车辆测 试，工况可重复性差
系统地进行测试，通过硬 件在回环仿真进行失效测
试
灵活性
非常有限
好
开发进程
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慢
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由于并行开发，使进程大
大的加速
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V型开发模式：
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软件模型的在内的模型在环仿真方法可以在PC或
工作站上实现，用于设计和确定各模块的功能。
模型在环仿真可与快速原型方法相结合，用于在
开发的早期过程中，发现及排除系统和模块功能
定义中的错误。
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在环仿真测试：
软件在环仿真：
软件在环仿真的方法将目标系统的编码集成到软件在环仿
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V型开发模式：
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相对于传统的 ECU开发模 式，V型开发模 式有许多优 点，已经成为 目前ECU开发 的标准模式。
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在环仿真测试：
模型在环仿真测试：
系统功能定义阶段，一个包括车辆动力学模型和
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V型开发模式
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V型开发模式：
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V型开发模式：
两个阶段：
第一阶段为系 统功能定义及 程序研制阶 段；
第二阶段为系 统功能测试阶 段。
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真系统中进行测试。进行软件在环仿真测试有两种方式：
一种方式是将目标系统的程序编码以动态连接库的形式，
转换为可在PC或工作站上运行的程序代码，完全脱离ECU
的软硬件环境，直接在PC或工作站上进行ECU的软件在环
仿真测试；另一种方式是目标系统的程序编码在真实的
ECU处理器上运行，而所有ECU与外界的硬件连接信号采
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快速控制原型（Rapid Control Prototype：RCP）
•短时间内形成与开发中的控制器功能一致性的测试
原型装置。
•通过实物试验来检验和修改设计。这样在产品样机
生产之前，即可确认设计的各项指标。
•可以在费用和性能之间进行折衷；
•仔细研究诸如离散化及采样频率等对产品性能的影
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RCP典型应用系统：MACS565系统
MACS565是荷兰TNO公司开发的一套汽车电控系统快速原 型开发平台，由主控制器、WinSpecs监控软件、I/O模块、 发动机控制等模块组成，他们之间可通过CAN总线或以太 网进行数据通讯。
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电子节气门的组成
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电子节气门的组成
机电传动系统：直流 电机是执行元件，减 速齿轮组、复位弹 簧、节气门阀组成了 执行机构。
电机输入电压在电枢
回路中产生电枢电
流，电枢电流与激磁
件在环仿真测试不足以完成此项测试任务，
一般需要在包含ECU控制设备的专用测试试
验台上甚至在整车试验台上进行硬件在环仿
真测试。
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在环仿真测试：
完成上述各种不同类型的在环仿真测试，必须根据
具体情况，针对不同的测试对象，研制不同的仿真
测试系统。
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1.3 基于模型的V型开发模式
• 基于模型的设计过程
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基于模型的开发方法特点：
模型就是可以执行的规范； 连续不断的测试和验证； 代码自动生成技术。
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自动代码生成 自动代码生成系统可以把Simulink下的框图自动转
换成可执行的C程序代码，应用自动代码生成技 术，可以把用框图化的设计思想直接转换成C代码 而下载到快速控制原型系统中执行，因此自动代码 生成是V型开发模式得以实现的关键。自动生成代 码具有代码安全、无冗余、便于维护、开发周期短 等优点。
硬件在环模块、反馈模块和输入模块组成。由于电
子节气门体中包括：弹簧、摩擦等一些非线性环
节，为实现对节气门位置的精确定位控制，需采用
反馈控制算法。在控制器模块中采用的控制算法：
数字增量式PID算法。
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数字增量PID控制算法：
u(t) = u(t −1) + Kp (et −et−1) + Kiet ( ) + Kd et − 2et−1 + et−2