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半实物仿真测试在汽车电子电器系统中的应用
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半实物仿真测试在汽车电子电器系统中的应用

  摘 要:大量的汽车电子电器零件的使用使得当今的汽车更加舒适、安全、节能和环保,但另一方面使得汽车电子电器系统更加复杂,开发和测试变得至关重要,所需的开发周期更长,成本更高。文中以 Roewe 某款车型为例,采用半实物仿真方法对汽车电子电器系统进行开发测试,将大量的实车测试工作变为台架半实物仿真测试,大大节约了开发成本,缩短了开发周期。

  关键词:电子电器系统;半实物仿真;测试

  概 述

  汽车电子电器的广泛应用使得现代的汽车更加舒适、安全、节能和环保,但另一方面带来的是汽车电子电器系统日趋复杂,因此电子电器系统集成设计和测试变得至关重要。为了确保设计的可靠,将增加测试的难度和周期,但新车上市的紧迫感又使得设计周期变得越来越短。目前解决这个矛盾的有效办法,就是将更多的道路试验和实车测试工作放到实验室进行,在车辆装车前完成电子电器系统的各项测试。Hardware-in-the-Loop(HIL Simulation [1-2])半实物仿真测试(也称为硬件在回路仿真)方法近年来被广泛应用于汽车电子电器的开发测试。应用半实物仿真测试方法,可以在汽车电子电器系统开发阶段,对其进行全面、详细的测试,甚至连极限条件下的应用也可以进行反复测试。借助半实物仿真测试台架的帮助,测试工程师可以很方便地采用计算机屏幕来随时监控和测试各种信号和数据结果,大大节约费用,缩短开发测试周期,增加系统设计的安全性及可靠性。

  1 汽车电子电器半实物仿真测试系统解决方案

  汽车电子电器半实物仿真测试系统解决方案的思想 [3]:采用“软” “硬” 虚” “实”代、“与结合的设计思想,强调系统的实用性、效益性,最大限度地模仿真实的控制器、设备的实验环境,实现了“专用实验台”的虚拟化,将大量的测试工作“搬” “微机” 而原有在微机上的实验操作到了上,环境和方法仍然保持不变,从而实现了系统的开放性和最大的“真实性” 在虚拟环境下测试工程,师可以如同在真实的环境中一样完成各种预定的测试项目,所取得的效果接近或等价于在真实环境中所取得的效果。汽车电子电器半实物仿真测试系统采用MATLAB/Simulink 建立汽车仿真模型来模拟系统的运作,采用 dSPACE 来产生和接收实际的汽车电子电器系统执行器和传感器信号,与真实的电子电器系统构成闭环的控制系统,采用 Con-trolDesk 对仿真实验过程进行综合管理。

  1.1汽车电子电器系统平台

  汽车电子电器系统平台集成了不包括发动机和变速箱本体的所有的汽车电子电器零件,包括整车线束、所有的电子控制单元、部分执行器和传感器等,将这些电子电器零件置于一个铝合金的车架上(铝合金的车架等效于车身接地) 如图 1 所示。

 

 

  

  图1 汽车电子电器系统台架

 

  1.2 软件平台

  汽车电子电器系统半实物仿真测试系统软件平台由强大的建模工具 MATLAB/Simulink 和dSPACE 的虚拟实验综合管理软件 ControlDesk组成。采用 MATLAB/Simulink 建立汽车半实物仿真模型,采用 ControlDesk 进行人机交互。(相关阅读:实时半实物仿真平台 http://www.appsoft.com.cn/2012/0530/AppSIM.html)

  1.2.1 MATLAB/Simulink

  MATLAB 集计算、可视化及编程于一身,无论是问题的提出还是结果的表达都采用通用的数学描述方法,而无需用传统的编程语言进行繁琐的前后处理。基于上述特点,MATLAB/Simulink作为建模、分析和仿真各种动态系统的交互环境,很适合数值计算、数据分析,为汽车动力系统仿真提供了可靠、稳定的建模工具,来满足建立汽车电子电器系统半实物仿真的测试模型。

  1.2.2 仿真模型

  Roewe 某款车型的电子电器系统半实物仿真模型主要由带涡轮增压的汽油机模型、液力变矩器模型、变速箱模型、车辆动力学模型和环境模型构成。汽油发动机模型由试验所得的扭矩、转速和效率特性 MAP 曲轴组成,发动机的工作点由节气门开度、喷油时间和点火正时时刻所决定。液力变矩器模型由其特性曲线所决定,充分考虑了液力变矩器锁止、打滑和分离3种工况。变速箱模型主要考虑了经济换挡模式、动力换挡模式和雪地换挡模式,按照油门开度、车速和当前挡位进行换挡。车辆动力学模型 [4]用来计算当前的行使阻力和车速。利用MAT-LAB/Simulink 建立的Roewe某款车型的仿真模型如图2所示。

  1.2.3 ControlDesk

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