專利名稱：一種用于車輛的實時仿真設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于車輛的實時仿真設(shè)備，該仿真設(shè)備可以對車輛的諸如發(fā) 動機(jī)控制器、ABS或者ESP等電子控制系統(tǒng)進(jìn)行實時的仿真測試。
背景技術(shù)：
典型的汽車電子控制系統(tǒng)，例如汽車電子控制器(ECU)等，是一種廣泛應(yīng)用于汽 車領(lǐng)域的電子控制裝置，該裝置通過測量汽車各部件的運(yùn)行狀態(tài)，對汽車進(jìn)行調(diào)節(jié)和校準(zhǔn)。在研制和開發(fā)汽車電子控制器(ECU)的時候，廣泛采用了如下的開發(fā)流程和/或 開發(fā)方式在功能設(shè)計和開發(fā)階段，借助于數(shù)學(xué)建模工具(Matlab/Simulink)抽象出汽車 電子控制器及其控制對象的數(shù)學(xué)模型，通過仿真的方式對設(shè)計進(jìn)行驗證。然后在快速控制原型(RCP)階段，將前一個階段抽象出來的汽車電子控制器模型 借助于代碼生成器轉(zhuǎn)換成一個可執(zhí)行程序，該可執(zhí)行程序在一個硬件平臺上運(yùn)行，該硬件 平臺可以通過相應(yīng)的I/O接口與實際控制對象相互作用。如果控制效果是滿意的，則由代 碼生成器將抽象出來的汽車電子控制器模型生成批量電子控制器硬件可執(zhí)行的代碼。在批 量汽車電子控制器與實際控制對象一起使用之前，需要進(jìn)行詳細(xì)的測試，通常使用硬件在 回路測試(Hardware-In-The-Loop，簡稱 HIL 測試)。在HIL測試中，批量汽車電子控制器與測試裝置相連接，在測試裝置上借助車輛 模型對被測電子控制器的功能進(jìn)行仿真，車輛模型的狀態(tài)通過傳感器模擬傳遞給電子控制 器，同時采集電子控制器的輸出，從而實現(xiàn)電子控制器和測試裝置的交互聯(lián)系。但是，上述現(xiàn)有的用于車輛的仿真設(shè)備很難做到實時仿真的效果，這是因為現(xiàn)有 的車輛外圍設(shè)備極其龐大，數(shù)據(jù)模型非常復(fù)雜，難以做到仿真結(jié)果的實時性。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種用于車輛的實時仿真設(shè)備，以減少或避 免前面所提到的問題。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提出了一種用于車輛的實時仿真設(shè)備，所述實 時仿真設(shè)備通過I/O接口與待測的車輛電子控制系統(tǒng)相連接，并通過通信接口與至少一個 人機(jī)接口設(shè)備相連接，該實時仿真設(shè)備包括至少一個執(zhí)行簡單仿真方案的第一 CPU處理 單元、一個執(zhí)行復(fù)雜仿真方案的第二 CPU處理單元以及至少一個用于存儲不同仿真方案的 存儲器和一個設(shè)定任務(wù)周期的定時器。本實用新型所提出的上述用于車輛的實時仿真設(shè)備可以在通過相對簡單的結(jié)構(gòu) 實現(xiàn)對待測試的車輛的汽車電子控制系統(tǒng)進(jìn)行實時的仿真測試，其結(jié)果精確，能夠確保一 定的實時性。

以下附圖僅旨在于對本實用新型做示意性說明和解釋，并不限定本實用新型的范圍。其中，圖1顯示的是根據(jù)本實用新型的一個優(yōu)選實施例的用于車輛的實時仿真設(shè)備的 結(jié)構(gòu)示意圖；圖2表示第一 CPU處理單元及第二 CPU處理單元分別進(jìn)行顯式積分法和隱式積分 法計算時可能的計算時間的示例性示意圖，以及所計算的狀態(tài)量的選擇；圖3表示第一 CPU處理單元及第二 CPU處理單元分別進(jìn)行顯式積分法和隱式積分 法計算時可能的計算時間的另一個示例性示意圖，以及所計算的狀態(tài)量的選擇；圖4表示通過外插值計算該物理過程的將來的狀態(tài)量的示意圖。
具體實施方式
為了對本實用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖說明 本實用新型的具體實施方式
。其中，相同的部件采用相同的標(biāo)號。本實用新型涉及一種用于車輛的實時仿真設(shè)備，該仿真設(shè)備可以對車輛的諸如發(fā) 動機(jī)控制器、ABS或者ESP等電子控制系統(tǒng)進(jìn)行實時的仿真測試。其中待測的車輛電子控 制系統(tǒng)通過I/O接口與該實時仿真設(shè)備相連接，仿真設(shè)備中實時運(yùn)行著用來模擬汽車的某 一部分或者整個汽車運(yùn)行狀態(tài)的模型，該仿真設(shè)備能夠模擬各種車用傳感器信號從而將汽 車運(yùn)行狀態(tài)傳遞給電子控制系統(tǒng)；同時，通過測量電子控制系統(tǒng)的輸出，按照汽車運(yùn)轉(zhuǎn)的原 理修改運(yùn)行狀態(tài)，通過電子控制器與測試設(shè)備的交互作用實現(xiàn)對電子控制系統(tǒng)的各種功能 進(jìn)行測試。圖1顯示的是根據(jù)本實用新型的一個優(yōu)選實施例的用于車輛的實時仿真設(shè)備的 結(jié)構(gòu)示意圖，其中，實時仿真設(shè)備1至少包括一個第一 CPU處理單元2、一個第二 CPU處理單 元3、以及對應(yīng)的I/O接口 4。實時仿真設(shè)備1可用來運(yùn)行實時模型，模擬待測的車輛電子控制系統(tǒng)5的各種傳 感器信號，并接收所述待測的車輛電子控制系統(tǒng)5輸出的執(zhí)行器信號。該實時仿真設(shè)備可 以是一個工控機(jī)或者一個通用的計算機(jī)(只要具備實時運(yùn)行對象模型功能的計算機(jī)都可 以)，其具有計算機(jī)通常所具備的部件，例如處理器，主板，處理器板卡以及各種I/O接口板 卡等，處理器板和I/O接口板之間通過總線相連，主板上還插有通訊卡，用于和人機(jī)接口設(shè) 備6通訊。如上所述，實時仿真設(shè)備1具有各種I/O接口板卡，因而具有多個接收/輸出數(shù)據(jù) 信號的I/O接口，根據(jù)本實用新型的實時仿真設(shè)備的其他組件都可以通過這些I/O接口與 實時仿真設(shè)備1連接，用于與實時仿真設(shè)備1進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。如圖1所示，根據(jù)本實用新型的車輛實時仿真設(shè)備1通過I/O接口 4采集待測的 車輛電子控制系統(tǒng)5的一個以上的狀態(tài)量Xp，然后輸出至少一個控制量y給待測的車輛電 子控制系統(tǒng)5，以影響待測的車輛電子控制系統(tǒng)5的執(zhí)行機(jī)構(gòu)?；谛枰獪y試的待測的車輛電子控制系統(tǒng)5的部件的復(fù)雜程度不同，存在不同類 型的仿真方案。例如，對于ABS來說，需要采取的狀態(tài)量Xp可以包括制動壓力和車輪的轉(zhuǎn) 速，制動踏板的下壓速度和/或松開油門踏板的速度，路面、車輪定位等信息的信號和數(shù)據(jù) 等。因此，為了在能夠忍受的時間內(nèi)得到實時的仿真結(jié)果，在本實施例中，對于同一個仿真 過程，提供了兩種不同的仿真方案，用于同時對這兩個仿真方案進(jìn)行仿真，以在設(shè)定的任務(wù)周期內(nèi)獲得至少一個可用的實時仿真結(jié)果。其中，至少一種仿真方案屬于簡化方案，其提供 了粗略的計算結(jié)果；另一種仿真方案屬于復(fù)雜方案，其提供了相對第一種方案更精確的計
晳社里 異5口米。也就是說，在本實用新型的車輛實時仿真設(shè)備1中，進(jìn)一步可以包括至少一個存 儲不同測試方案的存儲器7。當(dāng)需要對待測的車輛電子控制系統(tǒng)5進(jìn)行多個不同的仿真測 試時，可以將這些測試方案順序存儲在該存儲器7中。對于這些測試任務(wù)，根據(jù)與存儲器7中存儲的標(biāo)準(zhǔn)方案進(jìn)行比較，可以估算出各 測試方案的仿真測試時間的長短，從而可以判斷較長測試時間的仿真方案屬于復(fù)雜方案， 而較短測試時間的仿真方案屬于簡化方案。具體來說，在本實用新型中，第一 CPU處理單元2可以針對復(fù)雜方案進(jìn)行仿真，例 如，可以利用數(shù)學(xué)領(lǐng)域中的顯式積分的方法計算車輛模型的狀態(tài)量ΧΜ, ρ但是，在計算車身 等剛性過程模型的狀態(tài)量時，顯式積分法的應(yīng)用在實時性條件方面是存在問題的，因為為 了確保特定精度，計算步長必須選擇得很小，從而可能不能在實時條件下執(zhí)行計算。另外，如圖2所示，在本實用新型中，第二 CPU處理單元3可以針對簡化方案進(jìn)行 仿真，例如，可以利用數(shù)學(xué)領(lǐng)域中的隱式積分法計算該車輛模型，計算模型的狀態(tài)量XM, i，這 個第二 CPU處理單元3與第一 CPU處理單元2對車輛模型進(jìn)行同步計算，以校正第一 CPU 處理單元2所進(jìn)行的模型計算，如果計算過程是實時的，將以顯式積分的方法計算車輛模 型的狀態(tài)量X^作為模型的狀態(tài)量XM。在圖1中的車輛實時仿真設(shè)備中，第一 CPU處理單元2及第二 CPU處理單元3是車 輛仿真計算機(jī)的多核CPU的兩個內(nèi)核，兩個處理單元的構(gòu)成形式也可以是由兩個單獨(dú)CPU 進(jìn)行并行計算的形式，這兩個CPU處理單元通過共享內(nèi)存的方式進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)交互。在圖2顯示的的車輛仿真設(shè)備中，時間軸被簡要地劃分成用k-2、k_l、k、k+l和k+2 來表示積分時間步驟。采用第一 CPU處理單元2以顯式積分的方法計算車輛模型的狀態(tài)量 XM, e，采用第二 CPU處理單元3同步以隱式積分的方法計算車輛模型的狀態(tài)量XM, it)如箭頭 所示，為了采用顯示積分的方法計算下一個狀態(tài)量，只有在第二 CPU處理單元3以隱式積分 的方法計算車輛模型的狀態(tài)量過程被延遲的情況下，才會出現(xiàn)。在時間段k-2和k-Ι之間 的時間段就是這樣一種情況，為了計算車輛模型狀態(tài)XM,，利用顯式積分法來計算狀態(tài)量 X ,e,k-2,從原理上說，顯示積分肯定能夠計算出相應(yīng)的車輛模型的狀態(tài)量XM,e，從而能夠保證 計算的實時性。圖3描述了實時計算車輛模型的狀態(tài)量Xm的另一種方法，即采用第二 CPU處理單 元3同步對車輛仿真模型的變量進(jìn)行計算，采用隱式積分的方式計算模型的狀態(tài)量ΧΜ, ρ以 校正第一 CPU處理單元2所進(jìn)行的模型計算，如果計算過程是實時的，將以利隱顯式積分的 方法計算車輛模型的狀態(tài)量XM, i作為模型的狀態(tài)量XM。否則，以利用顯式積分的方法計算 車輛模型的狀態(tài)量X^作為模型的狀態(tài)量XM。這兩個處理單元中的哪一個為該過程模型提 供計算出的狀態(tài)數(shù)據(jù)這里僅取決于在第二 CPU處理單元3上所執(zhí)行的隱式積分法是否及時 結(jié)束。在圖3中可以看到，在時間點(diǎn)k-2、k、k+l和k+2之前的計算間隔內(nèi)，分別由第二 CPU 處理單元3提供通過隱式積分法所計算的狀態(tài)量XM, i作為該車輛模型的狀態(tài)量XM，只有在 時間點(diǎn)k-Ι之前的時間間隔內(nèi)，才使用由第一 CPU處理單元上的顯式積分法所求得的狀態(tài) 量X^作為該車輛模型的狀態(tài)量XM。[0029]此外，在圖2及圖3顯示的計算方式中，車輛仿真計算機(jī)采用固定的仿真步長進(jìn)行 模型的解算。本裝置還可以實現(xiàn)隱式積分的仿真步長大于顯示積分的仿真步長的計算，步 長的選擇原則是，使得車輛狀態(tài)量與時間的發(fā)展相適應(yīng)，在一般情況下選擇較小的仿真步 長，只有在狀態(tài)量處于微調(diào)狀態(tài)下才選擇較大的仿真步長。隱式積分的計算特點(diǎn)是通過迭代的方式進(jìn)行最新狀態(tài)量的計算，計算過程不僅與 過去的狀態(tài)量相關(guān)，同時也與相鄰狀態(tài)量的導(dǎo)數(shù)有關(guān)，如圖4所示。因此，狀態(tài)量的計算不 僅與車輛模型本身的過去狀態(tài)量相關(guān)，還與仿真計算機(jī)所連接的外圍物理量的狀態(tài)相關(guān)， 為了計算下一個狀態(tài)量XM,k+1，還需要該外圍物理量的下一個狀態(tài)量Xp, k+1，在仿真系統(tǒng)中， 由仿真過程中過去的狀態(tài)量Xp,k通過外插值的方式提供，分別得到外圍物理量的估計值Xp, k-2、Xp，k-1、Xp，k、Xp，k+1、^P, k+2 ‘ 然后通過圖示方法計算XM, i。另外，在實時仿真設(shè)備1中還可以包括至少一個定時器8，用于設(shè)定一個測試任務(wù) 的任務(wù)周期。當(dāng)然，該定時器8可以通過人機(jī)接口設(shè)備6靈活設(shè)定。在上述兩個CPU處理 單元2、3并行處理不同的測試任務(wù)時，在同一任務(wù)周期內(nèi)，例如，如果第二 CPU處理單元3 的復(fù)雜方案尚未處理完成，則可以暫停該測試方案，而以第一 CPU處理單元2的簡化方案的 處理結(jié)果作為最后的仿真結(jié)果。當(dāng)然，如果在同一任務(wù)周期內(nèi)，兩個CPU處理單元2、3均完 成了測試任務(wù)，則以相對精確的第二 CPU處理單元3的處理結(jié)果作為最后的仿真結(jié)果，以此 實現(xiàn)實時仿真，避免由于測試時間較長難以達(dá)到實時仿真的效果。本實用新型所提出的上述用于車輛的實時仿真設(shè)備可以在通過相對簡單的結(jié)構(gòu) 實現(xiàn)對待測試的車輛的汽車電子控制系統(tǒng)進(jìn)行實時的仿真測試，其結(jié)果精確，能夠確保一 定的實時性。以上所述僅為本實用新型示意性的具體實施方式
，并非用以限定本實用新型的范 圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變化、 修改與結(jié)合，均應(yīng)屬于本實用新型保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求一種用于車輛的實時仿真設(shè)備，其特征在于，所述實時仿真設(shè)備(1)通過I/O接口(4)與待測車輛(5)的電子控制系統(tǒng)相連接，并通過通信接口與至少一個人機(jī)接口設(shè)備(6)相連接，該實時仿真設(shè)備(1)包括至少一個執(zhí)行簡單仿真方案的第一CPU處理單元(2)、一個執(zhí)行復(fù)雜仿真方案的第二CPU處理單元(3)以及至少一個用于存儲不同仿真方案的存儲器(7)和一個設(shè)定任務(wù)周期的定時器(8)。
專利摘要一種用于車輛的實時仿真設(shè)備，所述實時仿真設(shè)備通過I/O接口與待測的車輛電子控制系統(tǒng)相連接，并通過通信接口與至少一個人機(jī)接口設(shè)備相連接，該實時仿真設(shè)備包括至少一個執(zhí)行簡單仿真方案的第一CPU處理單元、一個執(zhí)行復(fù)雜仿真方案的第二CPU處理單元以及至少一個用于存儲不同仿真方案的存儲器和一個設(shè)定任務(wù)周期的定時器。上述用于車輛的實時仿真設(shè)備可以在通過相對簡單的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對待測試的車輛的汽車電子控制系統(tǒng)進(jìn)行實時的仿真測試，其結(jié)果精確，能夠確保一定的實時性。
文檔編號G05B23/02GK201716595SQ20102022599
公開日2011年1月19日 申請日期2010年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月9日
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