柴油机_高压共轨电控系统开发方案的研究.docVIP

柴油机高压共轨电控系统开发方案的研究一、前言 随着汽车工业的高速发展，传统的手工编程的方式已越来越不能满足产品的开发周期及控制算法的可靠性要求（控制程序的无缺陷要求）。目前很多国外著名厂商如Audi、AVL、BMW、Bosch、Ricardo Engineer－ing、Siemens、Ford等普遍采用基于模型的V模式开发方案，如图所示。 二、传统与现代ECU开发流程的对比 （一）传统ECU开发流程 ??? 传统ECU开发流程可概括如一下：（1）根据调查清况用文字说明的方式定义需求和设计目标；（2)根据过去的经验提出系统结构；（3)由硬件人员设计并制造硬件电路；（4)由控制工程师设计控制方案，并将控制规律用方程一的形式描述出来；（5）由软件人员采用手工编程的方式实现控制规律；（6）由系统工程师或电子专家将代码集成于硬件电路中；（7)用真实控制对象或测试台对系统进行测试。 由上述过程可以看出，传统的开发方法至少存在3个较大的问题： 1．对控制规律的控制特性或控制效果还没有把握的情况下，硬件电路已经制造，增加风险； ??? 2．如果在测试过程中出现问题，很难确定是控制策略不理想还是软件代码有错误，同时手工编程占用大量的时间，在有了控制策略后要等待很长时间才能对其进行验证和测试，发现控制方案不理想，需要进行修改时，大量的时间又将耗费在软件的修改和调试上； ??? 3．在测试过程中由于涉及的部门太多，容易引起管理协调问题，导致开发周期变长。 由此看来，传统的依靠手工编程、大量实验验证的设计流程已经很难胜任新的开发需求。 （二）现代ECU开发流程 ??? 现代ECU开发流程是用集成一体化的开发环境高效地完成开发与测试工作。开发流程采用V模式：离线功能仿真-快速控制原型-代码生成-硬件在环仿真-参数标定。其实现步骤如下：（1）利用Matlab/Simulink进行控制算法的仿真模型的构建，实现离线功能仿真；（2）利用Matlab RTW Build工具生成浮点运算C代码；（3）利用dSPACE PPCTools编译连接生成可执行代码并下载到MicroAu-toBox或AutoBox中实现控制算法的硬件在环仿真，以验证控制算法的合理性和精确性；（4）把生成的经过硬件在环验证过的控制算法下载到控制系统硬件中，进行系统调试和检测；（5）控制系统的整机标定。 考虑到实际控制系统的实时性要求，开发人员往往希望从Simulink图形程序所生成的C代码为精炼的、定点的、ANSI C代码，以提高控制器的执行效率。TargetLink则是满足开发人员此项需求的工具，它可以实现和Matlab/Simulink的无缝连接，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。 基于对控制算法执行效率的考虑，作者采用Simulink + TargetLink＋高压共轨电控柴油机硬件系统+[s]＋高压共轨柴油机硬件在环仿真系统＋标定工具（Vector CANape），实现高压共轨柴油机电控系统V模式开发流程。 三、V模式开发流程 （一）控制算法模型的构建 ??? Matlab/Simulink/Stateflow模块以及大量的控制算法和信号处理工具箱，提供了一个完整的汽车电子系统级设计、环境。它能够完整地定义ECU的功能，无论是基于时间的还是基于事件的算法都可以通过模型来描述。此外，图形化的编程方式更加方便了开发人员进行高效的算法开发以及系统仿真调试，通过对控制算法进行不断地修改调试，能够尽早地排除大量的算法问题，因而提高了开发效率。 整个高压共轨电控系统的控制算法采用模块划分的方式进行Simulink图形化编程和仿真调试。作者主要以怠速闭环PI控制器为例进行系统开发说明（其它控制模块算法开发类似）。系统采用增量式预限积分方式的PI控制器，怠速闭环PI控制器的Simulink系统模型框图如图2所示。 （二）TargetLink嵌入式定点代码生成 ??? 对于Simulink环境下的控制算法模型，在进行嵌入式代码生成之前，需要进行Simulink模型至TargetLink模型的转化以及变量的定标过程（见图2)a为了保证模型转换精度TargetLink提供3种仿真环境：模型在环仿真、软件在环仿真和处理器在环仿真以方便开发人员进行仿真比较。模型在环仿真主要是针对由Simulink模型转换来的Tar-getLink模型的仿真，仿真还是基于模型的浮点运算的仿真，其仿真结果和Simulink下的模型仿真结果完全相同，在此种仿真模式下，可以对一模型进行Simulink模型至TargetLnk模型或TargetLink模型至Simulink模型的相互转换。软件在环仿真主要是针对基于由模型生成的定点C代码的仿真。处理器在环仿真主要是基于所生成的C代码被下载到控