MWORKS系統(tǒng)建模與仿真：汽車系統(tǒng)設(shè)計與驗證 課件 7.車載控制器應(yīng)用（北航）

MWORKS系統(tǒng)建模與仿真：汽車系統(tǒng)設(shè)計與驗證第2篇MWORKS系統(tǒng)建模與仿真7.車載控制器應(yīng)用（北航）7.1汽車行業(yè)車載控制器軟件開發(fā)流程簡—以Matlab為例為了保證軟件（應(yīng)用層和底層）開發(fā)的質(zhì)量和效率，當(dāng)前成熟的ECU軟件開發(fā)都會采用V流程形式。所有工程過程（系統(tǒng)工程和軟件工程）都是按照“V”字模型原理進(jìn)行組織的：左邊的每個過程與右邊的過程正好對應(yīng)。基于模型驅(qū)動的方法，開發(fā)統(tǒng)一的復(fù)雜汽車電控單元建模方法論。設(shè)計研究V流程下模型表達(dá)與需求統(tǒng)一的方法，開發(fā)具有層次結(jié)構(gòu)、并行系統(tǒng)、時間算子和事件的狀態(tài)機(jī)建模技術(shù)，設(shè)計不同系統(tǒng)架構(gòu)下的電控單元開發(fā)模板等。以實現(xiàn)汽車電控單元的系統(tǒng)架構(gòu)統(tǒng)一化和規(guī)范化。7.1.1模型驅(qū)動的復(fù)雜汽車電控單元的統(tǒng)一建模方法論7.1汽車行業(yè)車載控制器軟件開發(fā)流程簡—以Matlab為例7.1.2軟件開發(fā)V流程的實施7.1汽車行業(yè)車載控制器軟件開發(fā)流程簡—以Matlab為例1系統(tǒng)需求分析軟件需求分析2軟件架構(gòu)設(shè)計3軟件單元設(shè)計和軟件實現(xiàn)4系統(tǒng)需求需要系統(tǒng)工程師完成?；陧椖康恼w需求及軟硬件整體定義，對系統(tǒng)邏輯架構(gòu)進(jìn)行整體定義。軟件需求需要系統(tǒng)工程師完成。系統(tǒng)工程師根據(jù)系統(tǒng)相關(guān)方需求說明書、軟硬件接口文件、變更通知書等輸入，梳理定義軟件研發(fā)需求說明書。軟件架構(gòu)需要架構(gòu)工程師完成。為了建立清晰、結(jié)構(gòu)化的軟件設(shè)計，應(yīng)該統(tǒng)一分配軟件需求，然后完成軟件架構(gòu)設(shè)計。軟件單元設(shè)計需要軟件開發(fā)工程師完成。在此階段，需要對每個組件內(nèi)部的算法邏輯進(jìn)行詳細(xì)的內(nèi)部設(shè)計。軟件單元測試5軟件單元測試一般需要軟件開發(fā)工程師完成，也可以讓測試工程師完成。當(dāng)軟件單元測試通過后，會將軟件編譯成ECU可執(zhí)行的文件。軟件集成測試6總線解構(gòu)器，將總線數(shù)據(jù)拆分進(jìn)行輸出。軟件系統(tǒng)測試7系統(tǒng)測試軟件需要測試工程師完成。系統(tǒng)測試與系統(tǒng)需求相對應(yīng)架構(gòu)包括架構(gòu)“要素”，可以被進(jìn)一步分解到各合適層級上的架構(gòu)子“要素”。軟件“組件”是軟件架構(gòu)的最低層級的“要素”，以定義最終的詳細(xì)設(shè)計。一個軟件“組件”可包含一個或多個軟件“單元”。在V模型右邊的“項”對應(yīng)到左邊的“要素”（如：軟件“項”可以是對象文件、庫或可執(zhí)行形式）。這可以是1:1或m:n的關(guān)系，如：一個項可表示超過一個架構(gòu)“要素”。7.1.3軟件開發(fā)中的術(shù)語7.1汽車行業(yè)車載控制器軟件開發(fā)流程簡—以Matlab為例追溯性和一致性在AutomotiveSPICE3.1PAM是通過兩個單獨的基本實踐來提出。追溯性指的是在工作產(chǎn)品之間存在引用或鏈接，由此可以進(jìn)一步支持覆蓋率、影響分析、需求實施狀態(tài)跟蹤等。相反，一致性關(guān)注內(nèi)容和語義。7.1.4軟件開發(fā)中的追溯性和一致性7.1汽車行業(yè)車載控制器軟件開發(fā)流程簡—以Matlab為例SysplorerEmbeddedCoder（SEC）是Sysplorer專門針對嵌入式C代碼生成場景設(shè)計的建模仿真工具。它在Sysplorer環(huán)境中啟動獨立界面，為車載控制器軟件設(shè)計者提供了一系列功能。SEC內(nèi)部包含基于因果的框圖式建模和狀態(tài)機(jī)建模環(huán)境。7.2.1SysplorerEmbeddedCoder概述7.2基于MWORKSembedded的開發(fā)流程?如圖6所示，這些元素能夠支持基于模型的控制策略設(shè)計。這種設(shè)計方法允許工程師以圖形化的方式描述車載控制器系統(tǒng)組件之間的因果關(guān)系，以及系統(tǒng)狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換規(guī)則，從而實現(xiàn)對控制策略的抽象建模。7.2.2基于MWORKSembedded

開發(fā)流程7.2基于MWORKSembedded的開發(fā)流程?車載控制器開發(fā)的初始階段是系統(tǒng)需求的深入理解和全面分析，需要準(zhǔn)確定義車載控制器所需的功能。需求分析和規(guī)劃1系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計2軟件開發(fā)3調(diào)試和驗證4集成和部署5優(yōu)化和維護(hù)6在車載控制器系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計中，SEC起到了重要作用。在車載控制器開發(fā)過程中，確定系統(tǒng)架構(gòu)后，緊接著進(jìn)入嵌入式軟件的開發(fā)階段。在車載控制器軟件開發(fā)的最后階段，系統(tǒng)調(diào)試和驗證必不可少。經(jīng)過模型代碼生成和驗證的迭代過程，SEC提供了一系列關(guān)鍵功能，使得生成的代碼可以靈活地用于集成或直接應(yīng)用于生產(chǎn)環(huán)境。在持續(xù)的系統(tǒng)運營中，性能優(yōu)化和維護(hù)變得至關(guān)重要。整車控制器的蠕行轉(zhuǎn)矩控制算法是一種用于電動汽車或混合動力車輛的控制策略，目的是在低速行駛或停車狀態(tài)下實現(xiàn)精確的速度調(diào)節(jié)，同時最小化能量消耗和提高駕駛舒適性。蠕行轉(zhuǎn)矩控制是通過調(diào)整電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩來實現(xiàn)車輛緩慢行駛的一種技術(shù)。7.3.1算法概述7.3整車控制器蠕行轉(zhuǎn)矩控制整車控制器的蠕行轉(zhuǎn)矩控制算法是一種用于電動汽車或混合動力車輛的控制策略，目的是在低速行駛或停車狀態(tài)下實現(xiàn)精確的速度調(diào)節(jié)，同時最小化能量消耗和提高駕駛舒適性。蠕行轉(zhuǎn)矩控制是通過調(diào)整電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩來實現(xiàn)車輛緩慢行駛的一種技術(shù)。7.3.1算法概述7.3整車控制器蠕行轉(zhuǎn)矩控制整車控制器的蠕行轉(zhuǎn)矩控制算法通常包含多個模塊，這些模塊協(xié)同工作以實現(xiàn)車輛在低速行駛時的平穩(wěn)控制。7.3.2控制模型架構(gòu)7.3整車控制器蠕行轉(zhuǎn)矩控制基本模塊1傳感器模塊2車輛狀態(tài)估計模塊3驅(qū)動電機(jī)控制模塊4能量管理模塊5駕駛員交互模塊6制動系統(tǒng)控制模塊7安全監(jiān)測模塊MWORKS.Sysplorer支持狀態(tài)機(jī)模型建模，SysplorerEmbeddedCoder模型庫中提供的狀態(tài)機(jī)模塊支持用戶為控制器搭建狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型，搭建狀態(tài)邏輯方式比傳統(tǒng)編程語言中的嵌套條件分支語句更加高效。7.3.3模型搭建7.3整車控制器蠕行轉(zhuǎn)矩控制狀態(tài)機(jī)模型建?？柭鼮V波算法卡爾曼濾波（KalmanFilter）是一種用于估計系統(tǒng)狀態(tài)的濾波器，它可以通過觀測數(shù)據(jù)和系統(tǒng)動力學(xué)模型之間的融合來提供對系統(tǒng)狀態(tài)的最優(yōu)估計。卡爾曼濾波器在控制系統(tǒng)、信號處理和機(jī)器人等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。7.3.4參數(shù)裝載7.3整車控制器蠕行轉(zhuǎn)矩控制在車輛控制系統(tǒng)中，參數(shù)裝載是指將控制算法中使用的參數(shù)從外部源加載到系統(tǒng)中，以便在運行時動態(tài)地調(diào)整系統(tǒng)的行為。這樣的設(shè)計使得系統(tǒng)更加靈活，能夠適應(yīng)不同的運行環(huán)境和需求。參數(shù)裝載要點參數(shù)裝載方法1參數(shù)定義2參數(shù)配置文件3參數(shù)讀取4參數(shù)應(yīng)用5參數(shù)更新1配置文件2命令行參數(shù)3環(huán)境變量4遠(yuǎn)程配置5實時調(diào)整6存儲數(shù)據(jù)庫7.3.5代碼生成7.3整車控制器蠕行轉(zhuǎn)矩控制MWORKS.Sysplorer嵌入式代碼生成器產(chǎn)生的代碼具有以下特點代碼生成選項配置自由度高，支持用戶自定義風(fēng)格生成的代碼可讀性強(qiáng)，用戶能夠輕易識別并集成模型對應(yīng)的主要函數(shù)生成的代碼運行效率高，不產(chǎn)生冗余的代碼生成的代碼易于集成，用戶不需要修改生成的代碼，可直接用于工程7.3.6集成測試7.3整車控制器蠕行轉(zhuǎn)矩控制將基于卡爾曼濾波算法所建立的卡爾曼模型進(jìn)行封裝并作為單獨的模塊，連接到輸入模塊上，輸入特定的參數(shù)進(jìn)行仿真，通過仿真結(jié)果曲線圖可以觀察到該模塊運行的結(jié)果，以及相關(guān)算法的運行特點。7.4.1MWORKS車輛電池模型庫7.4鋰離子電池SOC估計TABattery

車輛電池模型庫包括電芯模型、電池模組模型、電池包模型等模型，電芯模型分為電學(xué)模塊和熱學(xué)模塊。用戶可根據(jù)實際需求搭