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1、欢迎各位参加Vector研讨会,九州恒润科技有限公司,汽车系统工程、开发工具及流程,九州恒润科技有限公司2002年11月上海Vector演示会,内容,公司介绍汽车开发的系统观及流程观汽车控制器开发流程控制器网络开发流程总结问题和讨论,公司简介,九州恒润科技,总部在北京成立于1998年,私营公司公司员工近40人上海,成都设有办事处MathWorks&dSPACE&Vector公司中国唯一代理咨询项目,Vector The Art of Engineering,总部在德国Stuttgart 成立于 1988员工超过300人世界领先的汽车工程和工业自动化领域总线分析开发工具的供应商,The Math
2、Works,总部在美国Natick,Boston附近成立于 1984，私营公司员工超过1000人用户超过500,000个单位九州恒润是中国大陆的唯一代理,dSPACE,总部在德国 Paderborn成立于 1988员工超过400人70%是工程师与技术人员主要产品方向：为控制工程项目的开发和测试提供软/硬平台,汽车开发的系统观及流程观,内容,汽车工程面临的挑战汽车工程的系统观汽车工程的流程观,汽车工程面临的挑战,汽车工程面临的挑战,上市时间必须缩短质量必须提高功能必须增强（安全，排放，）成本必须降低中国汽车工业的挑战与机遇（留待讨论）,汽车工程面临的挑战,要面对如此的挑战，需要整体的解决途径：汽
3、车系统工程（Automotive Systems Engineering）,汽车工程的系统观,系统工程的定义,系统工程不是一种瀑布式的串联流程,系统工程的定义,系统工程也不是“throw it over the wall process”,系统工程的定义,系统工程是一种分形流程系统分系统部件系统工程是一种“算法”，应用于大的结构中等结构小的结构,分形流程,系统工程的目标,确定如下的全局优化指标：功能费用重量体积研究解决问题的不同途径和概念；给系统和分系统建模；,从流程的角度看系统工程,系统的、通用的开发和设计流程应当有CAE工具支持项目的组织和开发应遵循的国际标准(CMMI,SPICE,EFQ
4、M,)完备定义的项目管理完备定义的配置管理完备定义的需求管理完备定义的风险管理,理想的环境（ASEE）,需求,产品,系统工程与项目管理的关系,系统工程和项目管理相互支持和补充系统工程负责：做正确的事；确定干什么，谁来干；评估各种可选概念和方案；创建计划。项目管理负责 正确地做事；确定怎么做和何时做；按计划实施。,系统工程的应用和实践,适当的过程模型 例如 CMMI=Capability Maturity Model Integration,使用组织中已有的知识和经验进步是渐渐的,汽车工程的流程观,开发流程,开发过程,开发过程,特殊的任务标准工具,部件,需求,功能设计,系统分解,系统确认,功能测
5、试,单元集成,部件开发HW/SW,系统,流程/方法/工具/技能/管理,设计,聚焦设计,t1,t1,t1,ECU1,ECU3,功能设计,ECU2,ECU4,ECU5,低速 CAN,网关,高速 CAN,设计结构，通信，行为函数库,功能之间的通信造就了真实的总线通信通信矩阵库分析真实总线负载及延迟,聚焦设计,部件,需求,功能设计,系统分解,系统确认,功能测试,单元集成,部件开发HW/SW,系统,流程/方法/工具/技能/管理,部件开发和设计,流程-聚焦部件,系统与多部件之间的接口管理项目管理，需求管理数据交换任务流部件的开发快速原型硬件在回路,聚焦部件开发（ECU）,系统,部件,需求,系统规范,通信要
6、求、接口设计,软件模块,流程聚焦集成和测试,聚焦全局流程,是“胶水”，能把所有因素结合在一起对全局负责，必须保证系统自始至终满足其要求,对系统和流程的总结,We havent got the time to think about this job,only to do it Tom DeMarco,汽车控制器开发流程,传统的开发流程,根据调查情况用文字说明的方式定义需求和设计目标 根据过去的经验提出系统的结构 由硬件人员设计并制造硬件电路 由控制工程师设计控制方案，并将控制规律用方程的形式描述出来 由软件人员采用手工编程的方式实现控制规律 由系统工程师或电子专家将代码集成于硬件电路中 用真实
7、控制对象或测试台对系统进行测试,传统开发流程的问题,硬件投入先于控制设计手工编程控制方案需要不断修改,通用汽车公司的燃料电池车欧宝的开发流程,目标:在开发过程中使用统一的软硬件平台 在办公室作离线仿真在实验室进行原型测试在车上进行标定MATLAB/dSPACE 被用于 ECU开发的所有阶段,当今的开发流程,控制器V模式开发流程,三个重要的概念,当今的开发流程-V循环,功能设计,目标代码生成,Hardware-in-the-Loop,Calibration,快速控制原型,MATLAB/Simulink,工程计算的标准软件基于模型的控制器设计用Simulink对非线性动态系统仿真,Matlab环境
8、,数据分析工具,集成编程环境,高级图形可视化,建模和算法开发,GUI 开发工具,Simulink,建立和分析线性、非线性动态系统模型具有层次性的交互式模块框图结构设计方法支持数字、模拟和混合信号及事件驱动逻辑建模仿真支持矩阵数据类型及线性代数运算信号可视化与C代码的协同仿真与Matlab平台紧密集成良好的操作性与可扩展性（模块与库的扩展）,Stateflow,事件驱动控制逻辑建模用图形化方式创建有限状态机状态及状态转移事件定义（全局或局部）动作语言流程图具有良好的分层设计结构使用统一的数据结构维护与Matlab/Simulink无缝结合支持代码生成（Stateflow Coder）,Real-
9、Time Workshop,什么是RTW从系统设计到硬件实现的快速直达途径无需编程将Simulink模型生成嵌入式代码不依赖特殊目标硬件可生成标准ANSI-C和Ada语言可以实现其他语言的代码生成完全可配置的代码生成器支持多种平台,控制系统设计工具,发动机控制 在 Simulink中进行功能设计,标准的设计描述文件 仿真的基础 快速控制原型的基础 产品代码生成的基础 硬件在回路仿真的基础 控制单元开发人员的“可执行技术规范”,当今的开发流程-V循环,目标代码生成,Hardware-in-the-Loop,标定,功能设计,xPC Target,在标准PC上实时运行Simulink模型生成的实时代
10、码丰富的I/O驱动设备库支持包括CAN总线、共享内存、网络协议等在内的大量现成板卡可以从宿主机在线调参宿主机和目标机可以通过TCP/IP或者RS232通信Matlab API采用客户机/服务器模式，用于宿主机对目标机的控制支持任何x86系统，包括桌面PC，PC/104，CompactPCI，工业PC或者单板机利用xPC Target的嵌入式模块，可以使系统工作于独立运行模式,xPC Target,High-end systems(dSPACE,etc.),Real-Time Windows Target,性能要求（运行速度，接口带宽）,成本,xPC Target,xPC系统所处的地位,从离线到
11、实时,打开离线模型,去掉仿真的对象,从离线到实时,打开离线模型,去掉仿真的对象,打开dSPACE的I/O库,与模型相连,拖放适当的I/O块到模型中,从离线到实时,生成代码,自动下载到dSPACE实时的硬件,打开离线模型,去掉仿真的对象,打开dSPACE的I/O库,与模型相连,拖放适当的I/O块到模型中,离线到实时,生成代码,自动下载到dSPACE实时的硬件,打开离线模型,去掉仿真的对象,打开dSPACE的I/O库,与模型相连,拖放适当的I/O块到模型中,开始交互式试验,Real-Time Interface/实时接口,ControlDesk/实验控制台,硬件管理硬件配置下载,实验控制开始,停止
12、,.,虚拟仪器可视化的测量变量可视化的模型参数在线调参数据获取,参数编辑,实验管理收集实验数据,RCP,dSPACE 的优点:无缝的工具（即适用RCP又适用HIL）,无缝的工具链,RCP的硬件,组件系统,单板系统,ECU-原型硬件,DaimlerChrysler主动车身控制,ECU 应该对车身的重心位置以及车身加速度进行控制同时要对液压伺服活塞进行控制ABC 在车起步，运行和制动的时候减少车身运动 68%.用 MATLAB/Simulink.开发控制逻辑利用dSPACE AutoBox 和MicroAutoBox实现快速控制原型,极大的加快了ABC控制功能的开发,目标代码生成,标定,快速控制原
13、型,功能设计,TargetLink从MATLAB/Simulink/Stateflow生成定点代码可靠性、效率、可读性能与手工代码媲美对于不同的控制器与编译器可选择不同的优化方法自动定标（scaling）,当今的开发流程-V循环,Mathworks 代码生成工具,Real-Time WorkshopStateflow CoderFixed-Point BlocksetReal-Time Workshop Embedded CoderEmbedded Target for MPC555,Embedded Target for MPC555,通过调试器或者CAN连接将应用程序下载到 Motorol
14、a MPC555 flash 或 RAM 可实现MPC555的快速控制原型和产品级代码通过处理器在环 processor-in-the-loop(PIL)实现对控制算法的验证生成详细的HTML 格式的代码生成报告,包括对 RAM/ROM 的描述,无缝连接,TargetLink,原型硬件,产品ECU,MATLAB/Simulink/Stateflow,实时代码生成工具 Real-Time Workshop,效率对比,手工代码(从现有的ECU中得到的),TargetLink 生成的Motorola 68332定点(整型)C代码,前端独立于目标机,后端通用ANSI-C,后端指定目标的 ANSI-C,
15、后端指定目标的 C&汇编,代码生成内核-模型分析-关联模块优化,TargetLink 代码生成的层次,模型(=可执行的规范)可以携带!很容易移植到下一代处理器上,控制器/实时操作系统的选择,控制器芯片的选择Motorola MPC 555(32 位 40 MHz)26 kBytes Static RAM448 kBytes Flash(ROM)Motorola 68376(32 bit 24 MHz)8 kBytes Static RAM256 kBytes Flash(ROM)Siemens TriCore(32 bit),OSEK实时操作系统Windriver OsekWorksVecto
16、r osCAN,DC:用TargetLink进行混合动力车开发,客车卡车混合动力系统新型的混合动力系统使用 TargetLink生成控制策略代码（Infineon C167）3个月完成项目,osCAN,多任务实时操作系统（RTOS）符合OSEK/VDX2.1规范,osCAN,符合OSEK/VDX-OS V2.1 OSEK/VDX-NM V2.5 OSEK/VDX-COM V2.2 OSEK/VDX-OIL V2.2支持所有的“conformance classes”,osCAN 工具,配置,仿真,调试,osCAN OIL 设置,CANoe-osCAN Library,调试工具,支持的芯片,At
17、mel ARM7 Green Hills Fujitsu 16LX Fujitsu Softune FR30 Fujitsu SoftuneHitachi H8S Hitachi SH7055 HitachiInfineon C167 Tasking Tricore Tasking Microchip PIC18CXXX MicrochipMicronas CEVG GreenHillsMitsubishi M7600 IAR M16C IAR M32R Mitsubishi Motorola HC12 Cosmic MPC555 DiabDataNEC 78K0 IARV850 Green
18、HillsOKI ML66565 IARML67Q0100 GreenHillsSTM ST10 TaskingTexas Instruments TMS470 Texas InstrumentsToshiba TLCS900 Toshiba TX19/TX39 GreenHills,当今的开发流程-V循环,目标代码生成,硬件在回路仿真,标定,Rapid Prototyping,功能设计,dSPACE Simulator,开发的任务,实时硬件,电控单元,发动机模型 en-DYNA,4-8 缸 V 型发动机发动机均值模型(MVEM)-共轨或单缸喷射-4 lambda 传感器可扩展的功能:熄火诊断
19、的扭矩波动(OBD II),节气门,点火提前角,点火时间,发动机速度,曲轴转角,发动机扭矩,空燃比,空气质量流量,lambda,MVEM,TESIS en-DYNA 发动机实时模型,ve-DYNA 车辆动力学实时模型,非线性参数化的车辆模型 弹性动力学架构模型39 自由度轮胎模型，路面模型，驾驶员模型MATLAB GUIs 来进行汽车配置路面选择、机动选择,dSPACE Simulator 实时仿真机,System setup,用于软件功能测试:实际的功能测试,例如 I/O 功能在开环或闭环环境下仿真与生成真实的传感器信号,dSPACE Simulator Mid-Size,dSPACE Si
20、mulator Full-Size,HIL的应用,BMW的车轮牵引控制测试系统,在一台simulator 进行车轮牵引控制系统的性能测试，诊断以及部件测试将测试得到真实测量数据通过三维动画工具Motiondesk显示,HIL 和 RCP 并行应用HIL:虚拟发动机和车体,模型开发用了一个月RCP:燃油喷射逻辑(考虑湿壁补偿)的设计在10天之内完成,Toyota：控制原型与硬件在回路,当今的开发流程-V循环,目标代码生成,硬件在回路仿真,标定,Rapid Prototyping,功能设计,标定工具的硬件,使标定工程师可以简捷地操作多种配置通过内存仿真器或NEXUS,NBD、CCP对ECU参数测量
21、与标定集成于 MATLAB/Simulink支持快速原型硬件的标定,基于模型的标定工具箱MBC,帮助制定实验计划模型拟合,基于模型的标定工具箱,标定 MAP与优化参数表交互式的图表编辑功能,CANape,ECU标定、测试工具遵循ASAM-MCD通过CCP/KWP2000协议进行,控制器V模式开发流程总结,控制器网络开发流程,为什么要用网络(CAN),车上的控制器越来越多汽车上控制器之间的交换信息的需求越来越多安全性和舒适性的要求越来越高线束问题,CAN的优点,可靠性成本低功能更强,控制器网络开发V 模式,1 需求分析,2 系统设计,3 接口设计,4 部件开发,5 部件实现,6 部件测试,7 集
22、成测试,8 系统测试,9 系统确认,VECTOR的产品组成,总线,硬件卡,软件工具,硬件工具,数据库工具,嵌入式开发工具,用户硬件,VECTOR硬件卡,CAN-AC2 CAN 应用控制器适配卡 CAN-AC2-PCI CAN 应用控制器适配卡PCI 总线 CANcardx CAN 应用控制器适配卡(PCMCIA)可选择总线驱动器CANpari CAN并行接口卡,VECTOR硬件工具,CANextender CAN系统的可编程I/O 器件.CANister 为生产和测试提供的灵活的CAN 节点CANlog2 CAN总线系统可编程的数据记录器CANscope 用来测量CAN总线电平数值的示波 CA
23、Nstress网络干扰的测试仪器 CANview 测量用的简便工具,VECTOR软件工具,CANalyzer 通用的CAN开发分析工具CANoe 系统级的开发工具CANgraphy 图形化工具CANape ECU标定测试工具CANdb CAN数据库工具PROCANopen CANopen网络工程设计工具CANsetter CANopen装置的交互式配置器CANdid CANopen动态测试工具CANeds CANopen的EDS工具,VECTOR嵌入式软件开发工具,osCAN多任务实时操作系统Sourse Code CAN开发原码,CAN设计流程,CAN网络节点开发流程,RTOS,用户应用程序（基于RTOS和C语言开发）,嵌入式C编译器,CAN库函数,仿真器,CAN开发分析/测试工具,系统实现,可选择的第三方支持：J1939 CANopen、DeviceNet等CAN应用层协议源码；CAN驱动程序源码示例；,总结,系统和流程控制器及控制器网络开发流程、工具,谢谢！,
