CN201716594U

CN201716594U - 一种用于车辆的实时仿真设备

Info

Publication number: CN201716594U
Application number: CN2010202259925U
Authority: CN
Inventors: 吉英存
Original assignee: Beijing Jingwei Hirain Tech Co Ltd
Current assignee: Beijing Jingwei Hirain Tech Co Ltd
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2010-06-09
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2020-06-09

Abstract

一种用于车辆的实时仿真设备，所述实时仿真设备通过I/O接口与待测的车辆电子控制系统相连接，并通过通信接口与至少一个人机接口设备相连接，该实时仿真设备包括：至少一个执行简单仿真方案的第一CPU处理单元和一个执行复杂仿真方案的第二CPU处理单元。上述用于车辆的实时仿真设备可以在通过相对简单的结构实现对待测试的车辆的汽车电子控制系统进行实时的仿真测试，其结果精确，能够确保一定的实时性。

Description

一种用于车辆的实时仿真设备

技术领域

本实用新型涉及一种用于车辆的实时仿真设备，该仿真设备可以对车辆的诸如发动机控制器、ABS或者ESP等电子控制系统进行实时的仿真测试。

背景技术

典型的汽车电子控制系统，例如汽车电子控制器(ECU)等，是一种广泛应用于汽车领域的电子控制装置，该装置通过测量汽车各部件的运行状态，对汽车进行调节和校准。

在研制和开发汽车电子控制器(ECU)的时候，广泛采用了如下的开发流程和/或开发方式：在功能设计和开发阶段，借助于数学建模工具(Matlab/Simulink)抽象出汽车电子控制器及其控制对象的数学模型，通过仿真的方式对设计进行验证。

然后在快速控制原型(RCP)阶段，将前一个阶段抽象出来的汽车电子控制器模型借助于代码生成器转换成一个可执行程序，该可执行程序在一个硬件平台上运行，该硬件平台可以通过相应的I/O接口与实际控制对象相互作用。如果控制效果是满意的，则由代码生成器将抽象出来的汽车电子控制器模型生成批量电子控制器硬件可执行的代码。在批量汽车电子控制器与实际控制对象一起使用之前，需要进行详细的测试，通常使用硬件在回路测试(Hardware-In-The-Loop，简称HIL测试)。

在HIL测试中，批量汽车电子控制器与测试装置相连接，在测试装置上借助车辆模型对被测电子控制器的功能进行仿真，车辆模型的状态通过传感器模拟传递给电子控制器，同时采集电子控制器的输出，从而实现电子控制器和测试装置的交互联系。

但是，上述现有的用于车辆的仿真设备很难做到实时仿真的效果，这是因为现有的车辆外围设备极其庞大，数据模型非常复杂，难以做到仿真结果的实时性。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于车辆的实时仿真设备，以减少或避免前面所提到的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种用于车辆的实时仿真设备，所述实时仿真设备通过I/O接口与待测的车辆电子控制系统相连接，并通过通信接口与至少一个人机接口设备相连接，该实时仿真设备包括：至少一个执行简单仿真方案的第一CPU处理单元和一个执行复杂仿真方案的第二CPU处理单元。

本实用新型所提出的上述用于车辆的实时仿真设备可以在通过相对简单的结构实现对待测试的车辆的汽车电子控制系统进行实时的仿真测试，其结果精确，能够确保一定的实时性。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中，

图1显示的是根据本实用新型的一个优选实施例的用于车辆的实时仿真设备的结构示意图；

图2表示第一CPU处理单元及第二CPU处理单元分别进行显式积分法和隐式积分法计算时可能的计算时间的示例性示意图，以及所计算的状态量的选择；

图3表示第一CPU处理单元及第二CPU处理单元分别进行显式积分法和隐式积分法计算时可能的计算时间的另一个示例性示意图，以及所计算的状态量的选择；

图4表示通过外插值计算该物理过程的将来的状态量的示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。

本实用新型涉及一种用于车辆的实时仿真设备，该仿真设备可以对车辆的诸如发动机控制器、ABS或者ESP等电子控制系统进行实时的仿真测试。其中待测的车辆电子控制系统通过I/O接口与该实时仿真设备相连接，仿真设备中实时运行着用来模拟汽车的某一部分或者整个汽车运行状态的模型，该仿真设备能够模拟各种车用传感器信号从而将汽车运行状态传递给电子控制系统；同时，通过测量电子控制系统的输出，按照汽车运转的原理修改运行状态，通过电子控制器与测试设备的交互作用实现对电子控制系统的各种功能进行测试。

图1显示的是根据本实用新型的一个优选实施例的用于车辆的实时仿真设备的结构示意图，其中，实时仿真设备1至少包括一个第一CPU处理单元2、一个第二CPU处理单元3、以及对应的I/O接口4。

实时仿真设备1可用来运行实时模型，模拟待测的车辆电子控制系统5的各种传感器信号，并接收所述待测的车辆电子控制系统5输出的执行器信号。该实时仿真设备可以是一个工控机或者一个通用的计算机(只要具备实时运行对象模型功能的计算机都可以)，其具有计算机通常所具备的部件，例如处理器，主板，处理器板卡以及各种I/O接口板卡等，处理器板和I/O接口板之间通过总线相连，主板上还插有通讯卡，用于和人机接口设备6通讯。

如上所述，实时仿真设备1具有各种I/O接口板卡，因而具有多个接收/输出数据信号的I/O接口，根据本实用新型的实时仿真设备的其他组件都可以通过这些I/O接口与实时仿真设备1连接，用于与实时仿真设备1进行数据的交换。

如图1所示，根据本实用新型的车辆实时仿真设备1通过I/O接口4采集待测的车辆电子控制系统5的一个以上的状态量X_p，然后输出至少一个控制量y给待测的车辆电子控制系统5，以影响待测的车辆电子控制系统5的执行机构。

基于需要测试的待测的车辆电子控制系统5的部件的复杂程度不同，存在不同类型的仿真方案。例如，对于ABS来说，需要采取的状态量X_p可以包括制动压力和车轮的转速，制动踏板的下压速度和/或松开油门踏板的速度，路面、车轮定位等信息的信号和数据等。因此，为了在能够忍受的时间内得到实时的仿真结果，在本实施例中，对于同一个仿真过程，提供了两种不同的仿真方案，用于同时对这两个仿真方案进行仿真，以在设定的任务周期内获得至少一个可用的实时仿真结果。其中，至少一种仿真方案属于简化方案，其提供了粗略的计算结果；另一种仿真方案属于复杂方案，其提供了相对第一种方案更精确的计算结果。

也就是说，在本实用新型的车辆实时仿真设备1中，进一步可以包括至少一个存储不同测试方案的存储器7。当需要对待测的车辆电子控制系统5进行多个不同的仿真测试时，可以将这些测试方案顺序存储在该存储器7中。

对于这些测试任务，根据与存储器7中存储的标准方案进行比较，可以估算出各测试方案的仿真测试时间的长短，从而可以判断较长测试时间的仿真方案属于复杂方案，而较短测试时间的仿真方案属于简化方案。

具体来说，在本实用新型中，第一CPU处理单元2可以针对复杂方案进行仿真，例如，可以利用数学领域中的显式积分的方法计算车辆模型的状态量X_M，e。但是，在计算车身等刚性过程模型的状态量时，显式积分法的应用在实时性条件方面是存在问题的，因为为了确保特定精度，计算步长必须选择得很小，从而可能不能在实时条件下执行计算。

另外，如图2所示，在本实用新型中，第二CPU处理单元3可以针对简化方案进行仿真，例如，可以利用数学领域中的隐式积分法计算该车辆模型，计算模型的状态量X_M，i，这个第二CPU处理单元3与第一CPU处理单元2对车辆模型进行同步计算，以校正第一CPU处理单元2所进行的模型计算，如果计算过程是实时的，将以显式积分的方法计算车辆模型的状态量X_M，e作为模型的状态量X_M。

在图1中的车辆实时仿真设备中，第一CPU处理单元2及第二CPU处理单元3是车辆仿真计算机的多核CPU的两个内核，两个处理单元的构成形式也可以是由两个单独CPU进行并行计算的形式，这两个CPU处理单元通过共享内存的方式进行高速的数据交互。

在图2显示的的车辆仿真设备中，时间轴被简要地划分成用k-2、k-1、k、k+1和k+2来表示积分时间步骤。采用第一CPU处理单元2以显式积分的方法计算车辆模型的状态量X_M，e，采用第二CPU处理单元3同步以隐式积分的方法计算车辆模型的状态量X_M，i。如箭头所示，为了采用显示积分的方法计算下一个状态量，只有在第二CPU处理单元3以隐式积分的方法计算车辆模型的状态量过程被延迟的情况下，才会出现。在时间段k-2和k-1之间的时间段就是这样一种情况，为了计算车辆模型状态X_M，e，k-1，利用显式积分法来计算状态量X_M，e，k-2，从原理上说，显示积分肯定能够计算出相应的车辆模型的状态量X_M，e，从而能够保证计算的实时性。

图3描述了实时计算车辆模型的状态量X_M的另一种方法，即采用第二CPU处理单元3同步对车辆仿真模型的变量进行计算，采用隐式积分的方式计算模型的状态量X_M，i，以校正第一CPU处理单元2所进行的模型计算，如果计算过程是实时的，将以利隐显式积分的方法计算车辆模型的状态量X_M，i作为模型的状态量X_M。否则，以利用显式积分的方法计算车辆模型的状态量X_M，e作为模型的状态量X_M。这两个处理单元中的哪一个为该过程模型提供计算出的状态数据这里仅取决于在第二CPU处理单元3上所执行的隐式积分法是否及时结束。在图3中可以看到，在时间点k-2、k、k+1和k+2之前的计算间隔内，分别由第二CPU处理单元3提供通过隐式积分法所计算的状态量X_M，i作为该车辆模型的状态量X_M，只有在时间点k-1之前的时间间隔内，才使用由第一CPU处理单元上的显式积分法所求得的状态量X_M，e作为该车辆模型的状态量X_M。

此外，在图2及图3显示的计算方式中，车辆仿真计算机采用固定的仿真步长进行模型的解算。本装置还可以实现隐式积分的仿真步长大于显示积分的仿真步长的计算，步长的选择原则是，使得车辆状态量与时间的发展相适应，在一般情况下选择较小的仿真步长，只有在状态量处于微调状态下才选择较大的仿真步长。

隐式积分的计算特点是通过迭代的方式进行最新状态量的计算，计算过程不仅与过去的状态量相关，同时也与相邻状态量的导数有关，如图4所示。因此，状态量的计算不仅与车辆模型本身的过去状态量相关，还与仿真计算机所连接的外围物理量的状态相关，为了计算下一个状态量X_M，I，k+1，还需要该外围物理量的下一个状态量X_P，k+1，在仿真系统中，由仿真过程中过去的状态量XP，k通过外插值的方式提供，分别得到外围物理量的估计值X_P，k-2、X_P，k-1、X_P，k、X_P，k+1、X_P，k+2，然后通过图示方法计算X_M，i。

另外，在实时仿真设备1中还可以包括至少一个定时器8，用于设定一个测试任务的任务周期。当然，该定时器8可以通过人机接口设备6灵活设定。在上述两个CPU处理单元2、3并行处理不同的测试任务时，在同一任务周期内，例如，如果第二CPU处理单元3的复杂方案尚未处理完成，则可以暂停该测试方案，而以第一CPU处理单元2的简化方案的处理结果作为最后的仿真结果。当然，如果在同一任务周期内，两个CPU处理单元2、3均完成了测试任务，则以相对精确的第二CPU处理单元3的处理结果作为最后的仿真结果，以此实现实时仿真，避免由于测试时间较长难以达到实时仿真的效果。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims

1.一种用于车辆的实时仿真设备，其特征在于，所述实时仿真设备(1)通过I/O接口(4)与待测的车辆电子控制系统(5)相连接，并通过通信接口与至少一个人机接口设备(6)相连接，该实时仿真设备(1)包括：至少一个执行简单仿真方案的第一CPU处理单元(2)和一个执行复杂仿真方案的第二CPU处理单元(3)。