车载控制单元的软件开发技术和信号处理方法研究

摘要

车载控制单元的复杂性和高可靠性以及车辆行驶过程中工况和环境的变化对嵌入式软件的结构设计、传感器信息处理提出了众多挑战性问题。本文以可靠、可多次复用以及可移植的车载控制单元软件开发为主要目标,对车载控制单元软件结构设计与实现、传感器信息处理及车辆信息模拟技术进行了分析和讨论。本文第二章根据OSEK/VDX嵌入式实时操作系统设计规范,提出了车载控制单元软件开发中普遍存在的任务、报警、中断、事件、通信等问题,并分析了OSEK/VDX规范对此类问题的处理方法。在此基础上,以轿车组合仪表的软件开发为背景,讨论了确定开发需求后的软件设计问题,软件开发中的任务分析及实现技术,任务调度技术、中断管理技术和通信技术,给出了如何划分任务、确定软件结构以满足实时性要求的方法及实现技术,此外,本文还阐述了在任务间通信中基于消息队列的处理思想。传感器信息处理是车载控制单元嵌入式软件开发中面临的另一类重要问题。车辆工况的变化,电磁污染的存在以及行驶环境的多变性使得传感器测量结果无法直接应用,呈现真实信号、噪声信号和环境因素叠加的状态。本文第三章以油位传感器、水平轴传感器为例,讨论了基于模型的传感器信息处理方法,通过建立油位和自动光轴调节系统数学模型,讨论了车辆在一种典型非平整路面上匀速行驶时油面和悬架波动对油位及自动光轴调节系统水平轴传感器的影响,分析了传感器输出信号的频谱特性,设计了一种有效处理传感器输出信号的滤波器。仿真与实验结果表明,本文给出的方法是可行和有效的。建立高精度的车辆信息模拟环境,可缩短软件的开发周期、提高开发效率。本文第四章给出了一种基于快速原型和半实物仿真技术的车辆信号模拟平台的实现技术和方法,实现了转向角传感器、轮速传感器输出信号的模拟以及基于精确车辆动力学模型的车辆行驶状态模拟,为早期软件开发提供了外围信号环境。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 汽车电子软件开发规范介绍

1.2.1 OSEK/VDX规范

1.2.2 AutoSAR软件平台架构

1.2.3 MISRA C

1.3 汽车传感器介绍

1.4 快速原型和半实物仿真技术介绍

1.5 本文的主要研究内容

第2章 软件结构设计与实现

2.1 引言

2.2 OSEK结构分析

2.2.1 任务处理

2.2.2 报警处理

2.2.3 中断处理

2.2.4 事件处理

2.2.5 任务间通信问题

2.3 基于OSEK规范的软件开发技术

2.3.1 轿车组合仪表的控制描述

2.3.2 组合仪表的软件开发

2.4 本章小结

第3章 传感器信息处理技术

3.1 引言

3.2 燃油波动模型分析及滤波方法研究

3.2.1 燃油波动问题的提出

3.2.2 燃油波动模型的建立

3.2.3 滤波器设计

3.2.4 实验验证

3.3 ALS模型分析及滤波方法研究

3.3.1 ALS介绍及问题的提出

3.3.2 水平轴传感器信息分析方法

3.3.3 滤波器设计及仿真验证

3.4 本章小结

第4章 车辆信息模拟技术

4.1 引言

4.2 工具软件介绍

4.2.1 dSPACE系统介绍

4.2.2 ve-DYNA软件介绍

4.3 车辆信息模拟方法

4.3.1 基于dSPACE的信息模拟方法

4.3.2 基于ve-DYNA的信息模拟方法

4.4 基于快速原型的车辆信息模拟

4.4.1 自适应前照灯照明系统简介

4.4.2 转向角传感器信号模拟

4.4.3 轮速传感器信息模拟

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢