通用型硬件在环仿真系统仿真控制器硬件设计与研究

摘要

随着电子技术的飞速发展，汽车电子控制技术的应用得到了很大的推广，特别是汽车动力的电控技术得到了前所未有的发展。同时，由于排放、油耗等方面的原因，使得汽车动力电子控制系统(ECU)功能需要大大增强，控制系统本身也趋于复杂化，同时随着市场竞争的日趋激烈，开发周期也要求缩短。以往的ECU开发周期长，耗费了大量的人力物力，为了缩短开发时间，提高开发效率，就必须得使用更先进的系统开发平台。ECU硬件在环实时仿真系统可以方便地进行ECU软硬件的调试，检测ECU硬件与软件、优化控制算法，进行极限测试、故障模拟等，因此，可以加快ECU的开发过程、降低开发成本，提高整个系统开发过程的安全性。本文采用全新的集成式的硬件在环系统方案，使得此系统针对各种汽车动力控制系统的研发，具有通用性和兼容性。主要研究内容如下： ⑴硬件设计上采用NEC的32位单片机V850E/GP1作为仿真ECU的MCU，并且各个功能模块均采用标准化设计，并提供标准的外围接口，使硬件资源具有复用性、通用性。实现了仿真ECU的功能：根据实际需要发送凸轮轴信号、曲轴信号及车速信号；发送相关的传感器信号；测量电控单元驱动信号；同时实现CAN通讯功能。 ⑵软件设计上，针对V850E/GP1采用汇编语言和C混合编写。上位PC机的软件采用了多线程的编程技术。共实现了三个线程：监控界面线程、实时模型运行线程及通讯线程。监控界面采用简单的图形化编程语言Labview完成，在前台运行，实现数据的显示、参数设定、工况调整及数据保存等功能。实时模型运行线程和通讯线程用C++开发，在后台运行。 ⑶实时模型上，系统利用MATLAB/SIMULINK对整个实时模型（包括柴油机、电池和电机）进行仿真。在设计中，人工将SIMULINK模型转换成C++的代码，同时在模型线程里采用高精度的时间函数，保证模型线程每个循环的运行时间就是实际发动机每个循环的运行时间，这样就满足了模型的实时性要求。 ⑷CAN通讯设计分两部分进行，分别针对V850E/GP1的FCAN模块和USBCAN。对于FCAN模块需要进行底层编程，而USBCAN调用相关的驱动函数就可以实现。通讯可靠稳定、抗干扰能力强而且具有很好的通用性。