硬件在环仿真在汽车控制系统开发中的应用及关键技术
摘要: 介绍硬件在环仿真的概念、系统组成和工作过程以及在汽车控制系统开发中的应用实例, 重点阐述了硬件在环仿真应用中的关键技术。硬件在环仿真应用实例的结果表明, 合理使用硬件在环仿真中的关键技术开发汽车控制系统, 可以有效地缩短控制系统的开发周期, 提高控制系统的设计水平, 节约试验费用, 为控制系统的开发提供了便利的条件。
关键词: 硬件在环仿真; 汽车控制系统; 实时性
近年来, 人们对提高汽车的动力性和经济性以及降低排放的呼声越来越强, 同时对汽车的安全性和舒适性的要求也越来越高, 这种趋势促进了汽车技术, 尤其是汽车控制技术的发展。汽车控制系统在提高汽车的动力性、经济性和降低排放以及改善汽车的安全性、舒适性等方面发挥了巨大的作用。随着汽车控制系统的功能不断增加, 汽车控制技术也变得越来越复杂, 采用传统的工程试验方法对汽车控制系统进行开发的弊端也逐渐显露出来。硬件在环仿真作为一种先进的仿真技术, 它的出现改变了汽车控制系统的传统开发手段, 通过硬件在环仿真系统模拟汽车的各种运行工况, 可以对汽车控制系统的性能进行测试和评估, 为汽车控制系统的开发提供了方便快捷的途径。
1 硬件在环仿真
硬件在环仿真( Hardware- in- the- loop Simulation,HILS) 是指将部分实际被控对象或系统部件用高速运行的实时仿真模型来代替, 而控制系统则用实物( 即硬件) 与系统实时仿真模型连接成为一个硬件在环仿真系统(HILSS) , 通过仿真试验对控制系统的控制策略、控制功能及系统可靠性等进行测试和评估。
硬件在环仿真系统主要由三部分组成, 包括系统实时仿真模型、高速接口模块和PC 机监控系统( 如图1 所示) 。系统实时仿真模型是整个硬件在环仿真系统的核心, 其主要功能是实现系统模型的实时仿真计算; 高速接口模块充分利用其高速计算能力, 可以在系统实时仿真模型和控制系统实物之间进行各种信号的传递; PC 机监控系统作为人机交互平台, 既可以方便地修改系统仿真模型的参数, 又能及时地监控系统实时仿真模型在控制系统实物作用下运行状态的变化情况。
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硬件在环仿真用于控制系统的开发, 能够对控制系统的软硬件进行测试和评估, 具有开发周期短、成本低和效率高等优点, 所以在汽车、机械、航空航天和武器研制等研究领域中得到了广泛的应用。
2 硬件在环仿真在汽车控制系统开发中的应用
现阶段, 硬件在环仿真已成为汽车控制系统的重要开发手段, 为解决汽车控制系统的设计、试验、性能优化等各方面问题提供了一种崭新的仿真分析技术, 同时也为汽车控制技术快速、经济、高效的发展提供了强大的支撑平台。硬件在环仿真可以模拟现实中汽车的各种运行工况来替代工程试验工作,还可以对在工程试验中不可能出现的危险和极端工况提供模拟试验, 因此在各种汽车控制系统的开发过程中, 硬件在环仿真都得到了广泛的应用, 取得了很好的使用效果。下面介绍硬件在环仿真在汽车控制系统开发中的几个应用实例。
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3. 3 MATLAB/ Simulink 仿真软件
通过DSP 技术建立硬件在环仿真系统中的系统实时仿真模型虽然是一种切实可行的方法, 但是随着原型系统复杂程度的不断提高, 利用DSP 技术建立系统实时仿真模型的难度也越来越大, 而直接利用仿真软件进行系统建模则体现出其巨大的优势所在。利用仿真软件实现系统建模, 可以对仿真系统的性能进行实时分析, 还能随时地对仿真模型的参数进行调整, 使系统实时仿真模型具有良好的有效性和实时性。目前, 国际控制界最流行的仿真软件是MATLAB/ Simulink。
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