汽车电子开发流程
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汽车电子开发流程
什么是汽车电子
汽车电子是车体汽车电子控制装置和车载汽 车电子控制装置的总称。
汽车电子分类
• 按照对汽车行驶性能作用的影响划分，可以把汽车电子 产品归纳为两类： • 一类是汽车电子控制装置，汽车电子控制装置要和车上 机械系统进行配合使用，即所谓“机电结合”的汽车电 子装置；它们包括发动机、底盘、车身电子控制。例如 电子燃油喷射系统、制动防抱死控制、防滑控制、牵引 力控制、电子控制悬架、电子控制自动变速器、电子动 力转向等， • 另一类是车载汽车电子装置，车载汽车电子装置是在汽 车环境下能够独立使用的电子装置，它和汽车本身的性 能并无直接关系。它们包括汽车信息系统（行车电脑）、 导航系统、汽车音响及电视娱乐系统、车载通信系统、 上网设备等。
传统开发流程的问题
• 一、硬件电路先于控制策略的设计 • 二、手工编程无法逾越的许多障碍
– 对算法的理解 – 手工编程无法避免的错误 – 代码的可读性和继承性
现代汽车电子开发流程
• 强调验证和确认，数字化设计的思想。
五个开发阶段及其相互关系
1、需求定义与功能设计 2、实时快速控制原型 3、生成产品代码 4、硬件在环仿真 5、参数标定
电子技术在底盘上的应用：
1．电控自动变速器（ECAT） ECAT可以根据发动机的载荷、转速、车速、制动器工作状态及驾驶员所控制的各种参数，经过计算机的计算、判断后自动地改变变速 杆的位置，从而实现变速器换挡的最佳控制，即可得到最佳挡位和最佳换挡时间。它的优点是加速性能好、灵敏度高、能准确地反映行驶 负荷和道路条件等。传动系统的电子控制装置，能自动适应瞬时工况变化，保持发动机以尽可能低的转速工作。电子气动换挡装置是利用 电子装置取代机械换挡杆及其与变速机构间的连接，并通过电磁阀及气动伺服阀汽缸来执行。它不仅能明显地简化汽车操纵，而且能实现 最佳的行驶动力性和安全性。 2．防抱死制动系统（ABS） 该系统是一种开发时间最长、推广应用最为迅速的重要的安全性部件。它通过控制防止汽车制动时车轮的抱死来保证车轮与地面达到 最佳滑动率（15-20%），从而使汽车在各种路面上制动时，车轮与地面都能达到纵向的峰值附着系数和较大的侧向附着系数，以保证车辆 制动时不发生抱死拖滑、失去转向能力等不安全的工况，提高汽车的操纵稳定性和安全性，减小制动距离。驱动防滑系统（ASR）也叫做 牵引力控制系统（TCS或TRC），是ABS的完善和补充，它可以防止起动和加速时的驱动轮打滑，既有助于提高汽车加速时的牵引性能，又 能改善其操作稳定性。 3．电子转向助力系统 电子转向助力系统是用一部直流电机代替传统的液压助力缸、用蓄电池和电动机提供动力。这种微机控制的转向助力系统和传统的液 压助力系统比起来具有部件少、体积小、重量轻的特点，最优化的转向作用力、转向回正特性，提高了汽车的转向能力和转向响应特性， 增加了汽车低速时的机动性以及调整行驶时的稳定性。[2] 4．适时调节的自适应悬挂系统 自适应悬挂系统能根据悬挂装置的瞬时负荷，自动地适时调节悬架弹簧的刚度和减震器的阻尼特性，以适应当时的负荷，保持悬挂的 既定高度。这样就能够极大地改进车辆行驶的稳定性、操纵性和乘坐的舒适性。 5．常速巡行自动控制系统（CCS） 在高速长途行驶时，可采用常速巡行自动控制系统，恒速行驶装置将根据行车阻力自动调整节气门开度，驾驶员不必经常踏油门以调 整车速。若遇爬坡，车速有下降趋势，微机控制系统则自动加大节气门开度；在下坡时，又自动关小节气门开度，以调节发动机功率达到 一定的转速。当驾驶员换低速挡或制动时，这种控制系统则会自动断开。 随着世界各大汽车产家对汽车安全问题的高度重视，安全气囊系统、行驶动力学调节系统（FDR或VDC）、防撞系统、安全带控制、 照相控制等方面已大量采用了电子技术。
ECU诊断需求分析
• • • • 确定诊断的功能需求 分析故障失效模式和处理方式 确定诊断信息的通讯处理机制 确定诊断的处理方式
诊断需求分析
• • • • 故障的定义 诊断标准 诊断任务 数据定义
二、快速控制原型（RCP）
• 利用计算机辅助实验测试管理工具，测试 包含实际系统中应用的各种 I/O，软件及硬 件中断等实施特性。
谢谢
发动机控制的快速原型
三、自动代码生成
• 借助matlab等自动代码生成工具进行产品控 制器C代码生成。
从Matlab/Simulink/Stateflow生成代码，可靠 性好，易读性号，可产生适用多种微处理器 的定点代码。
某汽车用户在ＥＣＵ上手写代码与自动生成 代码的测试比较结果：
测试证明：自动代码运行速度快，效率高。
基于图形化的控制算法设计和离线仿真
编写控制算法
建立控制对象模型
建立闭环的系统
基于图形化的系统结构设计
• ECU功能越来越复杂，软件模块间有着无数 联系，因此设计阶段对ECU系统进行系统的 设计和描述有利于节省时间和成本。
– 软件架构 – 硬件拓扑 – 网络通讯
百度文库
AUTOSAR是AUTomotive Open System ARchitecture的缩写，中文为汽车开放系统架构，它定义了一套支持 分布式的、功能驱动的汽车电子软件开发方法和电子控制单元上的软件架构标准化方案，以便应用于不 同的汽车平台，提高软件复用，降低开发成本。
四、硬件在环仿真系统（HIL）
• 通过HIL金额以在虚拟环境中对新的电控单 元及软件进行大量测试。
– 系统性强 – 非常安全 – 重现错误
奥迪SPEA D3 硬件在环系统
五、标定系统
主要功能
– – – – – – – – – 同步的实时采集和显示ECU内部信息 通过CCP/XCP进行在线的标定和通过XCP进行实时激励 离线标定 快速安全的刷写Flash 无缝集成诊断函数 强大的标定数据管理，参数组比较和合并功能 在测量、离线分析或者庞统过程使用matlab/simulink进行计算 ASM MCD3测量和标定自动化接口 与ECU测量数据一起同步采集视频，音频GPS和外部测量设备的环 境数据 – 使用集成的编程语言自动执行用户输入序列和处理测量值与信息
①虚拟控制器+虚拟对象=动态仿真系统，是纯粹的系统仿真； ②虚拟控制器+实际对象=快速控制原型(RCP)仿真系统，是系 统的一种半实物仿真； ③实际控制器+虚拟对象=硬件在回路(HIL)仿真系统，是系统 的另一种半实物仿真 。
一、图形化建模和离线仿真
最典型的特点
基于图形化的建模进行控制系统设计；普遍 采用了MATLAB等工具进行控制器系统的图形 化建模和仿真工作。 • 基于图形化的控制算法设计和离线仿真。 • 基于图形化的系统结构设计 • ECU的诊断需求分析
什么是汽车电子
汽车电子是车体汽车电子控制装置和车载汽 车电子控制装置的总称。
汽车电子分类
• 按照对汽车行驶性能作用的影响划分，可以把汽车电子 产品归纳为两类： • 一类是汽车电子控制装置，汽车电子控制装置要和车上 机械系统进行配合使用，即所谓“机电结合”的汽车电 子装置；它们包括发动机、底盘、车身电子控制。例如 电子燃油喷射系统、制动防抱死控制、防滑控制、牵引 力控制、电子控制悬架、电子控制自动变速器、电子动 力转向等， • 另一类是车载汽车电子装置，车载汽车电子装置是在汽 车环境下能够独立使用的电子装置，它和汽车本身的性 能并无直接关系。它们包括汽车信息系统（行车电脑）、 导航系统、汽车音响及电视娱乐系统、车载通信系统、 上网设备等。
传统开发流程的问题
• 一、硬件电路先于控制策略的设计 • 二、手工编程无法逾越的许多障碍
– 对算法的理解 – 手工编程无法避免的错误 – 代码的可读性和继承性
现代汽车电子开发流程
• 强调验证和确认，数字化设计的思想。
五个开发阶段及其相互关系
1、需求定义与功能设计 2、实时快速控制原型 3、生成产品代码 4、硬件在环仿真 5、参数标定
电子技术在底盘上的应用：
1．电控自动变速器（ECAT） ECAT可以根据发动机的载荷、转速、车速、制动器工作状态及驾驶员所控制的各种参数，经过计算机的计算、判断后自动地改变变速 杆的位置，从而实现变速器换挡的最佳控制，即可得到最佳挡位和最佳换挡时间。它的优点是加速性能好、灵敏度高、能准确地反映行驶 负荷和道路条件等。传动系统的电子控制装置，能自动适应瞬时工况变化，保持发动机以尽可能低的转速工作。电子气动换挡装置是利用 电子装置取代机械换挡杆及其与变速机构间的连接，并通过电磁阀及气动伺服阀汽缸来执行。它不仅能明显地简化汽车操纵，而且能实现 最佳的行驶动力性和安全性。 2．防抱死制动系统（ABS） 该系统是一种开发时间最长、推广应用最为迅速的重要的安全性部件。它通过控制防止汽车制动时车轮的抱死来保证车轮与地面达到 最佳滑动率（15-20%），从而使汽车在各种路面上制动时，车轮与地面都能达到纵向的峰值附着系数和较大的侧向附着系数，以保证车辆 制动时不发生抱死拖滑、失去转向能力等不安全的工况，提高汽车的操纵稳定性和安全性，减小制动距离。驱动防滑系统（ASR）也叫做 牵引力控制系统（TCS或TRC），是ABS的完善和补充，它可以防止起动和加速时的驱动轮打滑，既有助于提高汽车加速时的牵引性能，又 能改善其操作稳定性。 3．电子转向助力系统 电子转向助力系统是用一部直流电机代替传统的液压助力缸、用蓄电池和电动机提供动力。这种微机控制的转向助力系统和传统的液 压助力系统比起来具有部件少、体积小、重量轻的特点，最优化的转向作用力、转向回正特性，提高了汽车的转向能力和转向响应特性， 增加了汽车低速时的机动性以及调整行驶时的稳定性。[2] 4．适时调节的自适应悬挂系统 自适应悬挂系统能根据悬挂装置的瞬时负荷，自动地适时调节悬架弹簧的刚度和减震器的阻尼特性，以适应当时的负荷，保持悬挂的 既定高度。这样就能够极大地改进车辆行驶的稳定性、操纵性和乘坐的舒适性。 5．常速巡行自动控制系统（CCS） 在高速长途行驶时，可采用常速巡行自动控制系统，恒速行驶装置将根据行车阻力自动调整节气门开度，驾驶员不必经常踏油门以调 整车速。若遇爬坡，车速有下降趋势，微机控制系统则自动加大节气门开度；在下坡时，又自动关小节气门开度，以调节发动机功率达到 一定的转速。当驾驶员换低速挡或制动时，这种控制系统则会自动断开。 随着世界各大汽车产家对汽车安全问题的高度重视，安全气囊系统、行驶动力学调节系统（FDR或VDC）、防撞系统、安全带控制、 照相控制等方面已大量采用了电子技术。
ECU诊断需求分析
• • • • 确定诊断的功能需求 分析故障失效模式和处理方式 确定诊断信息的通讯处理机制 确定诊断的处理方式
诊断需求分析
• • • • 故障的定义 诊断标准 诊断任务 数据定义
二、快速控制原型（RCP）
• 利用计算机辅助实验测试管理工具，测试 包含实际系统中应用的各种 I/O，软件及硬 件中断等实施特性。
谢谢
发动机控制的快速原型
三、自动代码生成
• 借助matlab等自动代码生成工具进行产品控 制器C代码生成。
从Matlab/Simulink/Stateflow生成代码，可靠 性好，易读性号，可产生适用多种微处理器 的定点代码。
某汽车用户在ＥＣＵ上手写代码与自动生成 代码的测试比较结果：
测试证明：自动代码运行速度快，效率高。
基于图形化的控制算法设计和离线仿真
编写控制算法
建立控制对象模型
建立闭环的系统
基于图形化的系统结构设计
• ECU功能越来越复杂，软件模块间有着无数 联系，因此设计阶段对ECU系统进行系统的 设计和描述有利于节省时间和成本。
– 软件架构 – 硬件拓扑 – 网络通讯
百度文库
AUTOSAR是AUTomotive Open System ARchitecture的缩写，中文为汽车开放系统架构，它定义了一套支持 分布式的、功能驱动的汽车电子软件开发方法和电子控制单元上的软件架构标准化方案，以便应用于不 同的汽车平台，提高软件复用，降低开发成本。
四、硬件在环仿真系统（HIL）
• 通过HIL金额以在虚拟环境中对新的电控单 元及软件进行大量测试。
– 系统性强 – 非常安全 – 重现错误
奥迪SPEA D3 硬件在环系统
五、标定系统
主要功能
– – – – – – – – – 同步的实时采集和显示ECU内部信息 通过CCP/XCP进行在线的标定和通过XCP进行实时激励 离线标定 快速安全的刷写Flash 无缝集成诊断函数 强大的标定数据管理，参数组比较和合并功能 在测量、离线分析或者庞统过程使用matlab/simulink进行计算 ASM MCD3测量和标定自动化接口 与ECU测量数据一起同步采集视频，音频GPS和外部测量设备的环 境数据 – 使用集成的编程语言自动执行用户输入序列和处理测量值与信息
①虚拟控制器+虚拟对象=动态仿真系统，是纯粹的系统仿真； ②虚拟控制器+实际对象=快速控制原型(RCP)仿真系统，是系 统的一种半实物仿真； ③实际控制器+虚拟对象=硬件在回路(HIL)仿真系统，是系统 的另一种半实物仿真 。
一、图形化建模和离线仿真
最典型的特点
基于图形化的建模进行控制系统设计；普遍 采用了MATLAB等工具进行控制器系统的图形 化建模和仿真工作。 • 基于图形化的控制算法设计和离线仿真。 • 基于图形化的系统结构设计 • ECU的诊断需求分析