汽车系统工程及开发工具

项目的组织和开发应遵循的国际标准 (CMMI, SPICE, EFQM,…)
完备定义的项目管理 完备定义的配置管理 完备定义的需求管理 完备定义的风险管理
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理想的环境（ASEE）
需求
需求管理 工具
项目管理工具
工程工具（力学） 工程工具（硬件） 工程工具（软件） e.g. UML/MATLAB/SIMULINK
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开发流程
需求 功能设计
系统确认 功能测试
系统
系统分解
部件集成
部件
部件设计 HW / SW
流程/方法/ 工具/技能/管理
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开发过程
需求
聚焦每项任务
系统确认
功能设计
功能测试
系统
系统分解
单元集成
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汽车工程面临的挑战
要面对如此的挑战，需要整体的解决途径：
汽车系统工程 （Automotive Systems Engineering）
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汽车工程的系统观
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系统工程的定义
系统工程不是一种瀑布式的串联流程
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Vector – The Art of Engineering
总部在德国Stuttgart 成立于 1988 员工超过300人 世界领先的汽车工程和工
业自动化领域总线分析开 发工具的供应商
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汽车工程面临的挑战
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汽车工程面临的挑战
上市时间必须缩短 质量必须提高 功能必须增强（安全，排放，…） 成本必须降低 中国汽车工业的挑战与机遇（留待讨论）
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发动机控制 – 在 Simulink中进行功能设计
• 标准的设计描述文件 • 仿真的基础 • 快速控制原型的基础 • 产品代码生成的基础 • 硬件在回路仿真的基础 • 控制单元开发人员的“可执行技术规范”
欢迎各位参加Vector研讨会
九州恒润科技有限公司
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汽车系统工程、开发工具及流程
九州恒润科技有限公司 2019年11月上海Vector演示会
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内容
公司介绍 汽车开发的系统观及流程观 汽车控制器开发流程 控制器网络开发流程 总结 问题和讨论
原型控制器在回路仿真
• 原型控制器 • 控制对象
硬件在回路
•真实的ECU •虚拟仿真控制对象
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当今的开发流程- V循环
功能设计 快速控制原型
MATLAB/Simulink/SCtaatleibflroawtion 建模与仿真的平台，首先用于离线仿真 把框图作为可执行的技术规范
需求定义
设计 实现
集成
测试
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系统工程的定义
系统工程也不是 “throw it over the wall process”
需求
设计
实现
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系统工程的定义
系统工程是一种分形流程
系统 分系统 部件
流程/方法/ 工具/技能/管理
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wk.baidu.com
聚焦设计
t1 t1
功能设计
t1
设计
结构，通信，行为 函数库
ECU1 ECU3
低速 CAN
ECU2 高速 CAN
ECU4
网关
ECU5
功能之间的通信造就了 真实的总线通信
通信矩阵库
分析真实总线负载及延 迟
流程/方法/ 工具/技能/管理
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聚焦全局流程
需求
聚焦流程
系统确认
功能设计
功能测试
系统
系统分解
单元集成
部件
部件开发 HW / SW
流程/方法/ 工具/技能/管理
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对系统和流程的总结
是“胶水”，能把所有因素结合在一起 对全局负责，必须保证系统自始至终满足其要求
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传统开发流程的问题 硬件投入先于控制设计
手工编程
控制方案需要不断修改
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当今的开发流程
通用汽车公司的燃料电池 车欧宝的开发流程
目标:在开发过程中使用统一的软硬件平台 在办公室作离线仿真 在实验室进行原型测试 在车上进行标定
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公司简介
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4
九州恒润科技
总部在北京 成立于2019年,私营公司 公司员工近40人 上海,成都设有办事处 MathWorks & dSPACE&Vector
公司中国唯一代理 咨询项目
可生成标准ANSI-C和Ada语言 可以实现其他语言的代码生成 完全可配置的代码生成器
支持多种平台
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控制系统设计工具
建模 设计 分析
优化
System Identification Tbx
经典控制 Control System Tbx
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系统工程的应用和实践
使用组织中已有的知识和经验 进步是渐渐的
适当的过程模型 例如 CMMI=Capability Maturity Model
Integration
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汽车工程的流程观
部件
部件开发 HW / SW
流程/方法/ 工具/技能/管理
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开发过程
特殊的任务
标准 工具
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聚焦设计
需求
设计
功能设计
系统确认 功能测试
系统
系统分解
单元集成
部件
部件开发 HW / SW
风险管理？？？
配置管理工具
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产品
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系统工程与项目管理的关系
系统工程和项目管理相互支持和补充 系统工程负责：
做正确的事； 确定干什么，谁来干； 评估各种可选概念和方案； 创建计划。
项目管理负责
正确地做事； 确定怎么做和何时做； 按计划实施。
系统工程是一种“算法”，应用于
大的结构 中等结构 小的结构
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分形流程
系统需求 系统功能 系统分解
系统确认 系统测试 分系统集成
分系统A 分系统B 分系统C
需求分析 结构分解 功能模块设计 实现
单系统确认 单系统集成 模块测试
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总体 分系统
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系统工程的目标
确定如下的全局优化指标：
功能 费用 重量 体积 …
研究解决问题的不同途径和概念； 给系统和分系统建模；
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从流程的角度看系统工程
系统的、通用的开发和设计流程应当有CAE工具 支持
MATLAB/dSPACE 被用于 ECU开发的所有阶段
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控制器V模式开发流程
功能设计
标定
快速控制原型
硬件在回路仿真
目标代码生成
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三个重要的概念
软件在回路
• 控制器与控制对象的功能仿真
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流程--聚焦部件
需求
功能设计
系统确认 功能测试
系统
系统分解
单元集成
部件
部件开发和设计
部件开发 HW / SW
流程/方法/ 工具/技能/管理
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聚焦部件开发（ECU）
需求
系统
系统规范 通信要求、接口设计
成立于 1988 员工超过400人 70% 是工程师与技
术人员 主要产品方向：为
控制工程项目的开 发和测试提供软/硬 平台
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汽车开发的系统观及流程观
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内容
汽车工程面临的挑战 汽车工程的系统观 汽车工程的流程观
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传统的开发流程
根据调查情况用文字说明的方式定义需求和设计 目标
根据过去的经验提出系统的结构 由硬件人员设计并制造硬件电路 由控制工程师设计控制方案，并将控制规律用方
程的形式描述出来 由软件人员采用手工编程的方式实现控制规律 由系统工程师或电子专家将代码集成于硬件电路
中 用真实控制对象或测试台对系统进行测试
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We haven’t got the time to think about this job, only to do it Tom DeMarco
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汽车控制器开发流程
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数据分析工具
集成编程环境
建模和算法开发
高级图形可视化 GUI 开发工具
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Simulink
建立和分析线性、非线 性动态系统模型
具有层次性的交互式模 块框图结构设计方法
支持数字、模拟和混合 信号及事件驱动逻辑建 模仿真
支持矩阵数据类型及线 性代数运算
软件模块
部件
系统与多部件之间的接口管理
项目管理，需求管理 数据交换 任务流
部件的开发
快速原型 硬件在回路
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流程—聚焦集成和测试
需求 功能设计
系统确认 集成、测试
功能测试
系统
系统分解
单元集成
部件
部件开发 HW / SW
Fuzzy Logic Tbx
高级控制 Robust Control Tbx
Mu Analysis Tbx LMI Control Tbx Model Predictive Tbx
Nonlinear Control Design BlkSet
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信号可视化 与C代码的协同仿真 与Matlab平台紧密集成 良好的操作性与可扩展
性（模块与库的扩展）
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Stateflow
事件驱动控制逻辑建模 用图形化方式创建有限状
态机
状态及状态转移 事件定义（全局或局部） 动作语言 流程图
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The MathWorks
总部在美国Natick, Boston 附近
成立于 1984 ，私营公司 员工超过1000人 用户超过500,000个单位 九州恒润是中国大陆的唯
一代理
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dSPACE
总部在德国 Paderborn
Hardware-in-the-Loop
目标代码生成
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MATLAB / Simulink
工程计算的标准软件 基于模型的控制器设计 用Simulink对非线性动态系统仿真
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Matlab环境
具有良好的分层设计结构 使用统一的数据结构维护 与Matlab/Simulink无缝结
合 支持代码生成（Stateflow
Coder）
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Real-Time Workshop
什么是RTW
从系统设计到硬件实现的快速直达途径 无需编程将Simulink模型生成嵌入式代码 不依赖特殊目标硬件