CN102306022A - 汽车can总线和电控单元结合的半实物仿真实验*** - Google Patents

汽车can总线和电控单元结合的半实物仿真实验*** Download PDF

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江发潮
王墨林
刘京静
王国业
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Abstract

本发明公开了属于汽车设计及开发技术范围的一种汽车CAN总线和电控单元结合的半实物仿真实验***。所述半实物仿真***主要由两部分组成：实体部分和虚拟仿真部分，实体部分通过汽车底盘上的各大***：车轮、车架、动力***、以及各控制***的传感器与CAN总线连接，CAN总线通过电子控制单元与虚拟仿真部分连接；所述虚拟仿真部分包括道路视景和数学模型；将实物硬件嵌入仿真***，将软硬件技术与电子技术相结合，应用计算机建立反映客观规律的虚拟模型，应用虚拟模型进行试验，获取的一些关键信号是由真实硬件发出，该半实物仿真***比纯硬件节省成本，比纯软件方式可信度高。

Description

汽车CAN总线和电控单元结合的半实物仿真实验***
技术领域
本发明属于汽车设计及开发技术范围，特别涉及一种汽车CAN总线和电控单元结合的半实物仿真实验***。
背景技术
传统的汽车试验是以实物进行的，费时、费力和费钱是其最大的特点；其次是使用实物进行教育或训练的危险性和不方便性；使用实物时，如果操作者犯了错误，可能会产生的破坏性的事故，伤害操作者、危害环境、造成财产损失等消极影响。
利用半实物仿真技术，将汽车中的部分***用软件方式代替，对汽车的性能或电器***进行测试，可以作为真实试验的前期准备工作，而且可以在一定程度上替代传统的试验。克服了使用实物的危险性和不方便性；避免了使用实物时，操作者犯了错误时可能会产生的破坏性、伤害操作者、危害环境、造成财产损失等消极影响；采用仿真***代替实际***，提供了很好的交互性，实验次数可以不受限制，仿真结果具有可重复性。
本发明提出的汽车CAN总线和电控单元结合的半实物仿真实验***，可以简化汽车及电器***的开发周期，节省开发成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种汽车CAN总线和电控单元结合的半实物仿真实验***，其特征在于，所述半实物仿真***是将实物硬件嵌入仿真***，将软硬件技术与电子技术相结合，应用计算机建立反映客观规律的虚拟模型，应用虚拟模型进行试验，获取由真实硬件发出的一些关键信号，该半实物仿真***比纯硬件节省成本，比纯软件方式可信度高。
所述半实物仿真***主要由两部分组成：实体部分和虚拟仿真部分，实体部分的各控制***与CAN总线连接，CAN总线通过作为整车控制器的电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)与虚拟仿真部分连接；
所述实体部分包括汽车的各类***：汽车底盘、灯光控制、刮雨洗涤控制、电动座椅、门锁防盗、电动车窗、后视镜喇叭、故障诊断、警告信号、仪表显示、发动机、自动变速器、ABS/ESP(Anti-lock Braking System，防抱死制动***/Electronic Stability Program，电子稳定程序)、安全气囊、电控悬架、巡航控制和动力转向。
所述虚拟仿真部分包括道路视景和数学模型(发动机模型、车辆动力学模型等)，在虚拟仿真部分，利用显示器显示道路视景(路面场景)信息，驾驶员可以根据显示器上的路面场景，操纵汽车行驶，操纵信息通过CAN总线传递到汽车底盘，从而底盘对驾驶员的操纵做出反应。两者之间通过CAN总线通讯连接，这样，汽车上的各种信号电缆***只需要两根电缆线担任，各种电子仪表、传感器和执行机构通过多个单片微机接口挂到这两根电缆上，设备之间利用这两根电缆相互串行通讯和进行数据控制。连接方式主要采用2条CAN总线(Controller AreaNetwork，控制器局域网)：根据不同信号特性分别采用高速CAN总线和低速CAN总线。
本发明的有益效果是可以部分地替代在现实世界中费时、费力和费钱的难以进行的试验，由此弥补物理资源的缺乏。硬件在环仿真***不仅可以作为真实试验的前期准备工作，而且可以在一定程度上替代传统的试验，克服了使用实物的危险性和不方便性；避免了使用实物时，操作者犯了错误时可能会产生的破坏性、伤害操作者、危害环境、造成财产损失等消极影响；采用仿真***代替实际***，使实验次数可以不受限制，仿真结果具有可重复性；提供了很好的交互性。
本发明应用CAN通讯技术，简化了布线，减少了电气节点的数量和导线的用量，增加了信息传送的可靠性。
附图说明
图1为半实物仿真***布线示意图。
具体实施方式
本发明提供一种汽车CAN总线和电控单元结合的半实物仿真实验***。在图1所示的半实物仿真***布线示意图中，所述半实物仿真***是将实物硬件嵌入仿真***，将软硬件技术与电子技术相结合，应用计算机建立反映客观规律的虚拟模型，应用虚拟模型进行试验，获取的一些关键信号是由真实硬件发出，该半实物仿真***比纯硬件节省成本，比纯软件方式可信度高。连接方式主要采用2条CAN总线(Controller Area Network，控制器局域网)：根据不同信号特性分别采用高速CAN总线3和低速CAN总线3.1，高速CAN总线和低速CAN总线所连接的控制***如图1所示。
该半实物仿真***主要由两部分组成：实体部分1和虚拟仿真部分2，实体部分1通过各控制***的传感器与高速CAN总线3或低速CAN总线3.1连接，2条CAN总线通过作为整车控制器的电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)4与虚拟仿真部分2连接；
所述实体部分1包括汽车的各类***：汽车底盘、灯光控制、刮雨洗涤控制、电动座椅、门锁防盗、电动车窗、后视镜喇叭、故障诊断、警告信号、仪表显示、发动机、自动变速器、ABS/ESP(Anti-lock Braking System，防抱死制动***/Electronic Stability Program，电子稳定程序)、安全气囊、电控悬架、巡航控制及动力转向等；
所述虚拟仿真部分包括道路视景和数学模型(发动机模型、车辆行驶力学模型等)。
在虚拟仿真部分，利用显示器显示道路视景信息，驾驶员可以根据显示器上的路面场景，操纵汽车行驶，操纵信息通过CAN总线传递到汽车底盘1，从而底盘对驾驶员的操纵做出反应。两者之间通过CAN通讯连接，这样，汽车上的各种信号电缆***只需要两根电缆线担任，各种电子仪表、传感器和执行机构通过多个单片微机接口挂到这两根电缆上，设备之间利用这两根电缆相互串行通讯和进行数据控制。连接方式主要采用2条CAN(Controller Area Network，控制器局域网)：根据不同信号特性分别采用高速CAN总线3和低速CAN总线3.1。
发动机模型。通过试验获得发动机转速和转矩数据，构造多项式得到发动机的外特性模型。将其速度特性看作发动机转速的一元函数，多项式描述如下：
X e = a 0 + a 1 ( n - n ‾ ) + a 2 ( n - n ‾ ) 2 + · · · + a k ( n - n ‾ ) k
式中    Xe——发动机的某一特性值；
n——发动机转速，r·min-1；
Figure BDA0000084743290000042
——发动机转速样本均值，r·min-1；
a0，a1，…，ak——多项式系数。
车辆行驶力学模型
T iq i g i 0 η T r = Gf + C D A 21.15 v a 2 + Gi + δm dv dt
式中  Ttq——发动机转矩；        ig——变速器传动比；
i0——主减速器传动比；           ηT——传动系的机械效率；
r——车轮半径，m；               G——作用于汽车上的重力，N；
f——滚动阻力系数；              i——道路坡度；
CD——空气阻力系数；             A——迎风面积，m2；
va——相对速度，在无风时即汽车的行驶速度，m/s；
δ——车辆旋转质量换算系数；
m——车辆质量，kg。
该***可以用来调试汽车的线控(X-by-wire)***。

Claims (3)

1.一种汽车CAN总线和电控单元结合的半实物仿真实验***，其特征在于，所述半实物仿真***是将实物硬件嵌入仿真***，半实物仿真***主要由两部分组成：实体部分和虚拟仿真部分，实体部分通过各控制***的传感器与CAN总线连接，CAN总线通过作为整车控制器的电子控制单元与虚拟仿真部分连接；应用计算机建立反映客观规律的虚拟模型，应用虚拟模型进行试验，获取由真实硬件发出的一些关键信号；该半实物仿真***比纯硬件节省成本，比纯软件方式可信度高。
2.根据权利要求1所述汽车CAN总线和电控单元结合的半实物仿真实验***，其特征在于，所述实体部分包括汽车的各类***，如：灯光控制、刮雨洗涤控制、电动座椅、门锁防盗、电动车窗、后视镜喇叭、故障诊断、警告信号、仪表显示、发动机、自动变速器、防抱死制动***ABS/电子稳定程序ESP、安全气囊、电控悬架、巡航控制、动力转向以及各控制***的传感器。
3.根据权利要求1所述汽车CAN总线和电控单元结合的半实物仿真实验***，其特征在于，所述虚拟仿真部分包括路面场景和数学模型，在虚拟仿真部分，利用显示器显示道路视景信息，驾驶员可以根据显示器上的路面场景，操纵汽车行驶，操纵信息通过CAN总线传递到汽车底盘，从而底盘对驾驶员的操纵做出反应。两者之间通过CAN总线通讯连接，这样，汽车上的各种信号电缆***只需要两根电缆线担任，各种电子仪表、传感器和执行机构通过多个单片微机接口挂到这两根电缆上，设备之间利用这两根电缆相互串行通讯和进行数据控制。
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