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使用LabVIEW、 NI VeriStand 和INERTIA 開發(fā)基于模型的測(cè)功機(jī),實(shí)現(xiàn)整車仿真

2018-02-27 15:28:01·  
　
我們使用NI VeriStand來(lái)配置我們的測(cè)試系統(tǒng)，無(wú)需從頭開始開發(fā)測(cè)試架構(gòu)，因此顯著地減少了開發(fā)時(shí)間。- Miguel Allende Marcos,Tecnalia ResearchInnovation挑戰(zhàn):開發(fā)一個(gè)易于配置的模塊化車輛模型和測(cè)試系統(tǒng)，應(yīng)用于基于模型的測(cè)功機(jī)，并快速地部署車輛控制系統(tǒng)。解決方案:使用NI LabVIEW作為仿真軟件，并使用NI Veristand
"我們使用NI VeriStand來(lái)配置我們的測(cè)試系統(tǒng)，無(wú)需從頭開始開發(fā)測(cè)試架構(gòu)，因此顯著地減少了開發(fā)時(shí)間。"
- Miguel Allende Marcos, Tecnalia Research & Innovation 
挑戰(zhàn):
開發(fā)一個(gè)易于配置的模塊化車輛模型和測(cè)試系統(tǒng)，應(yīng)用于基于模型的測(cè)功機(jī)，并快速地部署車輛控制系統(tǒng)。
 
解決方案:
使用NI LabVIEW作為仿真軟件，并使用NI Veristand軟件和INERTIA插件，開發(fā)一個(gè)綜合測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)激勵(lì)生成、數(shù)據(jù)記錄和報(bào)表生成。
 
 
作者:
Miguel Allende Marcos - Tecnalia Research & Innovation 
Iñaki Iglesias - Tecnalia Research & Innovation
Adrian Martin - Tecnalia Research & Innovation
Alberto Peña - Tecnalia Research & Innovation
 
Tecnalia是歐洲最大的私有研究、開發(fā)和創(chuàng)新公司之一，需要開發(fā)一套可以實(shí)現(xiàn)如下功能的工具：
 
1，在嵌入式軟件開發(fā)過(guò)程中，能夠從設(shè)計(jì)階段順利過(guò)渡至快速控制原型階段；
2，實(shí)現(xiàn)針對(duì)整車動(dòng)力總成的高級(jí)控制策略測(cè)試；
 
我們首先開發(fā)了一套嵌入在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的“虛擬汽車”，能夠準(zhǔn)確地計(jì)算汽車在實(shí)際行駛過(guò)程中的各種變量。
 
我們決定將車輛模型劃分為多個(gè)子系統(tǒng)，如：發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)、車輪、底盤和制動(dòng)子系統(tǒng)。這種劃分方式有幾個(gè)非常重要的優(yōu)點(diǎn)：我們?yōu)槊總€(gè)模型子系統(tǒng)的分配至對(duì)其最熟悉的開發(fā)人員，并且可以在每個(gè)新的子系統(tǒng)完成時(shí)分階段更新模型。采用這種模塊化的方法，當(dāng)某個(gè)真實(shí)的組件開發(fā)完成后，我們可以很容易地以其替換仿真的組件；而且用戶還可以切換至我們?cè)谄渌h(huán)境中開發(fā)出的子系統(tǒng)。
 
我們的測(cè)試軟件需要如下能力：
  • 能夠集成各種子系統(tǒng)模型，開發(fā)一個(gè)與實(shí)時(shí)系統(tǒng)兼容的系統(tǒng)模型
  • 能在各種編程語(yǔ)言環(huán)境中編寫子系統(tǒng)模型
  • 能夠很容易地替換系統(tǒng)中的模型
  • 能夠很容易地使用真實(shí)的組件（開發(fā)完成后）替換子系統(tǒng)模型
  • 能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和報(bào)表生成
我們選擇了 NI VeriStand 作為測(cè)試軟件，因?yàn)樗軌驖M足所有上述需求，并且是現(xiàn)成可用的。我們使用NI VeriStand來(lái)配置我們的測(cè)試系統(tǒng)，無(wú)需從頭開始開發(fā)測(cè)試架構(gòu)，因此顯著地減少了開發(fā)時(shí)間。而且，我們可以將更多的時(shí)間用于測(cè)試和改進(jìn)模型。
 
應(yīng)用案例
 
此項(xiàng)目的目標(biāo)是更新一個(gè)現(xiàn)有的測(cè)試平臺(tái)，此平臺(tái)中包括完整的動(dòng)力總成，含有電力牽引傳動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)一個(gè)差動(dòng)系統(tǒng)和兩個(gè)傳動(dòng)軸連接至兩個(gè)車輪。我們使用Dynacar軟件開發(fā)了一個(gè)實(shí)時(shí)的“車輛在環(huán)”和“人在環(huán)”仿真系統(tǒng)。這些仿真系統(tǒng)為車輛的機(jī)械組件仿真車輛在真實(shí)道路上行駛時(shí)的速度和受到的應(yīng)力，從而幫助我們?cè)谠囼?yàn)室內(nèi)精確地測(cè)試嵌入式軟件，減少了道路測(cè)試的時(shí)間。
 
EM3代表系統(tǒng)的牽引驅(qū)動(dòng)，EM1和EM2代表用于模擬阻力（輪胎與路面之間的接觸導(dǎo)致）的電機(jī)，牽引驅(qū)動(dòng)需要根據(jù)驅(qū)動(dòng)和環(huán)境參數(shù)克服阻力。
 
如下所示為此測(cè)試系統(tǒng)的要求：
執(zhí)行車輛模型軟件 (Dynacar) 更新速率：1 ms
通過(guò)控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）通信控制三個(gè)電機(jī) 更新速率：5 ms
實(shí)現(xiàn)輔助邏輯控制 更新速率：100 ms
管理關(guān)鍵報(bào)警 更新速率：1 ms
生成激勵(lì)用于自動(dòng)測(cè)試 更新速率：10 ms
報(bào)表生成 無(wú)更新速率要求

我們使用NI VeriStan作為測(cè)試平臺(tái)，因?yàn)樗陨碇С侄嗪藞?zhí)行。例如：使用NI VeriStand，我們可以同時(shí)使用三個(gè)內(nèi)核執(zhí)行模型，從而確保1ms的更新速率，而第四個(gè)內(nèi)核可用于執(zhí)行其它功能，如報(bào)警管理和激勵(lì)生成等。將這些數(shù)據(jù)處理任務(wù)獨(dú)立出來(lái)，可以確保系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。
 
通信與測(cè)試
 
我們通過(guò)CAN總線實(shí)現(xiàn)與三個(gè)驅(qū)動(dòng)器的通信，選擇PXI-8512/2 模塊作為我們的I/O設(shè)備，傳輸CAN消息。這個(gè)模塊使用NI-XNET協(xié)議，包含直觀的API，可擴(kuò)展至自定義的消息。
 
我們的測(cè)試系統(tǒng)可用于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)的測(cè)試，并能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)的實(shí)時(shí)測(cè)試。進(jìn)行手動(dòng)測(cè)試時(shí)，操作者在虛擬環(huán)境中駕駛車輛，根據(jù)操作者的駕駛習(xí)慣，在各種場(chǎng)景中測(cè)試系統(tǒng)的響應(yīng)；進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試時(shí)，模型通過(guò)虛擬駕駛員進(jìn)行導(dǎo)航，遵從預(yù)先定義好的駕駛模式。兩種類型的測(cè)試都可以讓工程師測(cè)試特定的操作點(diǎn)，這在實(shí)際道路測(cè)試中是很難甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
 
設(shè)置參數(shù)
 
我們使用LabVIEW 開發(fā)了一個(gè)GUI。使用GUI，根據(jù)測(cè)試的具體需要，配置模型參數(shù)。此模型包含多達(dá)150個(gè)可配置的參數(shù)，這樣可以仿真一系列的車輛、布置駕駛場(chǎng)景，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的駕駛循環(huán)。
 
結(jié)論
 
Tecnalia 選擇 LabVIEW 和 NI VeriStand作為開發(fā)環(huán)境，開發(fā)車輛模型并在最終的測(cè)試系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。這一開發(fā)環(huán)境能夠很容易地對(duì)硬件編程和交互，內(nèi)置多種協(xié)議支持。NI VeriStand具有運(yùn)行時(shí)可編輯的UI，可以讓用戶添加輸入控件、顯示控件和圖表，并實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)，無(wú)需停止運(yùn)行于PXI控制器的發(fā)動(dòng)機(jī)模型。將Dynacar和NI工具相結(jié)合，幫助我們實(shí)現(xiàn)了最先進(jìn)的系統(tǒng)，用于開發(fā)和驗(yàn)證車輛的組件和控制器。
 
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