使用​LabVIEW、​NI VeriStand​和​INERTIA​开发​基于​模型​的​测​功​机​DYNACAR,​实现​整​车​仿真

Miguel Allende Marcos,Tecnalia Research & Innovation

“我们​使用​NI VeriStand​来​配置​测试​系统​Dynacar,​无​需​从头开始​开发​测试​架构,​因此​大幅​缩短​了​开发​时间。”

- Miguel Allende Marcos,​Tecnalia Research & Innovation

挑战:

开发​一个​易​于​配置​的​模​块​化​汽车​模型​和​测试​系统,​用于​基于​模型​的​测​功​机,​以及​汽车​控制​系统​的​快速​原型​验证。 ​

解决​方案:

以​NI LabVIEW​软件​作为​仿真​工具,​结合​NI VeriStand​软件​和​INERTIA​插​件,​构​建​一个​全面​的​测试​系统,​用于​激励​生成、​数据​记录​和​报表​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​欧洲​最大​的​私有​研究、​开发​和​创新​集团​之一,​需要​开发​一​款​工具​来​完成​以下​任务:

  1. 在​嵌入式​软件​开发​过程​中,​从​设计​阶段​顺利​过渡​至​快速​控制​原型​验证​阶段
  2. 对​整​车​动力​总​成​进行​高级​控制​策略​测试

 

我们​首先​开发​了一​辆​嵌入​在​实​时​系统​中的“虚拟​汽车”,​能够​准确​地​计算​汽车​在​实际​行驶​过程​中的​各种​变量​(图​1)。

 

我们​决定​将​汽车​模型​划分为​多个​子​系统,​如​传​动​系统、​动力​总​成、​车轮、​底盘​和​制动​器。​这种​划分​方式​有​几个​非常​重要​的​优点:​我们​可以​将​每​个​模型​子​系统​分配​给​对​相关​汽车​子​系统​最​熟悉​的​人员,​并且​可以​在​新的​子​系统​完成​时​分​阶段​更新​模型。​采用​这种​模​块​化​的​方法,​当​某​个​真实​的​组​件​开发​完成后,​我们​可以​很​轻松​地​以其​替换​仿真​组​件;​而且​用户​还​可以​将​我们​开发​的​子​系统​更换​为​使用​其他​环境​开发​的​子​系统。

 

我们​的​测试​软件​需要​具备​以下​功能:

  • 能够​集成​各种​子​系统​模型,​以​生成​实​时​兼容​的​系统​模型
  • 能​使用​各种​编​程​语言​编写​子​系统​模型
  • 能够​轻松​替换​系统​中的​模型
  • 在​真实​组​件​开发​完成后,​能​以其​替换​子​系统​模型
  • 能够​进行​数据​记录​并​生成​报表

 

我们​选择了NI VeriStand作为​测试​软件,​因为​它​能够​满足​所有​上述​需求,​并且​现成​即​用。​我们​使用​NI VeriStand​来​配置​测试​系统,​无​需​从头开始​开发​测试​架构,​因此​大幅​缩短​了​开发​时间。​而且,​我们​可以​将​更多​精力​集中​于​测试​和​改进​模型。​图​2​所​示​的是​基于​上述​概念​实现​的​系统​简要​结构​框​图。


​应用​范例

此​项目​的​目标​是​更新​现有​的​测试​台,​包括​完整​的​动力​总​成,​其中​电力​牵引​传​动​系统​通过​一个​差速器​和​两​个​传​动​轴​连接​至​两​个​车轮。​我们​使用​Dynacar​软件​开发​了​实​时“车辆​在​环”和“人​在​环”仿真。​在​这些​仿真​中,​汽车​的​机械​组​件​所​承受​的​应力​和​车速​与​真实​汽车​无​异,​从而​帮助​我们​在​实验​室内​精确​地​测试​嵌入式​软件,​缩短​了​现场​测试​所需​的​时间。

 

图​3​显示​了​该​项目​基本​安装​组​件​的​示意​图。​EM3​代表​系统​的​牵引​传​动​系统,​EM1​和​EM2​代表​用于​仿真​阻力​(轮胎​与​路面​之间​的​接触​导致)​的​电机,​牵引​传​动​系统​需要​根据​驱动​和​环境​参数​克服​阻力。

 

下表​列出​了​此​测试​系统​的​要求:

执行​汽车​模型​软件 (Dynacar) 更新​速率:​1 ms
通过​控制器​局​域​网​(CAN)​通信​控制​三​个​电机 更新​速率:​5 ms
执行​辅助​逻辑​控制 更新​速率:​100 ms
管理​关键​警报 更新​速率:​1 ms
生成​自动​测试​所需​的​激励 更新​速率:​10 ms
生成​报表 无​更新​速率​要求

 

由于​NI VeriStand​自身​支持​多核​执行,​因此​我们​选择​该​软件​作为​测试​平台。​例如,​借助​NI VeriStand,​我们​可以​同时​使用​三​个​内​核​执行​模型,​从而​确保​1 ms​的​更新​速率,​而​第四​个​内​核可​用于​执行​其他​功能,​如​警报​管理​和​激励​生成​等。​将​这些​数据​处理​任务​独立​出来,​有助​于​保证​系统​的​实​时​性能。

 

通信​与​测试

我们​通过​CAN​实现​与​三​个​驱动​器​的​通信,​并​选择​NI PXI-8512/2​模​块​作为​CAN​消息​的​I/​O​设备。​该​模​块​使用​NI-​XNET​协议,​包含​直观​的​API,​可​进行​扩展​来​实现​自​定义​消息。

 

我们​的​测试​系统​可​执行​手​动​测试,​也​能够​自动​执行​实​时​测试。​执行​手​动​测试​时,​操作​人员​在​虚拟​环境​中​驾驶​汽车,​根据​操作​人员​的​驾驶​习惯,​在​各种​场景​中​测试​系统​的​响应。​系统​执行​自动​测试​时,​模型​按照​预先​定义​好的​驾驶​模式,​通过​虚拟​的​驾驶​员​进行​导航。​两​种​类型​的​测试​都可​让​工程​师​测试​在​现场​测试​中​很​难​或​不可能​复现​的​特定​测试​场景。

 

设置​参数

我们​使用LabVIEW开发​了​一个​图形​化​用户​界面​(GUI)​(图​4)。​通过​GUI,​我们​便可​根据​测试​的​具体​需求​配置​模型​参数。​此​模型​包含​多​达​150​个​可​配置​的​参数,​这样​可以​仿真​各种​汽车,​并​准备​驾驶​场景​以及​自动​驾驶​循环。


​结论

Tecnalia​选择​LabVIEW​和​NI VeriStand​作为​开发​环境,​开发​了​汽车​模型​并​将​其​部署​到​最终​的​测试​系统​中。​这​一​开发​环境​可以​轻松​对​硬件​进行​编​程​以及​与​硬件​交互,​并​对​市场​上​可用​的​各种​协议​提供​本地​支持。​NI VeriStand​还​具有​运行​时​可​编辑​的​UI,​方便​用户​添加​输入​控​件、​显示​控​件​和​图表,​并​实​时​记录​数据,​中途​无​需​暂停​在​PXI​控制器​上​运行​的​引擎。​将​Dynacar​和​NI​工具​相​结合,​帮助​我们​构​建​了​先进​的​系统​来​开发​和​验证​汽车​的​组​件​和​控制器。

 

Dynacar​也​荣获​了“国际​汽车​测试​技术”颁发​的“2011​年度​CAE​创新”大奖​(图​5)。

 

作者​信息:

Miguel Allende Marcos
Tecnalia Research & Innovation
​西班牙
miguel.allende@tecnalia.com

图​1: ​ ​Dynacar​技术​具有​高度​可​配置​的​动画​环境,​为​工程​师​提供​了​可​视​化​和​人​在​环​功能。 ​
图​2: ​ ​使用​NI VeriStand​开发​的​Dynacar​的​实现​结构​框​图 ​
图​3: ​ ​测试​台​控制​结构​框​图 ​
图​4: ​ ​配置​GUI ​
图​5: ​ ​Dynacar,​荣获“2011​年度​CAE​创新”大奖 ​