關(guān)于梅賽德斯奔馳卡車設(shè)計巡航控制器的性能分析和應(yīng)用

自動控制車速的巡航控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)許多復(fù)雜和相互關(guān)聯(lián)的控制功能，并且需要大量的分析和設(shè)計，以理解和解決功能間耦合和集成問題。由于提供了更多的功能以及由此增加的功能間耦合問題，卡車的巡航控制比乘用車的速度控制復(fù)雜得多。

戴姆勒工程師為梅賽德斯奔馳商用車重新設(shè)計了巡航控制系統(tǒng)，包括重型卡車、運輸車以及長途客車。使用 MathWorks 提供的基于模型設(shè)計的工具，他們僅在 18 個月內(nèi)即完成系統(tǒng)的設(shè)計、測試，以及在 ECU 上的軟件實現(xiàn)。

梅賽德斯奔馳卡車

“MathWorks 的產(chǎn)品對于該項目的成功至關(guān)重要”，戴姆勒卡車產(chǎn)品創(chuàng)新中心項目經(jīng)理 Mario Wünsche 說到，“MathWorks 的工具使我們能夠在整個項目開發(fā)過程中，在統(tǒng)一的平臺上實現(xiàn)快速原型、仿真和測試，無需手工編碼或者學(xué)習(xí)新的工具?！?/p>

挑戰(zhàn)

戴姆勒該項目團(tuán)隊由系統(tǒng)工程師和軟件工程師組成，雖然已經(jīng)開發(fā)了該應(yīng)用的 C 代碼功能模塊，但是現(xiàn)在需要在一個新的目標(biāo) ECU 上重新設(shè)計并實現(xiàn)該模塊功能。從一開始項目開發(fā)周期就被控制在 18 個月內(nèi)。基于以往經(jīng)驗，項目團(tuán)隊認(rèn)為采用傳統(tǒng)的開發(fā)流程不可能在要求的時間內(nèi)完成開發(fā)。

項目的目標(biāo)是創(chuàng)建一個開發(fā)架構(gòu)的模塊化應(yīng)用，以便將來的項目能夠復(fù)用。由于多個團(tuán)隊會同步進(jìn)行該項目開發(fā)，因此他們還需要彼此共享成果。

復(fù)雜的巡航控制軟件能夠控制驅(qū)動和剎車扭矩，調(diào)節(jié)車間距和限速。系統(tǒng)控制器和道路限速器的輸入包括巡航控制操縱桿，油門，踏板，CAN 總線信號，以及車速、車距和加速度。如此多輸入多輸出的系統(tǒng)設(shè)計本身已經(jīng)充滿挑戰(zhàn)，戴姆勒還需要確保所設(shè)計的系統(tǒng)能夠運行在一個存儲和計算資源均有限的定點微處理器上。

解決方案

戴姆勒采用了基于模型的設(shè)計流程，使用的工具包括MATLAB，Simulink和Embedded Coder等。MathWorks 咨詢工程師幫助他們開發(fā)了建模指南和模型架構(gòu)，以便所設(shè)計的算法能夠生成最優(yōu)化的 C 代碼。

戴姆勒項目團(tuán)隊首先在Simulink和Statflow中搭建系統(tǒng)模型。該復(fù)雜的設(shè)計模型包括 3900 個模塊，140 個輸入信號，40 個輸出信號和 340 個參數(shù)。他們采用 Concurrent Version System（CVS）作為版本控制工具以使得各團(tuán)隊能夠并行開發(fā)各子系統(tǒng)。

整個開發(fā)過程中，工程師們使用交互式的，自動化的測試工具，基于一個帶有預(yù)先定義測試用例和控制接口的測試數(shù)據(jù)庫，對所設(shè)計的系統(tǒng)不斷進(jìn)行測試。將Simulink閉環(huán)仿真模型和運行在目標(biāo)微控制器上的產(chǎn)品級代碼（由Embedded Coder從模型生成）通過 CAN 總線進(jìn)行通信， 工程師們進(jìn)行了處理器在環(huán)（PIL，processor-in-the-loop）測試。由此，戴姆勒（的工程師們）能夠快速地驗證Simulink的仿真結(jié)果和PIL測試結(jié)果是否一致。

完成測試后，工程師們采用Fixed-Point Designer、SimulinkCoder和Embedded Coder為巡航控制系統(tǒng)自動生成定點代碼。Fixed-Point Designer幫助工程師們自動確定Simulink模型中絕大部分模塊參數(shù)的定標(biāo)和數(shù)據(jù)類型。Embedded Coder使得工程師們能夠生成滿足戴姆勒內(nèi)部質(zhì)量和編碼標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品級代碼。此外，自定義存儲類型功能允許工程師們能夠定義和控制不同版本產(chǎn)品中的數(shù)據(jù)類型。

“MathWorks的建模和代碼生成工具使我們能夠快速無縫地實現(xiàn)設(shè)計和測試迭代，并使我們能夠在僅僅 18 個月的時間內(nèi)發(fā)布我們的產(chǎn)品?！?/p>

——Mario Wünsche,Daimler

代碼經(jīng)過在目標(biāo) ECU 上測試后，工程師們在硬件在環(huán)（HIL，Hardware-in-the-loop）模擬器上繼續(xù)測試了目標(biāo) ECU，該模擬器由一個運行在虛擬機(jī)環(huán)境系統(tǒng)（VME Systems）的車輛模型和所有其他的實物車輛 ECU 組成。車輛模型運行在實時環(huán)境中，使得團(tuán)隊就像在真實的車輛上采集計算所有的物理參數(shù)一樣。

結(jié)果

更緊湊、 高效的代碼。相比之前手工代碼版本的巡航控制系統(tǒng)，采用 Embedded Coder 和 Simulink Coder 自動生成的代碼，RAM 占用率降低了約 16%。

更高的測試效率。在桌面（開發(fā)）電腦上而不是在車輛上調(diào)試控制軟件，使得戴姆勒項目團(tuán)隊減少了解決軟件問題的時間和成本。

更快的開發(fā)速度。整個項目，包括系統(tǒng)的分析、重構(gòu)、建模和測試，僅僅用了 18 個月。如果沒有使用 MathWorks 提供的涵蓋仿真、產(chǎn)品級代碼生成和 PIL 測試等功能的工具，幾乎不可能在截止時間前完成項目開發(fā)。