使用LabVIEW、NI VeriStand和INERTIA开发基于模型的测功机DYNACAR，实现整车仿真

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：

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