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

2018-02-27 15:28:01·  
　
我们使用NI VeriStand来配置我们的测试系统，无需从头开始开发测试架构，因此显著地减少了开发时间。- Miguel Allende Marcos,Tecnalia ResearchInnovation挑战:开发一个易于配置的模块化车辆模型和测试系统，应用于基于模型的测功机，并快速地部署车辆控制系统。解决方案:使用NI LabVIEW作为仿真软件，并使用NI Veristand
"我们使用NI VeriStand来配置我们的测试系统，无需从头开始开发测试架构，因此显著地减少了开发时间。"
- Miguel Allende Marcos, Tecnalia Research & Innovation 
挑战:
开发一个易于配置的模块化车辆模型和测试系统，应用于基于模型的测功机，并快速地部署车辆控制系统。
 
解决方案:
使用NI LabVIEW作为仿真软件，并使用NI Veristand软件和INERTIA插件，开发一个综合测试系统，实现激励生成、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、开发和创新公司之一，需要开发一套可以实现如下功能的工具：
 
1，在嵌入式软件开发过程中，能够从设计阶段顺利过渡至快速控制原型阶段；
2，实现针对整车动力总成的高级控制策略测试；
 
我们首先开发了一套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。
 
我们决定将车辆模型划分为多个子系统，如：发动机、传动、车轮、底盘和制动子系统。这种划分方式有几个非常重要的优点：我们为每个模型子系统的分配至对其最熟悉的开发人员，并且可以在每个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，我们可以很容易地以其替换仿真的组件；而且用户还可以切换至我们在其它环境中开发出的子系统。
 
我们的测试软件需要如下能力：
  • 能够集成各种子系统模型，开发一个与实时系统兼容的系统模型
  • 能在各种编程语言环境中编写子系统模型
  • 能够很容易地替换系统中的模型
  • 能够很容易地使用真实的组件（开发完成后）替换子系统模型
  • 能够进行数据记录和报表生成
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，并且是现成可用的。我们使用NI VeriStand来配置我们的测试系统，无需从头开始开发测试架构，因此显著地减少了开发时间。而且，我们可以将更多的时间用于测试和改进模型。
 
应用案例
 
此项目的目标是更新一个现有的测试平台，此平台中包括完整的动力总成，含有电力牵引传动系统，通过一个差动系统和两个传动轴连接至两个车轮。我们使用Dynacar软件开发了一个实时的“车辆在环”和“人在环”仿真系统。这些仿真系统为车辆的机械组件仿真车辆在真实道路上行驶时的速度和受到的应力，从而帮助我们在试验室内精确地测试嵌入式软件，减少了道路测试的时间。
 
EM3代表系统的牵引驱动，EM1和EM2代表用于模拟阻力（轮胎与路面之间的接触导致）的电机，牵引驱动需要根据驱动和环境参数克服阻力。
 
如下所示为此测试系统的要求：
执行车辆模型软件 (Dynacar) 更新速率：1 ms
通过控制器局域网络（CAN）通信控制三个电机 更新速率：5 ms
实现辅助逻辑控制 更新速率：100 ms
管理关键报警 更新速率：1 ms
生成激励用于自动测试 更新速率：10 ms
报表生成 无更新速率要求

我们使用NI VeriStan作为测试平台，因为它自身支持多核执行。例如：使用NI VeriStand，我们可以同时使用三个内核执行模型，从而确保1ms的更新速率，而第四个内核可用于执行其它功能，如报警管理和激励生成等。将这些数据处理任务独立出来，可以确保系统的实时性能。
 
通信与测试
 
我们通过CAN总线实现与三个驱动器的通信，选择PXI-8512/2 模块作为我们的I/O设备，传输CAN消息。这个模块使用NI-XNET协议，包含直观的API，可扩展至自定义的消息。
 
我们的测试系统可用于实现手动的测试，并能够实现自动的实时测试。进行手动测试时，操作者在虚拟环境中驾驶车辆，根据操作者的驾驶习惯，在各种场景中测试系统的响应；进行自动测试时，模型通过虚拟驾驶员进行导航，遵从预先定义好的驾驶模式。两种类型的测试都可以让工程师测试特定的操作点，这在实际道路测试中是很难甚至无法实现的。
 
设置参数
 
我们使用LabVIEW 开发了一个GUI。使用GUI，根据测试的具体需要，配置模型参数。此模型包含多达150个可配置的参数，这样可以仿真一系列的车辆、布置驾驶场景，并实现自动化的驾驶循环。
 
结论
 
Tecnalia 选择 LabVIEW 和 NI VeriStand作为开发环境，开发车辆模型并在最终的测试系统中实现。这一开发环境能够很容易地对硬件编程和交互，内置多种协议支持。NI VeriStand具有运行时可编辑的UI，可以让用户添加输入控件、显示控件和图表，并实时记录数据，无需停止运行于PXI控制器的发动机模型。将Dynacar和NI工具相结合，帮助我们实现了最先进的系统，用于开发和验证车辆的组件和控制器。
 
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