MATLAB汽车.doc

汽车汽车是世界上最复杂的消费产品。当今的高端汽车产品包含超过 70 多个微处理器，它们控制着发动机、底盘、安全和驾驶系统。预计在未来 5 年中，汽车中的软件成分将以两位数的速度快速增长。全世界所有大型汽车制造商和供应商的工程师都在使用 MATLAB 和 Simulink 来开发他们的系统，包括探查和分析新创意、对系统进行建模与仿真、建立车辆概念的快速原型以及将其应用到产品化硬件中。对多数汽车公司而言，这些工具可使其设计时间缩短约 50%。 领先的汽车公司，如丰田、电装、摩托罗拉和德尔福等，都通过 MathWorks 产品来提供共享系统规范与开发创意的公共平台，从而提高对这些复杂集成系统的设计和理解。 行业细分 传动系统 底盘和安全系统 舒适和便利系统 驾驶员信息娱乐系统 工程任务 系统规格和建模 嵌入式系统设计 系统集成、校准和测功机测试 车辆分析和验证FREE AutomotiveTechnical KitMathWorks 已加入 随着汽车电子系统日益复杂，汽车 OEM 商、第一层供应商以及工具厂商正在共同协作，以开发出可支持未来汽车与客户对软件可伸缩扩展性、可维护性和灵活性的需求的开放性标准。MathWorks 现已加入 AUTOSAR，以履行公司的使命：加快工程和科学领域中的发明和创新的步伐。而 MathWorks 的核心产品 MATLAB 和 Simulink，将在包括 AUTOSAR 联盟内外的整个汽车行业中充当系统开发、组件化和算法重用的平台。 MathWorks 是 AUTOSAR 的高级会员，并参与多种 AUTOSAR 工作任务。其中一个目标是定义编写相关文件，以展示工程师如何在开发过程中使用 MathWorks 产品的当前版本（包括 Simulink、Stateflow 及 Real-Time Workshop Embedded Coder）来生成与 AUTOSAR 运行时环境进行交互的软件组件（请参阅将 Simulink 应用于 AUTOSAR）。此外，MathWorks 还持续改进其产品，以更好地支持大型软件架构、运行时环境集成和基于模型的设计流程的总体需求，并供 AUTOSAR 和其他行业、应用程序和公司标准进行利用。MathWorks 汽车咨询委员会MathWorks 致力于提供加速汽车行业产品设计和开发的软件产品。MathWorks 汽车咨询委员会 (MAAB) 每年召开会议，以分享 MathWorks 技术应用的共同经验和洞见。它还使汽车客户有机会影响 MathWorks 的远景和未来产品发展。系统规格和模型建立 经过过去几年来的发展，在车辆系统中的几乎所有主要功能都涉及机械、电气和软件实现等方面的组合。开发这些系统，通常需要多个部门和工程学科共同参与，并需要访问多种不同的车辆系统。为了解决开发当今系统所涉及的复杂性问题，汽车制造商和供应商采用数学模型来描述车辆系统行为，模拟预期性能并进行需求验证。通过对这些模型进行仿真，设计师能够： 研究新创意 发现系统设计中的潜在限制或错误 在建立昂贵的物理原型之前，在设计周期中尽早进行优化车辆级和系统级建模通过 Simulink 产品系列，您能够建立车辆、子系统和组件的数学模型。Simulink、Stateflow、SimMechanics 和 SimPowerSystems 可提供对多种不同汽车系统及其相关控制算法进行建模和仿真的能力，从而使您能够： 分析汽车传动系统性能、燃油经济性和排放权衡 评估汽车功能，以及多个汽车稳定性控制系统或高级防滑系统之间的功能分布 对环境系统进行建模，以开发出复杂精密的温湿控制和发动机冷却系统 对高级通信、无线和 GPS 导航系统进行建模和仿真此电动车窗系统的多域模型包括控制系统、电气和马达驱动系统以及车窗机械系统模型。其中包括测试案例与验证模块，允许工程师对整个车窗系统进行仿真以测试功能和安全问题，例如对在关闭车窗时插入物体的情况进行仿真。单击图像可查看大图。 您可使用多种 MATLAB 工具箱和特定功能的 Simulink 块集，或创建自定义模块库以协调公司内部与跨越 OEM 供应商界限的设计流程。物理系统建模对于多域汽车子系统而言，MathWorks 工具可确保机械和电气系统设计与控制系统保持一致。 通过 Simulink、SimMechanics 和 SimPowerSystems，您能够： 对诸如电动车窗、汽车悬挂以及自定义测试夹具等物理系统进行设计和建模 导入 SolidWorks CAD 模型 对运行中的系统进行仿真和动画模拟，从而分析设计 进行结构化分析和数据可视化展示与其他建模工具进行集成 Simulink 提供一个开放框架，可与合作伙伴产品提供的其他功能进行集成，这些产品包括： GT-Power、Ricardo WAVE 和 FLOWMASTER，用于进行传动系统开发 CarSim、TruckSim 和 ADAMS 模型，用于进行车辆和底盘开发 VisualNASTRAN，用于进行机械建模 结构化动态工具箱，用于通过 MATLAB 进行模态分析和有限元建模 AMESim 和 DECOMSYS 产品，用于进行应用相关开发Simulink 可协同仿真这些工具所表示的系统行为，并提供对不同逼真度模型的访问通道，以进行设计和验证，所有这些功能都可在台式计算机上实现。 美国国家能源部的可再生能源实验室工程师采用 Simulink 进行汽车系统建模。 他们采用自定义设计环境 ADVISOR，使设计师可以直接评估汽车设计，而无需构建原型系统。 图中所示为燃料电池动力装置模型。 单击图像可查看大图。嵌入式系统设计 嵌入式系统开发所面临的挑战，涉及到如何正确地实现系统设计师所制定的系统要求与规格。这些规格通常以书面文档、流程图、代码实例的形式提供给嵌入式系统和软件工程师，并且必须在嵌入式系统中手工实现。通过采用基于模型的设计，每个人都在同一模型上工作，这避免了耗时的手工编码任务，并减少了潜在错误。最终，这种方式使您能以较低的成本更快地生产更好的产品。Simulink 和其他 MathWorks 工具可有效缩短开发时间并降低成本，使您能够： 通过硬件在回路系统运行实时工厂仿真 在实际车辆系统中快速建立创意原型 从模型生成产品级 C 代码算法设计MATLAB 及其信号处理、控制设计、优化、神经网络以及其他相关技术的工具箱，为新算法设计和传动系统、底盘和信息娱乐等系统的可行性评估提供了丰富的环境。快速原型Simulink 和 Stateflow 模型可自动生成实时执行代码，使您可以在将算法应用到嵌入式系统之前进行分析和优化。xPC Target和来自 MathWorks 合作伙伴的实时系统提供了丰富的快速原型硬件选项。 这些系统使您可以进行功能原型建立、旁路原型建立以及目标系统上的快速原型。产品级代码生成MathWorks 代码生成工具可从您创建的模型中，为那些资源有限的系统生成高效、可读的代码，这些系统包括发动机控制系统、底盘控制系统、温湿控制管理逻辑以及电动座椅等。生成的代码可面向嵌入式汽车系统中的常见特定处理器和操作系统，包括摩托罗拉 MPC555 和 HC12、Infineon C166 以及 OSEK 操作系统。这些自动生成的结果代码，其 RAM、ROM 和精密计时（CPU 吞吐量）性能通常超过手工编写的代码。HDL 生成和 DSP 测试随着 DSP 和 FPGA 在嵌入式汽车系统中不断推广使用，工程师们正在使用许多过去用于通信行业的 Simulink 功能和块集。MATLAB 和 Simulink 提供了一个集成环境，可进行算法开发、仿真、代码生成及验证工作，从而加速信号处理和通信系统的设计过程。您可通过 Simulink 为 DSP 设备生成 C 代码。通过集成使用来自德州仪器、Xilinx 和 Altera 的工具，还可测试 DSP 功能，并为 FPGA 设备生成 HDL 代码。在这两种情况下，您都可省掉编程步骤，从而加速开发与应用的过程。硬件在回路测试在实际硬件和车辆不可用，或测试条件非常危险，或无法重新建立实际车辆系统的情况下，采用硬件在回路 (HIL) 测试是理想之选。HIL 测试使您可在实验室环境中实时测试嵌入式系统算法。您可在 Simulink 中建立车辆、驾驶员及道路条件等连续和离散时间模型，然后通过 Real-Time Workshop 生成 HIL 测试代码。HIL 支持在替代目标（台式计算机）、MathWorks xPC Target 系统以及来自MathWorks 合作伙伴的种类丰富的目标上仿真实际产品级代码。系统集成、校准和测功机测试 在过去，汽车系统的校准、测试和验证通常在实验台、测功机室以及汽车上完成。 原型汽车的相关昂贵费用，以及测试所花费的大量时间，促使汽车客户寻求可在台式工作站环境中完成这些任务的更多分析方式。传动校准、测试和验证在控制系统和传动部件可用时，传动系统工程师和校准人员可以使用 MathWorks 产品对照原有需求来验证系统性能。OEM 商和供应商使用基于模型的校准工具箱来执行传动控制系统的分析和校准。通过这一工具，不仅可缩短测功机测试时间，还可提高工程效率，并能改进以往很难理解和校准的高自由度系统的传动性能和可靠性。在 MATLAB 环境中对校准分析结果进行可视化，以显示压力比率和发动机性能极限。 单击图像可查看大图。MATLAB 提供有相关校准工具（如 ATI 的 VISION 和 ETAS INCA）接口，以便扩展其功能。例如，使用 MatLab 及其工具箱可运用统计分析和实验设计 (DOE) 以及其他高级建模和优化技术。还可将 MATLAB 用于与校准工具通信并控制校准工具，以及构建自定义工具和分析程序。测功机和测试单元应用采用 Simulink 提供的灵活的连续和离散时间仿真能力，对汽车、道路和驾驶员行为进行建模。通过 Real-Time Workshop，您还可将这些模型转化成可执行的代码，并下载到代表传动、悬挂和底盘应用的测功机上。我们的合作伙伴如 MTS 和 FEV 等均为其测功机系统提供有 MATLAB 和 Simulink 模型库和接口，因此您可重复利用设计阶段中的模型进行在线测功机测试。测试和测量要测试和验证您的设计，可通过 MATLAB、数据采集工具箱和仪器控制工具箱访问插入式数据采集板及兼容 GPIB/VXI/RS-232 的仪器设备。MATLAB 提供有二维、三维和动画展示技术，综合其他数字计算功能，使您可以深入分析实验数据和测试单元结果。车辆分析和验证 汽车系统设计的确认与验证是开发流程中一项至关重要的任务。如果在这一阶段中没有发现存在的问题，那么在汽车制造开始之后，可能会导致成本高昂的汽车召回后果。为了减少这一风险，汽车工程师需要收集大量汽车测试数据，以便在投产之前，确定并纠正存在的问题。MATLAB 提供全方位的数据分析和可视化功能。汽车工程师可使用 MATLAB 及其工具箱来进行： 数据分析 信号处理 校准方法开发 NVH 分析 传动系统保修和 CAFE 分析 发动机测绘 制动测试分析 变速分析 工程师必须经常在使用受限的专门工具和功能有限的通用工具之间进行选择。通过 MATLAB，您可对数据进行深入探查和分析，并能生成报告和开发应用程序来促进共享和重用工作，从而消除了这些权衡工作。数据采集、分析和可视化MATLAB 提供了一个灵活易用的环境，无论是在实验室中还是在跑道或道路上测试汽车，均可随时采集和分析数据。 数据采集工具箱和仪器控制工具箱提供访问插入式采集板和 GPIB/VXI/RS-232 兼容仪器的通道。 然后，您就可使用 MATLAB 分析、建模和转换数据的强大功能。 MATLAB 提供有二维、三维和动画展示技术，使您可以深入分析实验数据和测试单元结果。算法开发和高级编程要开发在汽车设计流程中使用的应用程序，工程师通常有两种选择： 学习如何使用 C 或 Fortran 语言编程，或 依赖软件工程师将非正式需求准确转换为工作应用程序MATLAB 提供有功能完整的交互式开发环境和第四代编程语言。您可应用数值算法和工程函数的扩展集，只需远远少于 C 或 Fortran 编程的时间即可创建应用程序。来自全球各地的领先研究人员和工程师所编写的工具箱，为 MATLAB 补充提供了针对信号处理、从数据生成模型、控制系统设计和优化等特定应用功能。快速部署结果 您可采用多种格式共享您的 MATLAB 数据和算法： HTML 和 Microsoft Word 格式报告 可供 MATLAB 用户在任何计算机平台上阅读的、符合人类阅读习惯的 M 文件 单独的应用程序 MATLAB 应用程序集成 C/C+、COM、Excel、Java 或 Web 应用程序NVH工程师通过 MATLAB 及其附带的工具箱解决了许多 NVH 工程问题。 数据采集工具箱可用于收集振动数据以便在 MATLAB 中进行分析 仪器控制工具箱可用于实时访问测试和测量系统 信号处理工具箱和滤波器设计工具箱可用于分析来自传感器的信号，并允许用户设计信号滤波器以减少并优化数据 系统识别工具箱可用于开发数据的数学表示方式，以供其他分析使用 控制系统工具箱可用于设计和分析反馈控制系统，以控制系统噪声和振动