车辆控制系统开发软件闭环模拟方法
随着计算机技术的发展，车辆上的控制系统变得越来越复杂，因而控制算法变得也非常复杂，所以控制系统开发的主要工作是内部的控制算法的开发。我们知道近几年国外先进的开发过程是呈V 字形，它分为下面几个阶段[1]：
(1) 系统设计建模与离线模拟
在这一阶段主要验证控制算法与概念，验证系统的可行性，使用MATLAB/Simulink 软件可以很容易实现控制算法并进行系统建模，这些模型可以同样应用于实时硬件模拟。
(2) 系统原型实施
这一阶段仍是采用PC 计算机或功能较强的计算机，如DSP。将系统的硬件信号加入到模拟系统中，从而实现真实的物理系统。可以采用MATLAB 工具箱，例如RTW 和xPC 等。很容易在PC 计算机中实现实时硬件控制。例如可以直接用PC 计算机对车辆进行控制验证。
(3) 目标代码产生
目标代码的产生是最困难的一步，可以采用专用的工具如Targetlink，它可以从Simulink 可视化算法直接转化为C 代码，MATLAB/Simulink 中的实时嵌入式代码生成器工具箱也具有这类功能。但生成可用于大量生产的实用代码还要作较多的修改，或许要嵌入较多的用户手工代码。
(4) 实时硬件模拟
这一步骤是验证控制器硬件和软件算法，它的环境与实车比较类似，其相似程度取决于模拟模型与实际车辆的差别。如果模型比较准确，则经过这一系统验证后再到实车试验，其工作量就降低到最少，但一般情况下模型与实车都存在较大差距，所以仍需要较多的工作。
(5) 系统验证与调试
这一过程是将控制系统在实车上进行验证并进行系统的标定及参数修改等工作。如果前面的工作比较完善，则这一步的工作量就可以减少，并节省时间与费用。这一过程是一个一般的过程，但也存在下面几个方面的不足。
1) 传统的开发大多采用模拟的方法，纯软件模拟可以部分地验证控制算法，但大部分的纯模拟控制算法都是运行在PC 计算机上。利用通用的编程工具如VC、VB、MATLAB/SIMULINK，它们都是采用浮点数运算，也不必顾及内存空间的大小。这种模拟当得到理想的结果后再向目标计算机上进行移植，这种目标计算机往往要进行产业化生产，要求有较高的性能价格比，所以它的内存空间较小，同时采用整形数。模拟验征很好的代码一旦移植到这种目标计算机。由于上述差距的存在就会使控制算法的性能大大降低，这往往需要用户重新进行构造控制算法，这样就导致开发效率降低，那么最好是从一开始就使目标计算机参与到系统上来。
2) 实时硬件闭环模拟是一种非常好的工具，目前在开发过程被大量的使用。它可以有效地验证控制器的软硬件系统，但这种系统在实际使用中事实上主要是验证控制算法。硬件的验证只要没有故障，则在以后的工作中就不会再有什么作用。
3) 实时硬件模拟验证只是在实验室内进行，如果拿到实车上就很不方便，特别是一些混合模拟由于设备庞大，很难拿到车辆上。在实际车辆上调试ECU 控制代码时要进行很多算法修改及参数的调整，这种修改与调整有些可能对算法的影响是很大的，有些情况可能会使控制失效。这样就需要再回到试验室中用实时硬件模拟再去验证算法，反反复复这样调试就会耗费比较多的时间。
4) 好的开发环境应该将这些过程集成到同一个环境下，如果系统要在不同的系统中切换，势必造成移植的困难。
基于在控制器开发过程中这几个比较困难的事情，本文提出了实时软件模拟方法以有效地解决上述系统的缺陷。
2 系统硬件
图1 系统硬件框图
1）系统是单板式结构，所以系统可靠性高。
2）采用PC104 总线，具有抗振性，且体积也比较小。
3）PC 计算机性能高，可以作为模拟用主机，即直接用MATLAB/SIMULINK 建模。
4）用PC 计算机可以利用它采用MATLAB 中的xPC 工具箱生成较小内存的控制器代码，然后内置于主机板的电子盘中，形成可靠的基于PC 的控制系统。
5）采用嵌入式PC 体积较少，便于形成车载控制系统。
系统硬件包括下面几个部分：
(1) PC 主板：嵌入式系统，PⅢ或PIV 主机。
(2) 采集卡：PC104 总线，用于数据采集及系统控制。
(3) 仿真器：单片机仿真器主要用于控制器程序的调试，也可采用PC104 总线，这样可以使开发系统一体化，并在一台计算机上加以实现。
(4) 信号及驱动设备箱：这是一个专用信号调理箱，这种系统要根据车辆上应用确定信号调整的类型及驱动类型，作为一个通用的系统，采集驱动系统有如下功能：
1)A/D 采集 8 路：用于模拟量采集用调理箱，对信号进行放大，并规整变为0～5V 电压。
2)D/A 输出 2 路：用于模拟量采集用调理箱，对信号进行放大，并规整变为0～5V 电压。
3)数字输入：16 路，主要采集一些输入信号，如开关量。
4)数字输出：16 路，主要是一些驱动信号，如对电磁阀，通过调理箱对信号进行功率放大。
5)脉冲输入采集，8 路，主要对一些速度信号进行采集，一般的采集卡很难准确进行采集，采用专用的采集卡，可以对脉冲进行准确的计算，信号调理箱则可以完成信号的整形放大等处理。
6)脉冲输出，8 路，主要对一些速度信号进行模拟，一般的采集卡很难准确输出脉冲，采用专用的采集卡，可以对脉冲进行准确的计算，信号调理箱则可以完成信号的方波转换为正弦波等处理。
7) CAN 通信：共有15 个信息帧可以编程使用，CAN 标准为2.0B，CAN 通信参数可以定义。
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