自動(dòng)控制車(chē)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(jì)，以理解和解決功能間耦合和集成問(wèn)題。由于提供了更多的功能以及由此增加的功能間耦合問(wèn)題，卡車(chē)的巡航控制比乘用車(chē)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(chē)重新設(shè)計(jì)了巡航控制系統(tǒng)，包括重型卡車(chē)、運(yùn)輸車(chē)以及長(zhǎng)途客車(chē)。使用 MathWorks 提供的基于模型設(shè)計(jì)的工具，他們僅在 18 個(gè)月內(nèi)即完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、測(cè)試，以及在 ECU 上的軟件實(shí)現(xiàn)。

梅賽德斯奔馳卡車(chē)

“MathWorks 的產(chǎn)品對(duì)于該項(xiàng)目的成功至關(guān)重要”，戴姆勒卡車(chē)產(chǎn)品創(chuàng)新中心項(xiàng)目經(jīng)理 Mario Wünsche 說(shuō)到，“MathWorks 的工具使我們能夠在整個(gè)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中，在統(tǒng)一的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)快速原型、仿真和測(cè)試，無(wú)需手工編碼或者學(xué)習(xí)新的工具。”

挑戰(zhàn)

戴姆勒該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)由系統(tǒng)工程師和軟件工程師組成，雖然已經(jīng)開(kāi)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(gè)新的目標(biāo) ECU 上重新設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)該模塊功能。從一開(kāi)始項(xiàng)目開(kāi)發(fā)周期就被控制在 18 個(gè)月內(nèi)。基于以往經(jīng)驗(yàn)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)認(rèn)為采用傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程不可能在要求的時(shí)間內(nèi)完成開(kāi)發(fā)。

項(xiàng)目的目標(biāo)是創(chuàng)建一個(gè)開(kāi)發(fā)架構(gòu)的模塊化應(yīng)用，以便將來(lái)的項(xiàng)目能夠復(fù)用。由于多個(gè)團(tuán)隊(duì)會(huì)同步進(jìn)行該項(xiàng)目開(kāi)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(dòng)和剎車(chē)扭矩，調(diào)節(jié)車(chē)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(mén)，踏板，CAN 總線(xiàn)信號(hào)，以及車(chē)速、車(chē)距和加速度。如此多輸入多輸出的系統(tǒng)設(shè)計(jì)本身已經(jīng)充滿(mǎn)挑戰(zhàn)，戴姆勒還需要確保所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠運(yùn)行在一個(gè)存儲(chǔ)和計(jì)算資源均有限的定點(diǎn)微處理器上。

解決方案

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

戴姆勒項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)首先在Simulink和Statflow中搭建系統(tǒng)模型。該復(fù)雜的設(shè)計(jì)模型包括 3900 個(gè)模塊，140 個(gè)輸入信號(hào)，40 個(gè)輸出信號(hào)和 340 個(gè)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(duì)能夠并行開(kāi)發(fā)各子系統(tǒng)。

整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，工程師們使用交互式的，自動(dòng)化的測(cè)試工具，基于一個(gè)帶有預(yù)先定義測(cè)試用例和控制接口的測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)不斷進(jìn)行測(cè)試。將Simulink閉環(huán)仿真模型和運(yùn)行在目標(biāo)微控制器上的產(chǎn)品級(jí)代碼（由Embedded Coder從模型生成）通過(guò) CAN 總線(xiàn)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(cè)試。由此，戴姆勒（的工程師們）能夠快速地驗(yàn)證Simulink的仿真結(jié)果和PIL測(cè)試結(jié)果是否一致。

完成測(cè)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(dòng)生成定點(diǎn)代碼。Fixed-Point Designer幫助工程師們自動(dòng)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(lèi)型。Embedded Coder使得工程師們能夠生成滿(mǎn)足戴姆勒內(nèi)部質(zhì)量和編碼標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品級(jí)代碼。此外，自定義存儲(chǔ)類(lèi)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(lèi)型。

“MathWorks的建模和代碼生成工具使我們能夠快速無(wú)縫地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和測(cè)試迭代，并使我們能夠在僅僅 18 個(gè)月的時(shí)間內(nèi)發(fā)布我們的產(chǎn)品。”

——Mario Wünsche,Daimler

代碼經(jīng)過(guò)在目標(biāo) ECU 上測(cè)試后，工程師們?cè)谟布诃h(huán)（HIL，Hardware-in-the-loop）模擬器上繼續(xù)測(cè)試了目標(biāo) ECU，該模擬器由一個(gè)運(yùn)行在虛擬機(jī)環(huán)境系統(tǒng)（VME Systems）的車(chē)輛模型和所有其他的實(shí)物車(chē)輛 ECU 組成。車(chē)輛模型運(yùn)行在實(shí)時(shí)環(huán)境中，使得團(tuán)隊(duì)就像在真實(shí)的車(chē)輛上采集計(jì)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(dòng)生成的代碼，RAM 占用率降低了約 16%。

更高的測(cè)試效率。在桌面（開(kāi)發(fā)）電腦上而不是在車(chē)輛上調(diào)試控制軟件，使得戴姆勒項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)減少了解決軟件問(wèn)題的時(shí)間和成本。

更快的開(kāi)發(fā)速度。整個(gè)項(xiàng)目，包括系統(tǒng)的分析、重構(gòu)、建模和測(cè)試，僅僅用了 18 個(gè)月。如果沒(méi)有使用 MathWorks 提供的涵蓋仿真、產(chǎn)品級(jí)代碼生成和 PIL 測(cè)試等功能的工具，幾乎不可能在截止時(shí)間前完成項(xiàng)目開(kāi)發(fā)。