汽车电控-基于AD5435的电机实时仿真控制实验报告.doc

汽车电控专题实验

学院：机械工程学院
班级：
学号：
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一、实验内容
1.基于AD5435的电机实时仿真控制
1.1 试验目的：
熟悉V模式开发的流程，通过AD5435仿真机的实际操作实现硬件在环仿真
1.2实验系统介绍
系统组成及原理图：

1.3实验操作
AD5435的主体部分和电脑必须通过以太网或路由器进行连接。将笔记本电脑与AD5435 一对一连接后改变电脑的IP地址（如172.16.202.11或13等）。仿真机的IP地址默认为 172.16.202.12。
下面通过一个虚拟信号发生器的demo，介绍如何搭建模型、自动生成代码并编译、进行模型定义、创建实验监控界面以及运行实时仿真。
①搭建模型
启动 MATLAB。然后创建和设置当前目录。打开Simulink模块库，创建、搭建如下的Simulink模型并确认模型能成功运行：

②编译模型
首先，打开“Configuration Parameters”，设置求解器（Solver）“Type”里为“Fixed Step”。如下图所示。

其次，在“Real-Time Workshop”的“System target file”中点击“Browser”选择“aandd_AD5435.tlc”。

最后，点击“Build”后，模型会被编译，然后产生执行文件。
当编译成功后，MATLAB 命令窗口中会出现“### Successful completion of Real-Time Workshop build procedure for model : (model name)”。
③模型定义
双击桌面上的图标启动 MD
选中 MATLAB 当前目录，点击“Create New folder”。
在出现的下面窗口中，选择“Front End Type”为“Linux Target”。

点击 Close按钮，后会出现下面的窗口。

在“Select model header files”窗口的“(MATLAB current directory)￥Test_AD5435_rtw”中选择“(model name).h”文件，点击 open。

然后，点击“Read Header File”：确定步长大小和 Simulink 模型里面的设置一样（固定“Solver”步长），点击close 。
依次设置下面的内容：
（1）编辑模型定义
在系统类型中选择“AD5433/35 color”，在 AD5435 那里输入 IP 地址（初始设置是 172.16.202.12）。设置完成后点击close 。

（2）编辑信号定义
选择在 VC 中要监视的信号。“ml.Out”在这里作为例子被选中。2D 监视器的初始设置为“Off”，应为这里要显示图像，所以这里是“On”。
点击 ，设置完成后关闭

（3）编辑参数定义
选择在 VC 中要监视的参数。
参数 1. “SELECT_Value”和参数 2“ Constant_Value”作为例子被选中。

（4）设置保存 S 函数定义
保存数据的 S 函数在这个例子中不用。
点击 ，完成关闭 MD。

④用 VC 创建 GUI
双击桌面上的图标启动 VCDesigner。
（1）点击Yes 创建新的应用。
指定项目文件夹（用 MD 创建的文件夹），点击OK。
（2）点击菜单栏的 “Insert (I)” menu – “Adding a Display Panel”，或者工具条下的“Add Display Panel”。

（3）添加控件，属性设置
创建新项目的时候，用下面三个函数来设计显示面板。
- “Model Control Button - Execute” ： 执行模型
- “Model Control Button – Execute Complete” ： 停止模型
- “System Operation Button - Complete” ： 完成应用
从工具箱的“Button”把“Model Control”拖拉到显示面板。

右击项目的控件，从菜单选择“Properties”，设置命名和标题。
打开模型控制按钮的属性选项，设置“Command”为 “Execution”
在“Start”栏下设置“Title Name”然后点击 OK。

（4）分配模型的监控信号的控制到显示面板。
从工具箱里的“Indicator”把“Trend”拖拉到显示面板。

右击已经拖到面板的控件，选择“Properties…”.
在“Trace”栏下的“Trace 1”下选择显示的信号。

（5）给输出信号改变幅值率分配控制。
从工具箱拖拉“Settings”里面的“Numeric Input” 到显示面板。

右键打开“Numeric input”的属性。
点击“Parameters”栏指定参数。
“Constant” 模块“BAIRITSU”在这里关联

（6）用菜单栏的“Insert (I)” menu - “Add a Display Panel for the ADX”或者工具条里面的“Add a Display Panel for theADX”创建一个新的面板。

会出现下面 AD5435 的特殊显示面板。

拖拉工具条下“For theADX”里面的“Model Control”到显示面板。

（7）窗口完成后，点击菜单栏的“File (F) - Saving the Project File Ctrl+S”。
（8）点击菜单栏的“Run Mode (R)” – “Start F5”或者 （运行开始按钮）。
1.4实验结果
通过控制开关来激发不同的输入信号，本次实验采用了三种波形:方波信号、正弦波、以及正弦波和方波叠加信号，各个信号的变化正如下图所示。

2. 基于CANape的总线标定诊断
2.1试验目的：
学习使用CANape软件对虚拟ECU进行标定
2.2试验系统介绍
2.2.1系统组成
CANape软件、CANcaseXL硬件、PC机
2.2.2系统功能
CANape主要用于电控单元（ECU）的参数优化（标定）。它在系统运行期间同时标定参数值和采集测量信号。CANape与ECU的物理接口可以是使用CCP（CAN标定协议）的CAN总线，或者是使用XCP协议的FlexRay实现。另外，通过集成的诊断功能集（Diagnostic Feature Set），CANape提供了对诊断数据和诊断服务的符号化访问。这样，它就为用户提供了完整的诊断测试仪功能。CANape使用标准协议的特性使其成为了覆盖ECU开发所有阶段的一种开放而灵活的平台。
基本功能：
同步地实时采集和显示ECU内部信号（通过CCP/XCP），CAN、LIN、FlexRay总线信号以及来自外部测量设备的信号
通过CCP/XCP进行在线标定和通过XCP进行实时激励（Stimulation）
离线标定
快速而安全地使用二进制文件和参数组刷写Flash（Flash编程）
无缝集成KWP2000和UDS诊断函数
强大的标定数据管理、参数组比较和合并功能
在测量、离线分析或旁通（bypassing）过程中使用集成的MATLAB/Simulink模型进行计算
ASAM MCD3 测量和标定自动化接口
与ECU测量数据一起同步采集视频、 音频、GPS和外部测量设备的环境数据
使用集成的编程语言自动执行用户输入序列和处理测量值与信号。
2.2.3主要元器件的介绍（软硬件）
CANape：为开发者提供了一种可用于ECU开发、标定、诊断和测量数据采集的综合性工具。CANape主要用于电控单元（ECU）的参数优化（标定）。它在系统运行期间同时标定参数值和采集测量信号。CANape与ECU的物理接口可以是使用CCP（CAN标定协议）的CAN总线，或者是使用XCP协议的CAN或FlexRay总线。另外，通过集成的诊断函数集（Diagnostic Feature Set），CANape提供了对诊断数据和诊断服务的符号化访问。这样，它就为用户提供了完整的诊断测试仪功能。CANape使用标准协议的特性使其成为覆盖ECU开发所有阶段的一种开放而灵活的平台。
CANcaseXL：移动和固定的CAN和LIN网络的开发、仿真、测试及维护需要高性能、容易使用、适应性强的硬件接口。其中VN1610/VN1611双通道，体积和重量最小的；VN1630/VN1640四通道，配置灵活，并可配置IO通道。VN1600支持CANoe、CANalyzer、CANape、Indigo、vFlash等系列Vector软件，及客户自定义软件；可在实验室、台架、维修站、实车上应用。从单通道分析到多通道仿真、诊断、标定、flash编程均可应用。支持多个应用程序同时应用于同一硬件设备及同一通道。
2.3试验内容
1. 在电脑桌面上打开程序Vector CANape ，命名为“lianxi2”，Driver type选择CCP。

2. 调取demo uniphi.a2l和demo uniphi.reflashing.hex

3. 创建一个新的project

4. 调取八个输入量并且设置Memory Flash的开始地址
（未截图）

2.4实验结果
通过显示窗口把各个信号通过图表的形式展示，同时可以通过demo gain修改各个信号的参数。
（未截图）

3.基于CANoe的总线通信分析仿真测试
3.1试验目的：
1. 掌握CAN总线数据链路层及物理层；
2. 了解CANoe配置方法；
3. 了解总线仿真的几种形式和总线仿真的方法。
3.2试验系统介绍
3.2.1系统组成
系统包括PC，CANoe，CANcaseXL

3.2.2系统功能
系统用于CAN报文接收及信号分析；CAN总线仿真。
CANoe系统支持以下总线系统和协议：
l 总线系统：CAN、LIN、MOST、FlexRay、J1587
l CAN总线协议：J1939、NMEA2000、ISO11783、CANopen、MCnet、GMLAN、CANaerospace
l LIN总线协议：LIN1.x、LIN2.0、SAE-J2602、TOYOTA-LIN 和Cooling-Bus

附：基本功能：
l 创建网络数据库（比如：DBC，FIBEX，LDF，NCF，MOST Function Catalog）
l 通过建模进行完整的总线系统仿真和残余总线仿真
l 分析总线通信
l 测试完整网络和单个控制单元
l 通过KWP2000和UDS或者运用完整的诊断测试工具进行通信诊断
l 用户可以运用类C的CAPL编程语言编程实现仿真、分析和测试
l 可以创建用户自定义界面来控制仿真和测试过程或显示分析数据
3.2.3主要元器件的介绍（软硬件）
1.软件：CANoe是网络和ECU开发、测试和分析的专业工具，支持从需求分析到系统实现的整个系统开发过程。在开发的初期阶段，CANoe可用于建立仿真模型，在此基础上进行ECU的通信功能评估。在完成了ECU的开发后，该仿真模型可以用于整个系统的功能分析、测试以及总线系统和ECU的集成。CANoe具有测试功能集，用于进行自动化测试。运用该功能，可以进行一系列的连续测试，并自动生成测试报告。另外，CANoe具有诊断功能集，用以与ECU进行诊断通信。
2.硬件：CANcaseXL高性能的双通道的CAN/LIN接口卡。CANcaseXL带有CAN/LIN控制器，根据实际测试的需要可以在CANcaseXL中安装CANpiggy（CAN收发器）或者是LINpiggy（LIN收发器）进行CAN/LIN总线测试。一端通过DB9接口与CAN/LIN总线连接，另一端通过USB2.0接口与PC连接通过CANoe获取网络CAN/LIN网络数据。
3.3试验内容
1. CANoe配置：打开CANoe，新建配置工程。

2. Signal的建立：
EngineOnOff (长度：1；unsigned）
EngineSpeed(长度：16；单位：rpm； Factor：0.125；unsigned） LightOnOff(长度：1；unsigned）
LightTurn(长度：1；unsigned）

3.Message的建立：
EngineState(ID:0x123;DLC:8)
LightState(ID:0x321;DLC:8)

3. Nodenotes网络节点即ECU的建立：
EngineECU的建立过程
EngineECU LightECU PanelECU

4. 环境变量的建立:如图便是EnvEngineSwitch的建立过程
EnvEngineSwitch EnvEngineAcc EnvLightSwitch EnvDispEngineState EnvLightTurn EnvDispEngineSpeed EnvDispLightSwitch EnvDispLightTurn

5. 关联Signal与Message：在关联ECU与Message时，发动机ECU与灯光ECU发送的是报文；仪表ECU接收的是报文中的信号

6. 仪表盘的建立：
①转速表设置：270°，10000rpm，
②命名：
EngineState、LightState、Turn State、SpeedDisp
EngineStart、LightSwitch、TurnSwitch、Acc（范围100改变2）
③关联Signal与Message
④导出仿真程序

3.4实验结果：
通过发动机开关、灯开关、转向开关、ACC等实现CANOE的仿真与控制。

实验总结：
心得：
1.通过该实验，通过与学长的交流及实际操作，我们进一步理解了汽车电控的实际原理与具体内容，巩固了所学知识，为日后的相关工作打下基础。
建议： 此实验涉及的一些软件在以后的工作中有可能会发挥很重要的作用，建议以后可以适当增加课时，加强这些软件的学习，尽量多让学生动手操作。
思考题：
1. Matlab自动代码生成相对于传统手工编码的优点有哪些？
Matlab自动代码的生成作为基于模型设计的重要组成部分，有效地避免了人工编写代码可能产生的错误，降低了开发难度。
2.标定的作用以及本实验所采用的标定协议是什么？
标定的作用：可以使CAN总线通过标定协议读取控制器信息，并将ECU的指令通过CAN总线发送到某个特定的控制器。
本实验所采用的标定协议：XCP或者CPP协议
3.CAN总线的数据格式和总线协议的基本内容？
CAN总线数据格式：DBC，FIBEX，LDF，NCF，MOST Function Catalog
总线协议的基本内容：物理层、数据链接层、应用层、用户层、网络管理。
4.总线仿真分析的结果包含哪些，就每个内容作简单介绍（如总线负载率）
负载率：就是总线上实际数据传输速率比上理论最大数据传输速率。分为瞬时负载率和平均负载率