混合动力能量管理策略范文

导语：如何才能写好一篇混合动力能量管理策略，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

关键词：混联式混合动力；叉车；控制策略；能量管理

中图分类号：TH242，TP391.9文献标文献标识码：A文献标DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2013.06.04

传统的内燃叉车以内燃机为主要动力，虽然动力性能佳，但是尾气排放和噪声对环境污染大。电动叉车虽然对环境污染较小，但是由于电池技术的限制，功率小，作业时间短。混合动力叉车结合了内燃叉车和电动叉车两者的优点，不仅保证了动力性，燃油经济性也得到了提高，并且减小了对环境的危害[1] 。

混联式混合动力叉车是一种同时具有串联式混合动力叉车和并联式混合动力叉车特征的车辆，其内燃机和电机可以分别单独工作，或者共同工作，并且内燃机的机械能可以通过发电机转化为电能给电池组充电或供电机使用。混联式混合动力叉车含有3个动力单元：内燃机、牵引电机、油泵电机，它们的工作模式在混合动力叉车工作的过程中是动态变化的，因此混合动力叉车的运行特性较复杂，而且混合动力叉车包含了内燃机、电动机、电池等多个被控对象，控制难度较大。再者，混合动力叉车与混合动力汽车相比多了起升下降装置，工作模式变得复杂，能量管理的难度也随之加大。图1是一种混联式混合动力叉车系统方案图。叉车正常行驶时与汽车的控制策略类似，可以工作在内燃机单独驱动、电机单独驱动或者混合驱动3种模式下，实现对内燃机的最优控制，对电池的在线充电以及制动时的能量回收。而叉车处于作业状态时，需要内燃机单独或者与电机共同驱动液压泵工作，进行起升或者下降的动作，下降时候的势能可以进行回收。在行驶和作业的过程中，油泵电机都可以作为发电机给电池组充电。

混合动力叉车的控制策略与汽车有类似之处，混合动力汽车的控制策略是混合动力汽车控制领域中研究得最多的内容之一[2]。混合动力叉车由于工作模式和多个被控对象协调控制的复杂性，几种在混合动力汽车上运算量较大的控制策略，例如基于神经网络、实时最优控制算法的控制策略[3-8]，在混合动力叉车上的运用受到很大的限制，因此目前主要还是基于规则的控制策略。根据模式分层管理[9-12]的思想，提出了分层式逻辑规则能量管理策略，并且在Matlab/Stateflow仿真环境下搭建了整车控制器的仿真模型。最终基于前向式混联式混合动力叉车仿真平台和JB/T 3300―92循环工况下进行的仿真过程验证了混联式混合动力汽车的控制策略。

1 基于模式分层的混联式混合动力叉车的控 制策略

模式分层控制策略可以将叉车的工作模式按照不同的层次分为多个独立的工作模式及其子模式，各模式之间根据外界输入和叉车状态的改变而实现迁移。因此确定混合动力叉车所有的工作状态以及这些状态之间的转移条件至关重要。提出的混联式混合动力叉车的控制策略包括两部分：一部分是模式管理策略，模式管理策略依据当前整车各个部件运行的状态以及驾驶员的操作来决定叉车工作的最佳工作模式。另一部分是协调控制策略，协调控制策略依据混合动力叉车不同的工作模式计算内燃机、牵引电机、油泵电机所需求的转矩，并且控制制动时的能量回收。因此，混联式混合动力叉车工作模式的划分、模式管理策略和协调控制策略构成了混合动力叉车控制的基础。

1.1 混合动力叉车工作模式分层

根据图1所示的混联式混合动力叉车系统方案，确定了7种在实际作业中常出现的工作状态：轻载驱动、重载驱动（定义叉取的货物大于2 t时为重载）、怠速、轻载起升、重载起升、轻载下降、重载下降。混联式混合动力叉车的一个主要特征是能够实现在线充电的功能，电池是一个重要的被控对象，要求内燃机、牵引电机、油泵电机等关键部件在不同的电池荷电状态（State of Charge，SOC）水平下有不同的工作模式，因此基于电池充分发挥性能和最大使用寿命的原则，将SOC分为3个层次，混联式混合动力叉车就有了21个基本子模式。为了在实际叉车运行的过程中能够有效地实现这21个子模式的控制，采用分层决策的思想，将21个子模式分层。驱动模式、起升模式、下降模式控制量以及能量流动路径有很大的区别，定为3个一级子模式。在驱动模式中为了更好地控制内燃机，将怠速这一模式单独划分出来。各个模式又依据有无负载和SOC的状态逐级向下划分，达到能量的最优控制。具体的分层模式如图2所示。在混合动力叉车实际的作业过程中，控制策略根据驾驶员对驱动力、起升下降力以及制动力的需求、车辆当前状态、电池状态等条件来决定叉车的工作状态。

1.2 各模式能量管理

正常行驶模式下内燃机为主要的动力源，牵引电机作为辅助动力源使用，在较高的SOC水平下，它与内燃机联合驱动叉车行驶。牵引电机的工作点与SOC的值有关，当SOC处于0.8～1.0之间时，牵引电机在加速踏板行程大于0.5时开始工作，而在SOC处于0.3～0.8之间时，工作点提高到了0.6。在SOC处于0.3以下时，牵引电机停止工作，并且内燃机的油门开度只有踏板模拟量的一半，强制减小车速，及时提醒驾驶员应该停车充电。内燃机除了驱动叉车外，在轻载行驶和SOC低于0.8的情况下，拖动油泵电机给电池组充电，充电的程度依据SOC值的不同而不同，SOC高于0.3时，表征充电程度的充电系数为-0.05，SOC低于0.3时，此系数达到了-0.15。充电过程只有在电磁离合器闭合的状态才能进行，而电磁离合器只有在内燃机转速低于1 200 r/min时才闭合。在重载驱动模式中，需要大量的能量用于驱动，因此，内燃机不给电池组充电。

怠速模式下牵引电机不工作，加速踏板行程通常情况下较小，内燃机转速很低，但是为了能够在较低SOC水平下拖动油泵电机给电池组充电，在SOC低于0.8时，内燃机的转速自动提升至1 100 r/min。充电的程度与SOC的值相关，当SOC高于0.3时，充电系数为-0.1，而SOC低于0.3时，充电系数为-0.5。在充电的情况下，电磁离合器闭合。

起升模式下依据载荷情况分为轻载起升和重载起升，这两种模式下牵引电机都不工作。轻载起升时，内燃机一方面带动两个液压泵进行起升的动作，另一方面在SOC小于0.8时拖动油泵电机给电池组充电，充电系数在SOC大于0.3时为-0.1，小于0.3时为-0.2，充电过程中控制内燃机的转速小于1 200 r/min。电磁离合器始终处于闭合的状态。特别的是，在SOC小于0.3时，油门开度只有踏板量的一半，强制减小起升速度，提醒驾驶员应该停止工作。重载起升时，内燃机和油泵电机各带一个液压泵工作，油泵电机的转速与起升拉杆的开度近似成正比。因需要更多的能量进行起升的工作，内燃机不给泵电机充电，电磁离合器一直处于断开的状态。在SOC小于0.3时，强制减小节气门开度。

下降模式下牵引电机停止工作，此模式依据载荷情况同样可以分为轻载下降和重载下降。下降模式下，一般通过下降的势能来给电池组充电，并且此时的油门开度较小[13-14]。但是，轻载下降时，由于势能较小，仅仅依靠势能不足以给电池组充电，因此在SOC小于0.8的情况下，内燃机的转速被提升到1 100 r/min，电磁离合器闭合，内燃机拖动油泵电机给电池组充电。在SOC大于0.3时，充电系数为-0.1，SOC小于0.3时，充电系数为-0.5。在重载下降模式中，内燃机在SOC大于0.3时提供一定的动力，电磁离合器一直处于断开状态。电池组的充电依靠重物下降时液压泵反拖油泵电机实现这一过程。下降的快慢与下降拉杆的开度近似成正比。

1.3 协调控制策略

模式管理器确定了在不同的混合动力叉车工作状态的切换条件以及在特定的工作状态下各个部件的工作模式，输出的为节气门开度因子、电机工作点、充电系数、离合器开关状态，因此模式管理器不能完全直接地对能量进行控制，需要依靠协调控制器中的协调控制策略来进行转矩的分配，制动能量的回收。协调控制模块以加速踏板位置信号、制动踏板位置信号、节气门开度因子、内燃机转速、电机工作点、SOC为输入，输出为内燃机油门开度信号、电机占空比、机械制动信号。节气门开度因子作为权重与加速踏板信号一起决定油门开度的大小。在正常行驶时，节气门开度因子的值为1。需要强制减少车速时，此值为0.5。当怠速模式与轻载下降模式在中SOC状态下，此值为2，作为一个开关量切换到调节内燃机转速的PI控制系统实时的控制节气门开度，从而控制内燃机转速在1 100 r/min左右；电机占空比是表征电机在整个工作过程中所占有的比例，它依据电机工作点来进行换算。车辆减速制动或下坡时，电机运行在发电状态，将车辆的动能转化为电能储存在动力电池中，当需求的减速度大于电机所能提供的最大减速度时，不足部分由机械制动提供，共同完成减速停车。

2 仿真和结果分析

2.1 前向式混联式混合动力叉车系统建模

整个前向仿真模型是依据整车动力学，各个部件的工作原理以及能量在整个前向回路的流动状态，基于Matlab/Simulink仿真环境下建立的。前向式混联式混合动力叉车仿真系统包括驾驶员、整车控制器、内燃机、起升下降装置、油泵电机、牵引电机、电池、整车动力系统共8个模块，这8个模块又可以分为控制器、部件、动力系统和起升下降系统4个部分，其中最重要的为控制器。混合动力叉车的控制器具有分层结构，顶层为驾驶员的操作，中间层为整车控制器，底层为各个部件控制器。中间层的整车控制器依据顶层驾驶员的操作和整车动力系统以及各个部件的状态，根据混合动力叉车的控制策略，向底层部件控制器发出指令，由部件控制器对各个部件实行控制，并且返回整车控制器的模式管理策略和协调控制策略所需要的状态参数[15]。

混联式混合动力叉车的模式管理器是以混合动力叉车的状态分类分层为基础的，状态切换过程具有离散事件的特征，因此整车控制器中的模式管理器仿真模型是基于Matlab/Stateflow建立的[15-16]。图3建立了模式管理器的Stateflow模型。当仿真开始执行时，所有的系统都进行初始化，默认的状态是正常行驶模式，随后依次判断转移条件是否满足从而执行相对应的状态转移。混联式混合动力叉车控制策略的控制参数有起升信号（Lift_signal）、负载信号（Load_signal）、方向开关信号（Direction_signal）、当前SOC。用形式语言来描述这4个参数，例如图3中起升信号（Lift_signal）可以区分为3个输入数据。（1）数据CL1：Lift_signal>0；（2）数据CL2：Lift_signal=0；（3）数据CL3：Lift_signal

在Simulink中构建的整车模型的仿真平台如图4所示，Stateflow模型生成的控制逻辑可以直接嵌入到Simulink中，实现数据流的传输与驱动。图中，最上方为循环工况模块，驾驶员模型（包括起升信号、负载信号、方向开关信号的给定）和整车控制器模型；中间为内燃机模块、传动系统模块以及整车动力学模块；最下方为起升下降装置模块、油泵电机模块、牵引电机模块以及电池模块（电池模块采用的是内阻模型）

2.2 仿真研究

为了验证分层式规则逻辑能量控制策略对于混联式混合动力叉车燃油经济性的影响，使用JB/T 3300―92中的能耗试验标准制定仿真循环工况，整个仿真时间为112 s，如图5所示，进行了仿真。整车参数见表1，另外内燃机额定功率为46.9 kW，电池的额定电压为80 V，容量为100 Ah。

图6是目标车速与最高车速的跟踪图，从图中可以看出跟踪效果很好，驾驶员模型中的PI控制发挥了很好的作用，能很好地反映真实的行驶状况。

图7是电池组初始SOC设定为0.7时，仿真循环中SOC变化的曲线图，反映了能量存储系统的工作状况。图8是内燃机的转速变化曲线图。图9是内燃机、牵引电机和油泵电机的功率曲线图，图中正值表示输出功率，负值表示吸收功率，反映了内燃机和电机在整个工作循环下的工作状况。从这3幅图中可以看出如下变化趋势。

（1）重载驱动（0～22 s和35～57 s），内燃机作为主要动力源，牵引电机提供辅助动力，在加速行驶时内燃机与牵引电机共同输出功率，减速和制动时牵引电机吸收功率给电池组充电，SOC值上升，由于牵引电机消耗电能，SOC值整体趋于下降。油泵电机在这个工况中不工作。

（2）重载起升（22～28 s），内燃机和油泵电机共同输出起升所需的功率，牵引电机不工作，此时没有多余的功率可以吸收，油泵电机消耗电能SOC值下降。

（3）重载下降（28～35 s），油泵电机吸收重物下降时的势能，给电池组充电，SOC值上升。此时牵引电机不工作。

（4）轻载驱动（57～78 s和91～112 s），内燃机和牵引电机共同提供行驶功率，当内燃机转速低于1 200 r/min时，电磁离合器吸合，内燃机拖动油泵电机给电池组充电，SOC值有上升的过程，但总体呈下降趋势。

（5）轻载起升（78～84 s），内燃机输出起升所需的功率，并且将富余的功率用于拖动油泵电机给电池组充电，SOC呈上升趋势，牵引电机不工作。

（6）轻载下降（84～91 s），内燃机转速小于1 200 r/min时，电磁离合器吸合，内燃机拖动油泵电机给电池组充电，牵引电 机不工作，SOC有上升的趋势。

整个循环过程中牵引电机起到了削峰填谷的作用，油泵电机发挥了发电机的作用，实现了对电池组的充电，内燃机大部分的时间都工作在最优工作区，说明制定的控制策略能够有效控制内燃机运行在高效率区域。SOC有明显的上升过程，实现了在线充电的功能。仿真112 s结束后，SOC从初始值0.7变化到0.682 8，可以计算出在该工况下，每小时耗电量为55.29 Ah。与此同时循环过程中叉车所消耗的燃油量为7.18 L/h，而传统内燃叉车所消耗的燃油量为12.98 L/h，混合动力叉车燃油消耗量比传统内燃叉车减少了5.80 L/h，但是混合动力叉车比内燃叉车消耗了更多的电量，从广义油耗（即将耗电量折算成燃油消耗量后与内燃机实际的燃油消耗量相加后得到的油耗量）的角度出发，依据能量守恒的换算关系，计算出总的燃油消耗量为8.90 L/h，节油率为31.4%。

动力性仿真是在目标车速提高2倍之后测得的，整个循环过程中，满载最高车速为17.74 km/h，空载最高车速为18.31 km/h，这两项指标均满足了设计值，说明提出的分层式逻辑规则能量管理控制策略保证了叉车的动力性。

篇2

关键词：快速原型、集成开发环境（LDE）、汽车电子

1、应用背景

（1）汽车电子在汽车工业中的重要位置

随着汽车工业的飞速发展，汽车在工艺和制造技术上越来越复杂和精密，同时人们也希望汽车更安全、更经济、操作性更加灵活方便。传统的机械控制由于速度慢，可靠性低已经不能够满足现代需要，因此现代汽车大量采用电子控制技术来提高整车性能。国际上汽车电子产品在整车成本中所占的比例平均超过30并呈快速上升趋势，汽车电子在现代汽车工业中已经有越来越重要的地位。

（2）快速原型方法提出的背景

现代市场对产品的需求呈现多样性和快速性的趋势，对控制系统安全必和可靠性的要求也与日俱增，为了在激烈的市场竞争中取胜，必须不断地缩短新产品开发与投入市场的周期，这就出现了企业新产品面临着多样性的需求和快速开发之间的矛盾。为了设计可靠的控制系统，满足用户的多样化需求，缩短项目开发周期，降低产品开发费用，需要采用先进的开发工具来加速设计流程，从而找到新的途径获得技术上的突破。使用快速原型方法与集成开发环境技术来进行控制系统开发的目的就是为了缩短开发周期，在行业竞争中能够快速开发新产品，从而获得最大的经济效益和市场益。

2、传统控制系统开发过程与使用快速原型方法进行开发的比较

快速原型方法是现代控制系统开发方式催生的产物，通过与传统控制系统开发方法的比较，我们可以看出快速控制原型方法在控制系统设计开发中的优越性和先性性。

（1）图1所示是传统控制系统开发方法流程，开发步骤如下：

根据需求用文字说明的方式提出设计目标；

根据以往开发经验提出系统结构；

由硬件人员设计并制造硬件电路；

由控制工程师设计控制方案，并将控制模型用方程的形式描述出来；

由软件人员采用手工编程的方式实现控制模型；

由系统工程师或电子技术专家将代码集成到硬件电路中；

图1伟统控制系统开发方法流程

用真实控制对象或测试台进行测试。

传统控制系统开发存在的不足；

在对控制规律的控制特性或控制效果还没有把握的情况下，已经完成硬件电路的制造，这时，由于还无法确定所设计的方案能在多大程度满足需求，或根本不能满足需求的情况下，就已经产生了较大的硬件投入；

手工编制的控制程序容易造成系统可靠性降低，一旦在测试过程中出现故障，就很难确定是控制方案不理想还是软件代码有错误。更重要的是手工编程将会占用大量的时间，导致虽然有了控制方案，却要等待很长时间才能对其进行验证和测试，从而在不知道方案是否可行的情况下就浪费了大量的时间，人才和物力，给开发带来了不必要的开支和经济损失；

即使软件编程不存在问题，如果在测试过程中发现控制方案不理想，需要进行修改，则新一轮开发工作又将开始。大量的时间又将耗费在软硬件的修改和调试上。另外，由于涉及的部门多，再加上管理不善所引入的种种不协调，导致开发周期长，最终可能出现产品虽然研制成功了，但初始需求已经发生了变化，市场的机会已经错过，产品已没有了销路，从而使整个开发以失败告终。

（2）快速原型开发方法及流程

基于模型设计面向目标应用系统的快速原型开发方法最重要的特征就是采用计算机辅助控制系统设计，即将计算机支持的工具贯穿于控制系统开发和测试的全过程。应用快速原型方法进行控制系统开发，一般由下列步骤组成（如图2所示）：

系统需求与分析

在传统的控制系统设计方法中，这一过程通常是几千字甚至几万字的文字说明。在快速原型开发方法中为了避免文字说明的模糊性及理解性错误，详细说明将采用模型方式。可以用信号流图来进行定义。

控制方案设计

控制方案的设计不再采用过去的那种先将对象模型简化成手工可以处理的形式，再根据经验进行手工设计的方式，而是用诸如MATLAB/SIMULINK等计算机辅建模及分析软件，建立尽可能准确的控制模型，并进行离线仿真分析，从而避免了传统设计过程中由于模型过于简化，在没有相应的计算机辅助设计工具支持情况下，完成了大量的工作而到了试验阶段才发现所设计的方案根本不能满期足实际对象的控制要求。

图2应用快速原型方法进行控制系统开发

硬件平台

硬件平台是快速原型方法的重要组成部分，它由CPU与扩展电路组成，通过外部功能接口与目标应用系统进行交互，也可以根据实际需求对信号进行调理，从而实现对目标应用系统的控制。

自动代码生成

用户进行控制算法模型设计后，无须再像过去那样来等待软件工程师进行手工编程，而是利用计算机辅助设计工具自动将控制模型框图转换为目标系统代码，从而快速实现控制系统的原型。自动生成的代码可以节省大量的系统开发时间，可靠性高，但是运行效率比手工编程低。对大多数工程师而言，如果能够加快开发速率，损失代码的部分实时运行效率是可以接受的。而且这个问题可以通过后期进行的自动代码优化功能得以改善。

实时仿真与测试

在系统开发阶段完成之后，就可以利用计算机辅助试验测试工具软件进行各种试验，以检验控制方案对实际对象的控制效果，并随时修改控制参数，直到得到满意的结果为止。即使需要对模型作很大修改，从修改到下一次对原型的测试也只需要几分钟的时间。从而在最终实现控制方案之前，就已经对可能得到的结果有了相当的把握，避免了过多的资源浪费和时间消耗。

硬件在环仿真

硬件在环仿真的目的是通过对实际情况进行模拟从而对控制模型在各种条件下做出全面测试。它的优点是可以通过在对故障情况和极限条件下的测试找出控制装置的设计缺陷，从而缩短开发周期，降低相关维护费用。

3、集成开发环境技术

3.1集成开发环境的功能

在传统控制系统软件开发过程中，开发的不同阶段需要用到不同的软件，开发者必须在几种软件间来回切换操作，效率比较低。而随着市场需求的增长，系统开发复杂度愈来愈高，特别在大型控制系统的开发中，企业必须选择优秀的开发工具以保证工程质量，从而能够按时交付和实现成本控制。集成开发环境正是这样一个将编辑、编译、调试、仿真等功能集成在一个桌面环境中，既方便了用户，又提高了工程质量和开发速度。

基于快速原型方法的集成开发环境功能包括：提供控制操作界面；建立控制模型；通过上位机与目标CPU的接口浏览目标CPU硬件平台状态和信息；集成MATLAB/SIMULINK进行仿真建模；集成RTM对SIMULINK所构建的模型进行自动代码生成;集成编译器、链接器、调试器等对生产的代码进行交叉编译，调试，从而对目标CPU进行控制；集成控制界面，用于实现对所给定参数的测试和优化；模拟仿真应用系统控制算法；通过硬件调试接口将生成的目标CPU的机器代码下载到硬件平台；实时调试运行应用程序等等。

3.2使用集成开发环境进行快速原型控制系统开发的特点

使用集成开发环境进行快速原型控制系统开发这种开发模式方便、快捷。通过使用图形化界面的模型框图，输入计算公式、经验公式来编制开发程序，再由系统自动将其编译成目标代码的方式可以大大提高效率。应用程序经过反复模拟仿真、实时调试运行成功后被装入硬件平台。一些特定、重复任务的应用程序被生成模块化的库文件以备调用。模块化的应用程序可以实时在线导入导出而丝毫不影响系统的正常运行。这样使用集成开发环境对快速开发和实时数据分析实现了从想法提出到建模直至进行控制的一体化过程。

4.国外汽车电子行业快速原型集成开发环境的情况

4.1dSPACE

dSPACE实时仿真系统是由德国dSPACE公司开发的一套基于MATLAB/SIMULINK的控制系统开发及半实物仿真的软硬件工作平台。广泛应用于航空航天、汽车电子、电力、机车、机器人、驱动及工业控制等领域。该系统由硬件组成和基于这些硬件组件的软件开发工具集组成。它通过设计标准组件，提供组件的不同组合来适应不同的应用系统；通过使用MATLAB、SIMULINK、RTW来提供对硬件接口的支持；使用自动代码生成和下载工具，减少了软件代码编写和修改的时间，体现了现代开发方法的快速性；同时提品控制器与dSPACE系统纳入闭环测试中，易于原型设计到产品的转换。

dSPACE为控制工程项目的开发和测试提供软硬件平台，应用十分广泛，许多汽车工业的用户都使用dSPACE作为开发测试的工具，如Audi公司用dSPACE实现了ABS控制器测试台；Ford、GeneralMotors、Honda、ToyotaMotor、Nissa、MazdaMotor等公司用dSPACE进行动力控制原型的开发；德国Adtranz公司则用dSPACE实现了电力机车的仿真。

4.2MOBIES

MOBIES是由美国国防部国防高技术研究项目局的信息处理技术办公室（IPTO）资助的项目。旨在为嵌入式系统开发提供一个基于模型的软件组成件集成技术。此项目注重建模工具、系统分析和代码生成技术的研究。在建模工具的使用、软件规范性和通用性等方面提出了很多先进的思想。

MOBIES项目试图从更抽象的层面上来建立组件库，同时定义整个嵌入式软件工具集中通用的内部规范格式，贯穿于从需求分析、建模、仿真分析到代码生成的各个阶段，以此达到满足多领域的控制系统设计需求的目的。

4.3OpenECU

OpenECU系统主要面向汽车电子领域的软硬件开发，由英国PiTechnology公司开发研制，该系统通过使用MATLAB/SIMULINK来快速开发控制系统。

OpenECU系统包括：ECU硬件开发板，ECU硬件小批量生产板，配套开发软件，汽油发动机基本控制策略，自动代码生成以及一些其他工具。它的典型应用包括：汽油发动机ECU开发（适用于1~8缸），变速箱控制开发，混合动力能量管理控制系统，自动驾驶控制系统等。

4.4国内快速原型与集成开发环境技术研究情况

国内在快速原型与集成开发环境技术方面的开发研制基本上是一片空白。在汽车电子领域中以使用国外相关产品，主要是dSPACE为主，还未形成研制、生产具有自主知识产权的产品的局面。同国外快速原型系统与集成开发环境的开发相比还存在着很大的距离，开发出自主系统对我国汽车工业的发展具有重要意义。

5.技术路线和结构设计

通过以上介绍，可以看出在控制系统设计开发领域，基于快速原型集成开发环境的开发方法比传统的开发方法具有较大的优势。不仅具有快速开发、实时性和可靠性高的特点，而且能够做到模块化、自动化和可定制化。

5.1采用的技术路线

要实现快速控制原型，必须有集成良好便于使用的建模、设计、离线仿真、实时开发及测试工具，允许用户反复修改模型设计，进行离线及实时仿真。为了实现上述目标，我们在集成开发环境当中使用MATLAB/SIMULINK等工具建立控制系统模型，利用RTW（Realtimeworkshop）产生控制算法的C代码，与我们自己编写的目标环境相关的代码同时通过目标系统的交叉编译器进行编译生成目标系统可执行文件，下载到快速控制原型的硬件系统中进行调试分析，进行参数标定，并通过硬件的实时测试不断修改控制方案和算法，从而达到最优控制效果。（如图3）

图3基于快速原型与集成开发环境技术的系统原理框图

5.2硬件平台

由于车载CPU处于一个强振动，高电磁辐射的环境当中，这就要求硬件平台要有很强的搞振动，抗高温，抗电磁干扰的能力，并具有高度的灵活性和可靠性，能够在高速移动的苛刻环境下工作，而且考虑到当今汽车电子应用的主流，我们选用了专为汽车电子、航空航天、智能系统等高端嵌入式控制系统所设计的32位微控制器MPC555为基础的硬件平台。同时，用户还可以根据实际需求选择接口电路，从而达到可定制的要求。

5.3集成开发环境

系统以集成开发环境为基本的软件平台，在此平台上集成以下组件和模块：

基于PowerPC平台的交叉编译器；

基于交叉编译器的C语言库函数；

基于MATLAB/SIMULINK的建模枋真的控制软件；

基于RTW的自动代码生成工具；

标准I/O驱动模块。