构建精确控制系统

作者:《ANSYS Advantage》的员工

在推出新混合动力和电动车型的市场竞争中,SCADE在过去10年已经成为斯巴鲁重要的战略工具,帮助斯巴鲁实现了安全和质量的承诺。在确保控制软件准确性的前提下,在ECU端到端的研发流程中节省了时间,这对于斯巴鲁能够快速引入e-BOXER等创新技术,并在竞争日趋激烈的行业领域获取竞争优势来说至关重要。

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Subaru Forester

Yuji Kawakami, Subaru

作者:Yuji Kawakami,斯巴鲁电子工程部高级工程师

对于电动汽车和混合动力汽车的设计人员来说,最大的挑战之一是创造准确的控制系统来同时平衡安全性、车辆性能和能源效率。近十年来,斯巴鲁一直使用ANSYS SCADE解决方案来开发软件代码,该代码是电动汽车程序的电子控制单元(ECU)的基础。无论技术架构多么复杂,通过利用SCADE产品,斯巴鲁的工程师都可以快速准确地生成任务关键型代码,使电动汽车能够安全顺畅地运行。

从2013年设计出具有混合动力发动机的斯巴鲁XV开始,到2018年推出的由第二代混合动力发动机e-BOXER支持的第五代森林人SUV,斯巴鲁公司在过去的十年里一直走在混合动力和电动汽车设计的前沿。

为了满足消费者的需求并维持公司在业界的领先地位,斯巴鲁的工程师在新推出的每一款电动汽车中都融入了越来越多的先进技术。如今,娱乐系统、自定义的加热和散热选项以及其他能够改善驾驶体验的电子设备已经添加到像驱动、加速和制动这样的汽车关键系统中。

要将所有这些复杂的系统安全无缝地结合在一起,就意味着要建立一个完美的控制系统。所有组件都必须有机地整合到一起,而包括转向等可能引发系统故障的任务关键型功能必须进行严加保护。

维护和管理所有这些系统是电子控制单元(ECU)的任务,它是每辆混合动力和电动汽车的核心。ECU由数百万行底层嵌入式软件代码实现,并受到严格的监控,ECU是各种电动汽车最关键的单元。

虽然斯巴鲁经常与主要汽车部件制造商合作研发汽车部件,但斯巴鲁驻东京电子部门的工程团队全权负责ECU的设计和验证。自2008年以来,这些工程师一直使用ANSYS SCADE解决方案来建模并生成ECU的嵌入式软件代码。在为斯巴鲁的每辆混合电动汽车快速、经济、高效而准确地创建代码方面,SCADE发挥了至关重要的作用。

“ANSYS SCADE 解决方案不仅能节省宝贵的时间,而且也支持斯巴鲁的一贯承诺:提供优质的产品并确保乘客的安全。”

更直接的代码生成方法

生成ECU软件代码的流程要从定义控制逻辑开始,以便将汽车的所有电子架构部件组合在一起。
这一套基于逻辑的规则能确保所有汽车电子产品都安全可靠地集成在一起。它不仅能管理系统交互,在需要时发送警报,还可以在紧急情况下关闭系统。不仅如此,它还能控制汽车动态、发动机功能、汽车能耗和电池的负载管理。

森林人e-BOXER是一款水平对置发动机,以其创新特性而著称,其ECU具有更多的智能功能,可以平衡最佳驾驶条件和高燃油效率。例如,e-BOXER的ECU通过电机辅助功能确保平稳有力的加速,而不会耗尽电池的能量。这会增加控制逻辑的复杂性,并对斯巴鲁的工程师提出了额外的要求,以确保ECU的准确性和严格控制。

Subaru e-BOXER

斯巴鲁e-BOXER

为了创建驱动ECU所需的控制逻辑,斯巴鲁工程师最初使用了行业常用的MATLAB/Simulink。 然而,据斯巴鲁东京电子工程部门的高级工程师Yuji Kawakami介绍,斯巴鲁团队会进一步运用专业技术来生成系统架构和底层软件代码。尽管许多其他汽车工程团队都依靠手动方法来完成这些任务,但Yuji Kawakami领导斯巴鲁团队利用SCADE软件来大幅加快这一进程。

“首先,斯巴鲁的工程师利用SCADE Suite Simulink Gateway将控制逻辑转换为整体系统架构的SCADE模型。”Kawakami说道。”然后,我们的工程师基于此模型利用SCADE Suite KCG代码生成器来创建代码。”

Kawakami指出,从斯巴鲁XV的ECU开始,一直到更复杂的e-BOXER的ECU,斯巴鲁的研发流程在近十年内一直保持不变。此研发流程有一项关键优势,就是从Simulink到模型创建再到代码生成的许多步骤都是自动化的,几乎不需要人工干预。

Kawakami说道:”在为斯巴鲁的首款混合动力汽车斯巴鲁XV生成控制软件代码时,大约80%的研发工作是可以自动化的。”当斯巴鲁的工程团队使用ANSYS SCADE改进内部程序时,e-BOXER底层代码的自动化程度提高到了95%。

如今,一旦定义了Simulink的控制逻辑,斯巴鲁的工程师只需半天时间就可以实现ECU模型。这使得斯巴鲁的研发人员在探索持续的设计创新时,能够更频繁并且轻松修改ECU的逻辑和架构。

“根据斯巴鲁的经验,SCADE生成的代码非常可靠,不再需要手动检查,从而大幅减少工作量。”

确保卓越的安全性能、产品质量和合规性

斯巴鲁始终致力于提供优质的产品并确保乘客安全。SCADE解决方案不仅能节省宝贵的时间,还为软件工程师提供极为准确的控制功能。与通用工具不同,SCADE是专用于研发嵌入式软件代码的工具。在生成ECU的控制逻辑时,其基于模型的环境和严格的语言能消除人为错误的可能性。

由于SCADE Suite KCG代码生成器满足汽车行业标准,例如ISO 26262的最高安全级别(ASIL D级别),因此生成的代码会自动符合严格的法规,从而大幅减少了最终代码验证所需的时间、人力和文档。SCADE是一种非常关键的工具,不仅能满足监管标准,而且还支持斯巴鲁对乘客做出安全承诺。

SCADE diagram

线程管理示例

Kawakami指出:”根据斯巴鲁的经验,SCADE生成的代码非常可靠,不再需要手动检查,从而大幅减少工作量。”汽车混合动力系统中用于ECU的嵌入式软件代码不仅复杂,而且数量庞大,对于e-BOXER等智能混合动力发动机系统而言尤为如此。通常,手动检查此代码需要花费大量时间和人力,因此消除手动检查这一步骤显著提高了生产力,并降低了斯巴鲁研发团队的成本。”

此外,SCADE的使用能简化闭环软件工程的流程。如果斯巴鲁的工程师日后在Simulink中修改了整个ECU控制逻辑,那么SCADE解决方案就能自动化地、全面地在系统模型和嵌入式软件代码中体现这些修改,从而避免了成本高昂的返工和手动更新。

加速占领市场先机 赢得市场份额

“当斯巴鲁工程师首次使用ANSYS SCADE解决方案时,最初的速度和效率提高给我们留下了深刻的印象,”Kawakami.表示。”渐渐地,只要产品研发团队能够更好地利用SCADE的任务自动化功能,这些改进的效果会随之放大。”

“在为e-BOXER研发ECU的过程中,大多数步骤都成功地实现了自动化,而且该流程几乎没有人工干预,”他继续指出。”即便是其他部门的非专职工程师也能将控制逻辑从Simulink转换为SCADE并生成准确的软件代码。”

在推出新混合动力和电动车型的市场竞争中,SCADE在过去10年已经成为斯巴鲁重要的战略工具,帮助斯巴鲁实现了安全和质量的承诺。在确保控制软件准确性的前提下,在ECU端到端的研发流程中节省了时间,这对于斯巴鲁能够快速引入e-BOXER等创新技术,并在竞争日趋激烈的行业领域获取竞争优势来说至关重要。

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