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        總線式車身控制系統的規則化建模方法

        作者: 時間:2012-11-16 來源:網絡 收藏
        一、前言

        汽車車身上安裝的電子器件和設備不斷增多,例如:電動座椅、電動門窗、可開式車頂、可調式轉向盤、空調系統等;還有各種車燈、雨刮器、電動門鎖、除霜器、后視鏡、喇叭、各種指示燈及各種數字式儀表(轉速表、車速表、水溫表、油量表)等。車用電子控制系統、傳感器、執行機構和電線的數量也不斷增加。汽車的功能是實現對車身上各種器件方便靈活地綜合控制。

        在傳統的中,采用線束通過點對點的方式實現各種電子器件之間的相互連接和對其進行直接控制。但是隨著器件的增加,使汽車內部的線束日益復雜、車內可利用空間變得越來越小,且由于線路復雜、故障率增加,造成汽車的制造成本提高,設計和維護難度也不斷增加,可靠性卻大大降低。如何對進行改造,解決上述遇到的問題,受到越來越多國內外汽車業內人士的關注。

        二、車身控制系統

        傳統的車身控制系統中的線束不僅用來傳遞信號,而且借助于線束及繼電器和開關的觸點來實現各種器件之間的控制邏輯。由于各種器件分散在車身的各個部位,因此車身控制系統更適合采用分布式控制系統來構建。

        新型的車身控制系統采用1根總線來代替繁雜的點對點的線束,引入軟硬件相結合的智能控制節點來構建車身控制系統。其方法是把各種器件連接到分布于車身中的多個智能控制節點上,每個智能控制節點都是擁有一定計算和存儲資源的嵌入式處理單元。智能控制節點通過總線連接在一起,通過智能控制節點中的軟件來實現對各種器件的綜合控制,也即用軟件邏輯取代傳統車身控制系統中的硬件邏輯,具有更好的靈活性和易維護性。

        CAN是被廣泛應用于汽車中的一種總線技術,采用CAN總線技術構建車身控制系統的網絡平臺,以串行結構的總線代替并行結構的線束,實現分布式多路傳輸,可方便地實現各部件之間的信息交互和共享;同時集成實時診斷、測試和故障報警等多種功能;并能通過信息屏直接給出故障位置,便于維護;任意增減功能而不會影響其它部分的工作。采用CAN總線技術構建車身控制系統的網絡平臺是未來的發展方向。

        但如何設計和開發車身控制系統軟件,建立便于使用的、規范化的建模和設計方法及相應的開發平臺是需要解決的關鍵問題。

        三、自動機模型建模分析

        車身控制系統的狀態體現為各種器件的狀態,器件狀態的改變是由用戶操作、傳感器檢測等觸發的離散事件驅動,從而導致系統狀態動態演化。車身控制系統是個典型的離散事件控制系統,通常采用有限自動機模型進行建模。典型的有限自動機表示為一個五元組

        A=(S,E,η,y0,Sm)(1)

        式中S為狀態集,E為事件集,η為狀態轉移函數,y0為初始狀態,Sm為終止狀態集。

        S是個非空集合,y0∈S,SmAS,并且η:S×E→S。其含義是:若e∈E,s1∈S,s2∈S,當事件e發生時,系統的狀態由s1轉變為s2,η將S與E的乘積映射到S。

        用有限自動機模型對車身控制系統進行建模,首先要確定系統的S,其次要給出系統的η。車身控制系統中涉及的器件多,并且器件的狀態數目也較多,如果直接對整個系統進行建模,系統的狀態空間S將會很龐大。

        假設器件個數為20,每個器件的狀態數為3,車身控制系統的狀態由所有器件的狀態決定,則系統的狀態為所有器件狀態的組合,對應的狀態數為320,狀態空間非常龐大。再考慮η可用狀態轉移矩陣、狀態轉移表或狀態轉移圖的形式表示,三者具有等價性,可互相轉換。以狀態轉移矩陣為例,用行表示狀態機所處的當前狀態,列表示將要到達的下一個狀態,行列交叉處表示觸發事件,則得到的是320×320的矩陣,狀態空間更加龐大。

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