Continental 开发适用于重型卡车的电子控制空气悬架系统

挑战

设计适用于 40 吨重型卡车的电子控制空气悬架 (ECAS) 系统

解决方案

使用 MathWorks 工具,按照要求设计规格、模 型,仿真 ECAS 并自动生成产品级代码 

结果

  • 硬件开发工作时间缩短了六个月
  • 验证时间节省达 50%
  • 90% 的应用程序实现了自动编码

"采用 MathWorks 的基于模型的设计工具,我们获得了一种贯穿开发过程始终的集成工具链。我们能清楚地追踪要 求,并且因为它是作为模型加以实现,我们可以根据它来自动生成代码,所以我们软件的可维护性提高了。"

Thomas Ehl, Continental
重型卡车示意图,其中突出显示部分是电 子控制空气悬架系统。

大型卡车上的空气悬架系统发挥两大作用:抬升和降低底盘以联结拖车;帮助重心高的车辆保持稳定性。一家知名卡车制造商邀请 Continental 为其下一代重型卡车开发电子控制空气悬架 (ECAS) 系统,给 Continental 的工程师们提出了一组 1360 条的严格系统要求。另外,该 ECAS 还必须要确保司机驾驶这辆重达 40 吨卡车时的安全性和舒适性。

Continental 的工程师们借助 MathWorks 的基于模型的设计工具,创建 ECAS 模型并将其与客户需求相关联,制定 ECAS 可执行规范,运行闭环仿真,开发实时原型,并自动生成适用于 16 位微控制器的产品级代码。

Continental 商用车辆控制单元软件开发高级经理 Thomas Ehl 表示:“我们现在拥有一条贯穿开发过程始终的共用工具链。我们可以清楚地追踪需求与模型之间的差别。根据该模型,我们生成快速原型设计和产品级代码,从而在开发过程的早期阶段就能测试设计方案。”

挑战

过去,Continental 采用人工流程跟踪客户要求,既繁琐又容易出错。这些要求通过一个文本文件维护,无法与具体设计或 C 代码直接关联,因此很难向客户说明某项要求为什么需要修改或需要更详细地定义。向客户展示设计符合所有要求也很困难。

编写代码是一个相当耗时的过程: Continental 的工程师们手工编写 C 代码,然后还必须检查和消除编码错误。为了缩短开发周期并在开发过程中尽早找出潜在问题,他们需要让这些过程实现自动化。

解决方案

在他们使用基于模型的设计的首个重大项目中,Continental 的工程师们使用 MathWorks工具开发了符合客户规格的 ECAS。

借助 MATLAB®、Simulink® 和 Stateflow®,该团队开发了一个 ECAS 模型,该模型根据多个输入参数(包括轴水平、空气弹簧压力、卡车速度和加速度、发动机转矩)生成输出信号,传给控制空气弹簧和阻尼阀。

借助 Simulink Requirements™,他们在 IBM® Rational® DOORS® 中跟踪客户要求,对照 Continental 的性能规格和 ECAS 模型的相关组件。

然后,该团队通过向输入应用激励,比较模型输出与性能规格中的预期结果,在 Simulink 中运行开环仿真。

为了进行闭环测试,他们在 Simulink 中开发了卡车的对象模型,并运行了控制器和对象模型的仿真。

该团队使用 Simulink Coder™ 自动生成了适用于控制器模型的 C 代码。他们将此代码部署到 Simulink Real-Time™ 来创建控制器的实时原型,用于真卡车的路面测试。

他们使用 Fixed-Point Designer™ 将浮点设计转换成了最初的定点设计,并将其重新部署到 Simulink Real-Time。定点代码满足了第一次迭代的性能要求。

在原型上验证实时运行后,Continental 使用 Embedded Coder® 自动生成了适用于产品级处理器的代码。该代码的编译通过 Cosmic Software 编译器完成,它适用于运行 Micrium µC/OS-II 实时操作系统的 Freescale™ S12XE 处理器。

经验证,团队确定了该代码符合客户要求的 MISRA® 标准,然后进行了最后的路面测试,以精确调校硬件。

ECAS 已向客户展示,并计划投产。Continental 所有新的控制器设计都将使用基于模型的设计进行开发。

结果

  • 硬件开发工作时间缩短了六个月. Ehl 说:“过去,我们要花六个月的时间生产 A 样本,即我们的第一个硬件原型。使用 Simulink Real-Time 作为我们的 A 样本,让我们能提前验证我们的车载设计,从而节省了六个月的硬件开发时间。”

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  • 验证时间节省达 50%. Ehl 说:“借助 Simulink,我们向客户演示了设计方案,并且在模型级别上的验证也比以前快了许多。这一改进,再加上使用 Simulink Check™, Simulink Coverage™ 和 Simulink Requirements, 将客户要求和我们的性能规格关联起来,使我们花在验证上的时间缩短了 40% 到 50%。”

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  • 90% 的应用程序实现了自动编码. Ehl 说:“MathWorks 工具使我们能够为大约 90% 的应用程序自动生成有效代码,通过早期测试最大限度地减少集成问题,并实现了人工要求验证过程的自动化,从而缩短了我们的开发周期。”