MATLAB 和 Simulink 帮助丰田设计面向未来的产品

“MATLAB、Simulink 和 Stateflow 已成为丰田进行仿真、数据处理和控制设计的事实标准，这些工具已应用于丰田的很多项目，不胜枚举。”

Akira Ohata，丰田

挑战

通过寻找传统设计方法的替代方案，加快设计速度、提高质量并降低研发成本

解决方案

使用 MathWorks 工具进行控制设计，在集成设计环境中进行原型构建、建模、测试和控制策略细化

结果

  • 产品更好，上市速度更快，价格更便宜
  • 减少生成嵌入代码的时间
  • 创新之路
丰田

丰田正在充分利用 MATLAB®、Simulink®、Simulink Coder™ 和 Stateflow® 等工具，在集成设计环境中设计、建模、测试和细化控制策略。这一过程缩短了设计时间，因为工程师可以快速构思并检验其想法，并而几乎不需要硬件原型。现在，通过与 MathWorks 的开发合作，丰田工程师得以在同一个环境中，无缝地将其控制设计器想法从初步概念推向验证，再转化为实际使用的产品级代码。

挑战

在加速设计、提高质量和降低研发成本的压力下，丰田的工程师亟需革新传统设计方法。这些传统设计方法既没有成本效益也不够高效，因为其中存在高成本的或不完整的硬件原型，而且设计过程中的几个步骤需要重新设计和重新编程。丰田开始寻找一种方法来弥合传统汽车电子开发中的差距，并创建可执行规范来整合规范写作人员、控制设计人员和编程人员的工作。

解决方案

丰田采用了 MathWorks 工具，如 MATLAB、Simulink、Simulink Coder 和 Stateflow，作为整体设计解决方案。

丰田先后选择了 MATLAB 和 Simulink，这启动了这家汽车制造商的计划，并拉开了他们与 MathWorks 进行开发合作的帷幕。丰田发言人 Akira Ohata 表示：“我们对这些工具的使用逐渐增加。我们现在拥有 400 多个涉及 MATLAB、Simulink 和 Stateflow 的许可证，这些产品已成为丰田公司进行仿真、数据处理和控制设计的事实标准。这些工具已应用于丰田的很多项目，不胜枚举。”

MathWorks 工具在丰田电子控制单元 (ECU) 的开发中大显身手。ECU 是仪表板下方的控制器，运行着控制车辆的软件。面对严格的排放标准和提高性能的要求，丰田的工程师正致力于改进燃油喷射和传动控制等重要逻辑。

使用 MathWorks 的设计解决方案，丰田工程师在单一环境中设计、建模、仿真、检验和编程控制策略方面具有显著优势。例如，丰田现在开始在 Simulink 和 Stateflow 的直观自描述环境中制定动力总成系统控制器的规范，而这两款产品都以 MATLAB 工业级的计算、分析和可视化功能作为强大后盾。

控制工程师直接在这些可执行规范中工作，细化控制策略并优化性能。通过 Simulink Coder，控制工程师只需执行一步即可将他们的工作转化为实际使用的 C 代码，同时确保软件可按照自己的意图进行编码。

丰田工程师将代码与德国 dSPACE 公司生产的硬件和实现软件一起用于测试和虚拟原型构建。丰田使用两种类型的仿真：硬件在环 (HIL) 仿真，它支持在使用 Simulink 建模的“虚拟发动机”上测试原型 ECU；快速原型构建 ECU (RPE)，它支持仿真器在控制实际动力装置时替换全部或部分 ECU。

丰田使用 HIL 和 Simulink 虚拟发动机调试 ECU 硬件和软件并进行标定。HIL 设置可降低成本，使性能分析变得容易，并支持复制工作条件，如冷启动和预热。在 RPE 中，丰田工程师可以标定控制算法的参数，并快速评估控制逻辑。开发人员在 MATLAB 中构建控制逻辑，并使用 Simulink 对其进行评估，从而找到最理想的候选方案。

通过使用 dSPACE 硬件，可以在 ECU 控制实际动力装置时将发动机控制系统的改动部分隔离出来。这使得工程师可以专注于正在改进或开发的领域。

结果

  • 产品更好，上市速度更快，价格更便宜。由于设计人员使用 MathWorks 工具快速构思并检验他们的想法，同时几乎不需要硬件原型，因此，ECU 开发过程得到了简化，并且设计周期也大大缩短。

  • 缩短生成嵌入代码的时间。1998 年 6 月，在密歇根州特洛伊举行的全球汽车工程网络研讨会上，丰田展示了一张图表。该图表显示，通过将 Simulink、Stateflow 和 Simulink Coder 与丰田自己的 Integer Toolkit 相结合，自动生成的代码只比丰田现有的手写 C 代码规模大 5%，速度也只慢 15%。

  • 创新之路。丰田在 1997 年 11 月发布了一款革新性的混合动力汽车。Ohata 说，“Simulink 对丰田的混合动力汽车项目产生了显著的影响。在开发周期中，用 Simulink 开发并通过 Simulink Coder 自动编码的软件甚至可以在真正的 ECU 上使用。”

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