日立Astemo发展模型预测控制器的自适应巡航控制系统和基于模型的设计
挑战
开发一个高性能走走停停的交通自适应巡航控制系统
解决方案
使用仿真金宝app软件设计、模拟和优化模型预测控制器,并使用嵌入式编码器生成高效的代码
结果
- 控制器开发时间减半
- 个月的手动取消
- 测试速度和效率增加
“我们能够进行多参数研究通过仿真软件的仿真来优化我们的控制器和减少计算负荷。金宝app模拟让我们深刻洞察的内部细节设计,这有助于提高精度和节省了时间的调整是必要的。”
佐藤Takahama日立汽车系统
最新的自适应巡航控制系统(ACC)系统被设计用来处理中常见的走走停停的驾驶交通堵塞。走走停停的控制特性的一个限制是,他们倾向于较慢的响应时间比人类司机。当创建差距车辆缓慢的响应时间,司机在相邻车道都被诱惑,减少差距,从而导致交通堵塞。
日立汽车系统的工程师们已经开发出一种ACC系统不断走走停停,尽快响应一个典型的人类司机当车辆加速。系统,它是基于模型预测控制(MPC),建立了用MATLAB使用基于模型的设计®和仿真软金宝app件®。
“我们决定使用MATLAB和Simulink从项目的开始,“金宝app说佐藤Takahama,高级工程师日立汽车系统有限公司”没有这些工具,开发会耗费更长的时间,我们将难以实现目标系统性能和司机安慰。”
挑战
ACC系统行为变化取决于汽车的速度和加速度在前面。日立汽车系统工程师得出的结论是,一个标准的proportional-integral-derivative控制器(PID)是难以设计,而选择了一个MPC。MPC算法非常适合平衡多个目标,如保持一段安全的距离领先的汽车交通堵塞,车辆停驶和维护一组速度高速公路开车。然而,所需的计算负载解决优化问题在每个时间步使MPC算法更具挑战性的实现在嵌入式目标处理能力和内存比PID控制器。
Takahama的团队日立曾开发了一种相对简单的控制系统通过书写控制算法在c .团队觉得手动编写更复杂的MPC将是一个巨大的挑战。他们需要设计新的控制器满足走走停停的ACC系统的严格的时间要求,实现嵌入式处理器,减少开发时间,减少手动。
解决方案
日立汽车系统使用基于模型的设计与MATLAB和Simulink模型,模拟,并生成MPC-based嵌入式ACC系统的代码。金宝app
与模型预测控制仿真软件金宝app工具箱™,工程师模拟控制器和可调参数设置调整预测地平线,地平线,控制和权重,以及致动器和加速度响应约束。
预测模型来创建一个工厂,他们使用仿真软件S-functions遗留C代码创建一个接口,捕获车辆发动机金宝app的非线性特性,变矩器,刹车。
团队在闭环仿真模型来评估控制器的性能在各种驾驶场景下,包括交通堵塞和高速驾驶。金宝app位,在MATLAB可视化仿真结果。
基于仿真结果,他们修改控制器权重和约束,以防止车辆制动突然从允许车辆之间的巨大缺口打开如果领队汽车急剧加速。他们还评估不同样本的选择时间,预测时间,控制时间减少解决优化问题的计算负载。
生成的团队超过3400行代码优化的执行速度从MPC-based自适应巡航控制器和嵌入式编码®。生成的代码包含了二次规划(QP)解算器所使用的货币政策委员会。
测试后生成的代码通过software-in-the-loop (SIL)模拟,他们部署到生产32位微处理器。日立汽车系统目前正在进行行车测试MPC-based ACC系统的公共道路。
工程团队已经扩大了使用基于模型的设计与MATLAB和Simulink其他几个项目,其中一个在缩短开发时间为四轮转向车辆控制器。金宝app
结果
- 控制器开发时间减半。“与我们的传统方法已经大约一年开发MPC控制器复杂;基于模型的设计我们花了大约六个月开发一个原型,“Takahama说。“QP解算器生成的代码非常有效,所以我们没有必要去探索其他的解决。”
- 个月的手动消除。“MPC手工编写的所有代码为每个设计迭代会添加两个月或更长时间我们时间表,“Takahama说。“嵌入式编码器,一旦我们已经确认控制器的功能几乎没有时间花了嵌入式处理器上实现它。”
- 测试速度和效率增加。“基于模型设计节省我们大量的测试时间,“Takahama说。“我们重新测试结果SIL模拟,这使我们能够确定问题发生的原因,评估提出对策,生成代码的需要变化,并根据需要重复这个过程来验证正确性。”
