硬件在环仿真试验台监控系统的设计与开发

时间：2025-04-19

硬件在环仿真试验台监控系统的设计与开发

统仿真学报© Vol. 19 No. 16

2007年8月 Journal of System Simulation Aug., 2007

第19卷第16期系

硬件在环仿真试验台监控系统的设计与开发

李升波，王建强，李克强

（清华大学汽车安全与节能国家重点实验室，北京 100084）

摘要：针对基于xPC的硬件在环仿真系统，研究了Matlab GUI监控软件的相关开发技术，以解决时钟驱动模式下，数据更新速率慢、显示停顿的问题。在设计监控系统模块化方案的基础上，利用ActiveX控件技术建立虚拟仪表交互界面，提出S函数驱动GUI界面的实时显示方法，实现仿真数据的动态显示。试验台的使用表明，开发的监控系统具有良好的人机交互功能，对仿真数据的采集频率可达100Hz，虚拟仪表的更新速率超过20Hz，数据传输及显示过程耗时小于21毫秒，满足实时监控的要求。

关键词：硬件在环；实时监控；xPC；GUI

中图分类号：U461.6 文献标识码：A 文章编号：1004-731X (2007) 16-3684-04

Development of Real-time Monitor System for Hardware-in-the-Loop Simulator

LI Sheng-bo, WANG Jian-qiang, LI Ke-qiang

(State Key Laboratory of Automobile Safety and Energy, Tsinghua University, Beijing 100084, China)

Abstract: Aiming at Xpc-based Hardware-In-the-loop simulation system, some key techniques about monitoring software on the platform of Matlab GUI were investigated, thus solving the problem that the sampling and display of simulation data was relatively slow under timer-driven method. On the basis of modular configuration of monitor system, an interface with virtual instruments was constructed using ActiveX technique, and real-time monitor for simulation process was implemented by utilizing GUI driven by S-function method. A series of HIL simulations show that the developed monitor system has favorable human-machine interface, its sampling frequency reaches 100Hz, the updating frequency of virtual instruments exceeds 20Hz and the data transmitting and displaying delay are less than 21ms, satisfying the requirements of real-time monitor. Key words: HIL; real-time monitor; Xpc; GUI

验台（DAS HIL simulator, Hardware-In-the-Loop Simulator for Driver Assistance Systems）。该平台能够将Simulink模型直接编译为实时代码，具备dSPACE系统类似的功能。但由于xPC未提供较好的监控策略，而且基于M语言的用户程序运行速度慢，不能满足实时监控的要求，这使监控系统成为试验台开发的难点之一。

为解决基于xPC的HIL仿真系统的实时监控问题，本文研究了Matlab GUI监控软件的相关开发技术。按照试验台对监控的功能要求，首先设计模块化监控系统结构。在此基础上，采用ActiveX控件技术建立虚拟仪表交互界面，并

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引言

随着全球汽车工业竞争压力的增大和产品更新换代速度的加快，汽车电控系统开发的一个新的重要指标是短周期和低成本。目前，许多汽车公司已经从传统的开发模式转移到V型开发模型，以减少重复的代码编制和实车试验。作为V型开发模式的关键技术之一，硬件在环 (HIL, Hardware -In-the- Loop)仿真是将ECU及执行器等硬件连接到系统回路中进行仿真，在实验室条件下发现并解决问题，从而提高系统的开发效率[2-4]。

目前，国际上的实时仿真系统主要有三家公司：德国dSPACE公司，美国的ADI及Concurrent公司。在汽车电控系统的研发中，dSPACE公司的产品应用较为广泛，如日立公司ACC仿真器，日产公司ACC仿真器及韩国汉城大学CW/CA试验台[7]。此类系统功能强大，集成度高，易于用户使用，但软硬件成本稍高。此外，VC平台也广泛应用于HIL仿真系统，但手工编制仿真模型和监控程序的代码降低了系统开发效率[8]。为兼顾开发成本和开发难度，本实验室利用xPC技术建立了驾驶员辅助系统硬件在环仿真试

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利用S函数驱动GUI界面的方法，实现仿真数据的动态显示。最后，在试验台上进行仿真试验，检验监控系统的使用效果。

1 DAS HIL仿真试验台的简介

xPC是Mathworks公司推出的一种主从机结构的实时仿真技术[9]。基于xPC的实时仿真程序支持Simulink，允许使用I/O模块与实物对象进行数据通讯，因而具备硬件在环仿真功能。该系统中，从机通过实时内核支持仿真模型的运行，利用TCP/IP协议与主机进行数据交互，保证仿真过程的实时监控。

基于xPC，本实验室开发了DAS HIL仿真试验台，基本结构如图1所示。该平台的硬件包括监控计算机，仿真计

收稿日期：2006-06-19 修回日期：2006-09-13

基金项目：北京市科委项目(GYYWK0608003B)

作者简介：李升波(1982-), 男, 山东日照人, 博士生, 研究方向为驾驶员辅助系统和车辆纵向运动控制; 王建强, 男, 副教授, 研究方向为驾驶员辅助系统和车辆主动安全技术等; 李克强, 男, 教授, 博导, 研究方向为智能车辆、HEV整车控制和车辆噪声分析及控制等。

硬件在环仿真试验台监控系统的设计与开发

等：硬件在环仿真试验台监控系统的设计与开发 Aug., 2007 2007年8月李升波，