汽车电子控制系统软件建模分析与研究

黄华

摘要：近年来，随着我国经济水平的不断提升，人们收入水平大幅度上涨，越来越多的人选择使用汽车作为代步工具。在信息技术不断推陈出新的今天，汽车控制正逐步转变为电子软件控制的方式，降低汽车控制难度，实现功能的多样化，以便于汽车产品竞争力的提升。本文通过对不同的软件建模方式进行分析比较，提出相应的使用条件和不足之处，为日后的汽车控制系统软件的开发提供一定的参考借鉴。

关键词：汽车；电子控制系统；软件建模；分析研究

近年来，随着人工智能概念的提出，各行各业都开始进行智能化转变的尝试，在汽车领域中，汽车控制系统的智能化正是其中代表之一。建模作为软件系统开展研究的重要方法，经过半个多世纪的不断发展，在各个领域应用需求的作用和学科技术的不断更新下，形成了具备完整体系的专业技术体系，成为了具备战略性意义和通用性意义的重要技术类型。在汽车智能控制领域中，软件建模具有着十分重要的意义，通过建模技术，能够实现汽车电子产品开发周期的缩短，降低科研成本，为汽车产业发展提供坚实的技术支持。

一、软件建模的概念和作用

应用计算机语言，将已经构建出来的系统数字模型转变为图形模型或者其他类型的，便于用户进行操作的模型的方式就是软件建模。通常情况下，在汽车电子控制中，软件模型主要应用范围可以分为三个，即对实际系统进行分析设计、对实际系统中某些状态的发展状况进行预测预报，以及实现系统可视化、图形化转变，达成控制的最优化[1]。

建模作为对系统本质进行捕捉的过程，能够将问题从问题域放置到解决域，实现对问题的有效解决。通过软件建模，能够实现复杂问题的有效分层，通过宏观整体的角度对问题进行把握，从而实现对问题的最优化解决，作为优秀软件开发过程中不可替代的重要核心环节，软件建模的目的是将系统行为和设计结构进行有效联系，实现对系统体系结构的可视化控制。

二、汽车电子控制系统

（一）汽车软件控制系统的组成

在当前的汽车产品中，其控制系统根据系统组成，可以分为四个部分，即发动机动力集中传动控制系统、底盘综合控制与安全系统、车身智能系统和通讯信息娱乐系统。其中发动机动力集中传动控制系统包括发动机的集中控制系统、制动防抱死系统、自动化变速控制和牵引力控制系统等，而底盘综合控制和安全系统包括车辆的稳定控制系统、车身姿态控制和巡航控制系统、防撞预警系统等，车身智能系统包括座椅自动调节系统、汽车夜视系统和智能前灯系统等，至于通讯娱乐系统则包括汽车智能导航系统、语音识别系统等[2]。

（二）汽车控制系统的特征

汽车智能控制系统通常具有四个特征，分别是目的性特征，相关性特征、层次性特征和随机性特征。目的性特征指的是系统具备对和汽车功能要求相关的问题进行解决的特征。通常情况下，现代汽车很大一部分功能是无法通过机械系统来进行解决的，例如在光滑路面上进行行驶时，汽车为了保证安全，仅凭机械系统是无法实现汽车平滑制动的效果，需要通过ABS系统，才能实现易滑路面附着力的提升，实现车辆制动稳定，增强其可操纵性。而相关性指的是汽车搭载的各项系统往往是互相关联的，如果没有对关联性进行考虑，单一控制系统都无法形成预期效果。层次性指的是在当前汽车的控制系统中，整体结构可以分为三个层次，从上到下依次为车辆的综合控制系统、各项子系统（转向控制系统、制动控制系统等）以及具体部位的控制系统（如悬架装置控制系统、车轮制动控制系统等）。此外汽车在行驶过程中往往处于不同的环境中，行驶情况又往往是动态变化的，因此汽车控制系统必须能够对外界随机变化进行适应，才能更好地对汽车进行控制。

三、软件建模方式的比较与分析

（一）功能分解法

在功能分解法中，总体内容可以分解为功能、子功能和功能接口，通过功能分解法对汽车控制系统进行模型建立时，首先应当对各项大的功能进行定义，例如发动机与动力传动集控系统、车身智能系统、底盘综合控制与安全系统等。在进行大方向功能确定后，进行子功能的分解，例如在发动机与动力传动集控系统中，可以将其分解为发动机集控系统、自动变速控制系统和制动防抱死系统等同时通过对功能间接口进行定义，根据功能需求对数据结构进行设计。功能分解法的优势在于能够与模块化编程进行结合，实现效率的提升，便于进行工作开展，由于其功能稳定的特点，适用于应用领域，但不能对问题域进行直接映射，无法深入地对问题域进行理解。

（二）结构分析法

结构分析法又名数据流法，在这种方法中主要的工作内容包括数据流整合、数据加工存储和端点处理及处理说明与数据字典。通过结构分析法，能够在汽车控制系统建模时进行数据流跟踪，即对问题域中数据的流动情况及各环节处理情况进行研究，构建加工成数据流，再将汽车控制系统问题域进行映射，转化为由数据流、文件及加工等构成的数据流图，并通过数据字典和处理说明进行数据流加工进行说明，对汽车进行有效控制。这种方式能够大幅度降低错误疏漏的发生，但由于其自身将系统模型的行为与结构隐藏在程序结构中，无法将事物特性行为进行清晰表现，数据结构复杂，模型难以进行理解[3]。

（三）信息建模法

在信息建模法中，大致的工作原理为对事物实体进行属性和关系的描述，进行进一步分类并和其他对象进行关联。通过这种方法，在进行汽车控制系统建模是，单一模块实体对应问题域中的单一具体事物，包含着对事物属性信息进行描述的数据，例如发动机参数就是有发动机模块进行描述。通过模块间关系，对问题域各个事物在数据之间的联系进行描述，但其对象仅有属性，没有操作，无法实现良好的实体通信。

（四）面向对象建模法

面向对象建模对应于面向对象模型分析，其结构为类对象、主题、结构、属性和服务这五个层面构成，通过这种方式进行汽车控制模型建立，能够做到和现实客观事物相贴合，通过问题域来直接认识问题，并根据不同模块之间的特征，使其抽象为系统对象，进行有效控制。在汽车控制系统中，软件建模对象包含了模块的行为特征和数据特征，通过模块之间的连接结构，能够将问题域中事物关系进行反映出来，实现对汽车各个部位的有效控制。

总结：

随着科学技术的日新月异，汽车控制方式由之前的纯人工控制转变为当前的电子系统控制，通过软件建模的方式，能够有效地提升汽车控制水平，更好地帮助汽车行业向前发展。

参考文献:

[1]郝亮,李刚,刘树伟.基于Carsim的汽车ABS整车控制研究[J].中国工程机械学报,2016,12(6):481-486.

[2]周宁,周辉.基于MATLAB的汽车ABS制动系统仿真研究[J].内燃机与配件,2017,24(22):3-5.

[3]甯油江,赵津,张秉坤,等.基于汽车车辆跟随距离智能控制仿真[J].计算机仿真,2017,12(9):146-150.