CN102323791B

CN102323791B - 一种新能源汽车整车优化标定系统

Info

Publication number: CN102323791B
Application number: CN201110082479.4A
Authority: CN
Inventors: 徐梁飞; 李建秋; 欧阳明高; 杨福源; 卢兰光
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Nanjing Bauhinia Huachuang Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2011-04-01
Filing date: 2011-04-01
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2031-04-01
Also published as: CN102323791A

Abstract

本发明涉及一种新能源汽车整车优化标定系统，它包括数据采集系统、数据处理系统、控制器参数标定系统；数据采集系统包括下位机和上位机，下位机包括电源管理模块、CAN通讯模块、时钟芯片、EEPROM模块、GPS模块、SD卡和单片机，单片机从CAN通讯模块读取CAN总线信息，从时钟芯片读取时间信息，从GPS模块读取GPS信息，将相关信息写入SD卡；上位机包括数据解析模块，数据解析和存储模式通过CAN通讯模块写入下位机；数据处理系统包括海量数据处理模块和在环仿真模块，海量数据处理模块从SD卡中读取数据进行预处理分析；在环仿真模块将整车模型与整车控制算法联合仿真，根据海量数据处理模块的分析结果优化控制参数；参数标定系统将优化的控制参数写入整车控制器。本发明能广泛用于各种新能源汽车整车的优化标定中。

Description

一种新能源汽车整车优化标定系统

技术领域

本发明涉及一种汽车标定系统，尤其是关于一种新能源汽车整车优化标定系统。

背景技术

新能源汽车包括混合动力车、纯电动汽车和燃料电池车，在节能减排方面新能源汽车相对于传统汽车具有突出的优势，特别是在降低二氧化碳排放，减小石化燃料消耗等方面。整车控制器(Vehicle Control Unit，VCU)是新能源汽车的必备系统，整车控制器中运行的控制算法称为整车控制算法。整车控制器是新能源汽车整车动力系统的核心技术，起到协调系统工作(电机、电池、辅助功率单元)、保护部件安全(电压、电流、温度)、实现容错控制(诊断、冗余)等功能。在纯电动汽车中，整车控制器限制动力电池的电压、电流和温度，保护动力电池。在混合动力及燃料电池汽车中，整车控制器还发挥着控制另一个功率部件(发动机-发电机系统，或燃料电池系统)的输出功率的作用。由于动力电池、燃料电池等新能源汽车关键部件在质量均一性和使用寿命方面尚不尽如人意，整车控制器的控制参数需要单独标定，且需随部件性能变化不断调整。因此，一套方便、可靠的整车优化标定系统显得尤为必要。

目前，业内一般采用德国Vector公司的CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线标定工具来解决这个问题。该系统通过CAN卡(一般为PCMCIA接口，或者USB接口)采集总线数据，通过笔记本内置数据处理软件(如CANalyzer，CANoe等)来处理数据。不同版本的处理软件具备不同的功能，可以实现数据的采集、分析和下载标定等功能。该工具使用方便，但存在如下缺点：1、没有远程监控功能，调试的时候只能带着笔记本计算机跟车；2、数据分析功能弱，无法在软件中直接实现基于模型的参数优化；3、使用CAN卡和笔记本数据处理软件的成本高。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够降低成本的新能源汽车整车优化标定系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种新能源汽车整车优化标定系统，其特征在于：它包括数据采集系统、数据处理系统、控制器参数标定系统；所述数据采集系统包括下位机和上位机，所述下位机包括电源管理模块、CAN通讯模块、时钟芯片、EEPROM模块、GPS模块、SD卡和单片机，所述单片机从所述CAN通讯模块读取CAN总线信息，从所述时钟芯片读取时间信息，从所述GPS模块读取GPS信息，并将相关信息写入所述SD卡；所述上位机包括数据解析模块，用以解析SD卡中的数据，所述上位机内设定的数据解析和存储模式通过所述CAN通讯模块写入所述下位机；所述数据处理系统包括海量数据处理模块和在环仿真模块，所述海量数据处理模块从所述SD卡中读取数据，并进行处理和分析，得到系统性能随时间的衰退过程；所述在环仿真模块通过数据建立、标定整车模型，将整车模型与整车控制算法联合仿真，根据海量数据处理模块的分析结果优化控制参数；所述参数标定系统将优化的控制参数写入整车控制器。

所述数据采集系统的下位机中，设置有GPRS模块，所述单片机将相关信息写入所述SD卡的同时，将相关信息通过GPRS模块发送给GPRS基站。

所述海量数据处理模块通过Internet访问GPRS基站，从中读取数据。

所述上位机内设定的存储模式为按设定频率存储和设定触发条件存储两种模式。

所述触发条件为车速超过设定值，电压、电流或电池温度超过设定范围。

所述海量数据处理模块对数据进行的处理包括筛选、合并，将损坏的数据文件剔除，将小文件合并，形成易于处理的大时间尺度数据文件；所述海量数据处理模块对数据进行的分析包括包括对部件的性能分析和对整车的性能分析。

所述参数标定系统为基于PC机的标定系统，或者基于智能手机的便携式标定系统；前者在Windows系统中实现参数标定，后者采用无线蓝牙通讯，在智能手机操作系统中实现参数标定。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于设置了数据采集系统、数据处理系统和控制器参数标定系统，本发明可以通过数据采集系统从新能源汽车的整车控制器采集数据，由数据处理系统对采集到的数据进行处理，并根据处理结果进行参数优化，优化后的参数由控制器参数标定系统写入新能源汽车的整车控制器，因此本发明直接实现了基于模型的参数优化。2、本发明由于可以将单片机采集到的相关数据直接写入SD卡，通过SD卡将采集得到的数据传输至数据处理系统，因此使用本发明进行标定的成本低于现有Vector公司的CAN总线标定工具的成本。3、本发明由于在数据采集系统中设置了GPRS模块，因此本发明数据采集系统采集的相关数据可以发生至GPRS基站存储，数据处理系统也可以直接从GPRS基站读取数据，不但进一部降低了成本，还实现了远程监控。4、本发明还提供了用户可以选择基于PC机的标定系统，或者基于智能手机的便携式标定系统，使用非常灵活方便。本发明数据分析功能强，使用方便，成本低，可以广泛用于各种新能源汽车整车的优化标定中。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是数据采集系统与上位机的数据传递示意图

图3是数据处理系统的结构示意图

图4是基于CCP(CAN Calibration Protocol，基于CAN的标定协议)的标定系统及基于蓝牙的便携式标定系统示意图

具体实施方式

如图1所示，本发明包括数据采集系统1、数据处理系统2和控制器参数标定系统3。其中，数据采集系统1从新能源汽车动力系统CAN总线采集数据，由数据处理系统2对采集到的数据进行处理，并根据处理结果进行参数优化，优化后的参数由控制器参数标定系统3写入新能源汽车的整车控制器4。其中：

数据采集系统1是一嵌入式控制器，可以根据用户需求存储数据，并能够通过GPRS(General Packet Radio Service，通用分组无线服务)将数据发送给GPRS基站5，由数据处理系统2从基站5获取数据采集系统1采集到的数据，并进行处理。如图2所示，数据采集系统1包括下位机6和上位机7两部分。

下位机6包括电源管理模块61、CAN通讯模块62、时钟芯片63、GPRS模块64、EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory，可擦写可编程只读存储器)模块65、GPS(Global Positioning System，卫星定位导航系统)模块66、SD(Secure Digital Memory Card，安全数码卡)卡67和数字核心S12系列单片机68。

单片机68从CAN通讯模块62读取CAN总线信息，从时钟芯片63读取时间信息(年、月、日)，从GPS模块66读取GPS信息(经度、维度、海拔等)。根据上位机7的程序设定，单片机68按一定的模式、频率和触发条件，将CAN总线信息、时间信息和GPS信息写入SD卡67。同时，单片机68将相关信息通过GPRS模块64发送给GPRS基站5。此外，单片机68还将上位机程序版本信息、下位机软硬件版本信息和版本最近更新日期等写入EEPROM模块65。其中，下位机6由电源管理模块61供电。

上位机7主要功能是设定数据采集系统1的工作模式，包括数据解析和数据记录模式设定。上位机7主要包括数据解析模块71，在数据解析模块71中，程序根据内部协议，解析SD卡67中的数据。用户可以选择两种存储模式：1)按一定频率存储；2)平时不存储，在一定条件下触发存储。触发条件包括：车速超过某个限值，电压、电流或电池温度超过某个范围等。这两种模式及相关参数可以在上位机7中设定。设定完参数后，上位机7通过CAN通讯模块62，将参数写入下位机6。

如图3所示，数据处理系统2通过Internet访问GPRS基站5，从中读取数据。数据处理系统2是在Matlab/GUI/Simulink/Stateflow环境下搭建的，包括海量数据处理模块21和在环仿真模块22。海量数据处理模块21的分析计算能力强大，在海量数据处理模块21中，首先对数据进行筛选、合并预处理，将损坏的数据文件剔除，将小文件合并，形成易于处理的大时间尺度数据文件；之后，海量数据处理模块21进行性能分析，主要包括对长时间尺度下的主要部件性能(如动力电池性能、燃料电池性能或柴油机发电机组性能等)和整车性能(加速性能、经济性等)。该模块主要在图形化用户界面(Graphical User Interface，GUI)中搭建，对采集到的数据进行分析得到的结果揭示了系统性能随时间的衰退过程。

在环仿真模块22依据海量数据处理模块21的分析结果进行控制参数优化。在环仿真模块22为基于模型的在环仿真，其是在Simulink/Stateflow环境下搭建。在环仿真模块22首先通过数据建立、标定整车模型，而后将整车模型与整车控制算法联合仿真，根据海量数据处理模块21的分析结果优化控制参数，提高整车性能。由于数据处理系统2是通过GPRS模块64向基站5传输进行分析使用的数据，因此实现了远程监控功能，使得新能源汽车的调试不需要跟车。

数据处理系统2还可以从SD卡67中直接读取数据采集系统1采集到的原始数据，通过数据采集系统1的上位机7程序解析得到进行处理所需要的数据。数据处理系统2对从SD卡67读取得到的数据，采取与访问GPRS基站5得到的数据相同的处理过程。因此，对于数据采集系统1，其下位机6也可以不含GPRS模块64，此时，虽然无法实现GPRS远程监控，但是通过SD卡67依然能够将采集得到的数据传输至数据处理系统2。数据处理系统2从SD卡67得到数据，进行海量数据处理后，得到新能源汽车系统性能随时间的衰退过程。使用该系统进行标定的成本低于现有Vector公司的CAN总线标定工具的成本。

本发明中，数据处理系统2提供了基于模型的参数优化，在环仿真模块22得到优化的控制参数后再输入整车控制器4，提高整车控制器4的性能，该过程由参数标定系统3完成。参数标定系统3将数据处理系统2优化后的参数，以特定的方式(例如CCP或者蓝牙(Bluetooth))写入整车控制器4(如图4所示)。根据需要，用户可以选择基于PC机的标定系统，或者基于智能手机的便携式标定系统。前者PC机通过CCP实现与整车控制器4的通讯，对整车控制器4中的某一个参数进行标定。后者智能手机一般采用无线蓝牙(Bluetooth)与整车控制器4通讯，需要在智能手机操作系统(如Android系统)上开发相应软件。

Claims

1.一种新能源汽车整车优化标定系统，其特征在于：它包括数据采集系统、数据处理系统、控制器参数标定系统；

所述数据采集系统包括下位机和上位机，所述下位机包括电源管理模块、CAN通讯模块、时钟芯片、GPRS模块、EEPROM模块、GPS模块、SD卡和单片机，所述单片机从所述CAN通讯模块读取CAN总线信息，从所述时钟芯片读取时间信息，从所述GPS模块读取GPS信息，并将CAN总线信息、时间信息和GPS信息写入所述SD卡，同时，所述单片机将CAN总线信息、时间信息和GPS信息通过所述GPRS模块发送给GPRS基站；所述数据处理系统包括海量数据处理模块和在环仿真模块，所述海量数据处理模块从所述SD卡中读取数据，并进行预处理和分析，得到系统性能随时间的衰退过程；所述在环仿真模块通过数据建立、标定整车模型，将整车模型与整车控制算法联合仿真，根据所述海量数据处理模块的分析结果优化控制参数；所述海量数据处理模块通过Internet访问GPRS基站，从中读取数据；所述上位机包括数据解析模块，用以解析SD卡中的数据，所述上位机内设定的数据解析和存储模式通过所述CAN通讯模块写入所述下位机；且所述上位机内设定的存储模式为按设定频率存储和设定触发条件存储两种模式，所述触发条件为车速超过设定值，电压、电流或电池温度超过设定范围；

所述参数标定系统将优化的控制参数写入整车控制器。

2.如权利要求1所述的一种新能源汽车整车优化标定系统，其特征在于：所述海量数据处理模块对数据进行的处理包括筛选、合并，将损坏的数据文件剔除，将小文件合并，形成易于处理的大时间尺度数据文件；所述海量数据处理模块对数据进行的分析包括对部件的性能分析和对整车的性能分析。

3.如权利要求1或2所述的一种新能源汽车整车优化标定系统，其特征在于：所述参数标定系统为基于PC机的标定系统，或者基于智能手机的便携式标定系统；前者在Windows系统中实现参数标定，后者采用无线蓝牙通讯，在智能手机操作系统中实现参数标定。