CN102467598A

CN102467598A - 车辆性能的仿真系统

Info

Publication number: CN102467598A
Application number: CN2010105461364A
Authority: CN
Inventors: 王银芳
Original assignee: Delta Optoelectronics Inc
Current assignee: Delta Optoelectronics Inc
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2012-05-23

Abstract

本发明公开一种车辆性能的仿真系统，用以产生一控制策略编码，且控制策略编码应用于一车辆装置内，该车辆性能的仿真系统至少包括：数据储存装置，储存至少一输入控制参数及至少一输出结果参数；设计平台装置，安装一软件工具，且利用软件工具于输入控制参数及输出结果参数的条件下，设计至少一控制决策，并将控制决策转换成控制策略编码；以及传输媒介，架构于连接车辆装置的行车控制单元与设计平台装置，以使设计平台装置输出控制策略编码至行车控制单元内，以驱使行车控制单元控制车辆装置的动作。本发明基于Matlab/Simulink软件工具的开发方式，可节省大量人力与物力资源，并且可以取得实体测试所无法求得的测试结果。

Description

车辆性能的仿真系统

技术领域

本发明涉及一种仿真系统，尤其涉及一种车辆性能的仿真系统。

背景技术

目前，混合动力车的总成系统相较于传统的汽油或柴油系统，其燃油经济性高且对环境影响较小，因此将电力推动技术引入传统汽车的动力总成已经成为该领域的设计趋势。依据现行作法，仿真系统通过软件与硬件的联合调试，以达到混合动力车的性能测试的目的，但上述作法的软件设计容易受到硬件条件上的限制，而造成软件设计上的不便。此外，设计工程师不仅要针对混合动力总成来进行系统层面的设计，且必须同步开发系统的控制逻辑。再则，使用传统的手工代码以及实际环境测试混合动力车的性能时，其时间与空间成本将受到很大的挑战，且当外部环境处于不理想的状态下，例如噪音干扰等，一旦系统出现问题时将不易找出错误的原因。

另外，行车控制单元(Vehicle Control Unit，VCU)为混合动力车的主要控制单元，其烧录于内部的控制策略编码用来控制混合动力车进行运行或电源控制及充电的重要依据。一般，为取得最佳化的控制策略编码采用实车硬件结合软件等半仿真的平台进行测试，然而，若结合硬件测试必须由具备测试经验的人员来进行，且须有完善的实验条件以及足够的人力与物力来辅助，并且需要长时间地反复测试，因此相当缺乏效率且无法加速产品的研发，进而失去竞争的优势。

发明内容

本发明的目的为提供一种车辆性能的仿真系统，其能够模拟实车环境，且在应用到实际系统之前，可对控制系统进行验证。

本发明的另一目的在于提供一种车辆性能的仿真系统，其能够对系统模型进行控制算法的开发与优化，使其工作在最佳性能曲线范围内。

本发明的又一目的在于提供一种车辆性能的仿真系统，其可通过并行的开发设计系统和电子系统，从而减少开发时间。

本发明的又一目的在于提供一种车辆性能的仿真系统，其可脱离硬件环境影响，并且在理想的状态下调试软件，以便查寻问题点，从而节约开发时间。

本发明的又一目的在于提供一种车辆性能的仿真系统，其可通过自动化提高开发效率，包括自动产生代码、自动产生测试实例与自动产生文字档，可节约开发时间并同时提高可靠度。

本发明的又一目的在于提供一种车辆性能的仿真系统，其在模型测试完成的基础上进行台架实验与实车测试，从而达到降低实验盲目性的目的。

为达上述目的，本发明的一较广义实施方式为提供一种车辆性能的仿真系统，用以产生一控制策略编码，且控制策略编码应用于一车辆装置内，该车辆性能的仿真系统至少包括：数据储存装置，储存至少一输入控制参数及至少一输出结果参数；设计平台装置，安装一软件工具，且利用软件工具于输入控制参数及输出结果参数的条件下，设计至少一控制决策，并将控制决策转换成控制策略编码；以及传输媒介，架构于连接车辆装置的行车控制单元与设计平台装置，以使设计平台装置输出控制策略编码至行车控制单元内，以驱使行车控制单元控制车辆装置的动作。

综上所述，本发明解决传统仿真系统必须通过软件与硬件的联合调试，进而造成软件设计不便的问题。另一方面，本发明车辆性能的仿真系统能够对其系统模型进行控制算法的开发与优化，使其工作在最佳性能曲线范围内；以及可通过并行的开发设计系统与电子系统，从而减少开发的时间成本；以及可脱离硬件环境影响，并且在理想的状态下调试软件，以便查寻问题点，从而节约开发时间；以及可通过自动化提高开发效率，包括自动产生测试实例与自动产生文字档，其可提高可靠度；以及系统可在模型测试完成的基础上进行台架实验与实车测试，从而达到降低实验盲目性的目的，因此，本发明基于Matlab/Simulink软件工具的开发方式，可节省大量人力与物力资源，并且可以取得实体测试所无法求得的测试结果。

附图说明

图1：为本发明较佳实施例的车辆性能的仿真系统示意图。

图2：为本发明较佳实施例的基于Matlab/Simulink模型的控制决策示意图。

图3A：为本发明较佳实施例的输入控制参数表。

图3B：为本发明较佳实施例的输出结果参数表。

图3C：为本发明较佳实施例的行车控制单元对外请求模块信号表。

图3D：为本发明较佳实施例的行车控制单元对外回应模块信号表。

图3E：为本发明较佳实施例的内部状态制参数表。

图4：为本发明的自动生成控制策略编码并输出至行车控制单元内的一示范性流程图。

图5A-1、图5A-2：为本发明车辆装置的一示范性充电模式流程示意图。

图5B：为对应图5A-1、图5A-2的基于Matlab/Simulink的状态流程图。

图6：为本发明车辆装置的一示范性异常模式流程示意图。

图7A：为对应图6的步骤S41～S42的基于Matlab/Simulink的状态流程图。

图7B：为对应图6的步骤S43的基于Matlab/Simulink的状态流程图。

上述附图中的附图标记说明如下：

1：车辆性能的仿真系统

11：车辆装置

110：行车控制单元

12：数据储存装置

121：输入控制参数

122：输出结果参数

13：设计平台装置

14：传输媒介

2：控制决策

21：行车控制单元模块

22：输入控制参数模块

23：输出结果参数模块

24：行车控制单元对外请求模块

25：行车控制单元对外回应模块

S10～S16：自动生成控制策略编码并输出至行车控制单元内流程步骤

S20～S30：车辆装置的充电流程步骤

S40～S44：车辆装置的异常处理流程步骤

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的方式上具有各种的变化，然而其都不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。

请参阅图1，其为本发明较佳实施例的车辆性能的仿真系统示意图。如图1所示，其中车辆性能的仿真系统1用以产生控制策略编码(未图示)，且该控制策略编码应用于一车辆装置11内，该车辆性能的仿真系统1至少包括数据储存装置12、设计平台装置13以及传输媒介14。于本实施例中，数据储存装置12储存至少一输入控制参数121及至少一输出结果参数122。设计平台装置13安装一软件工具，例如Matlab/Simulink的程序开发软件，但不以此为限，且利用该软件工具于输入控制参数121及输出结果参数122的条件下，设计至少一控制决策2(如图2所示)，并将控制决策2转换成控制策略编码。传输媒介14架构于连接车辆装置11的行车控制单元110与设计平台装置13，以使设计平台装置13输出控制策略编码至行车控制单元110内，用以驱使行车控制单元110控制车辆装置11的动作。于本实施例中，车辆装置11为油电混合动力车或电动车，且不以此为限。

请参阅图2并配合图1，其中图2为本发明较佳实施例的基于Matlab/Simulink模型的控制决策示意图。如图1及图2所示，本发明车辆性能的仿真系统1的控制决策2包括行车控制单元模块21、输入控制参数模块22、输出结果参数模块23、行车控制单元对外请求模块24以及行车控制单元对外回应模块25。于本实施例中，输入控制参数模块22由至少一输入控制参数121所组成，且输入控制参数121可为数字(Digital)信号或模拟(Analog)信号，例如控制器局域网总线输入信息(CAN_I)、点火开关信号(IGN_SW_ST)、充电使能信号(Charge_En)、驱动马达扭矩信号(TM_TORQUE)、刹车信号(BrakeS)、刹车灯信号(BrakeL)、碰撞信号(Crash)、水温信号(WaterTemp)以及车速信号(CAN_SPD_I)等输入控制参数121，且这些信号用以分别控制行车控制单元110，进而驱使车辆装置11的动作。于一些实施例中，输入控制参数模块22除上述的输入控制参数121外，其详细内容更包括如图3A的数字或模拟信号，且不以此为限。

于本实施例中，上述的输入控制参数121的驱动马达扭矩信号(TM_TORQUE)可选择性地由电量消耗模式(Charge-Depleting，CD)的电池组工作模式而产生，其表示仅单纯使用电池组的能量来驱动驱动马达(未图示)，以达到使车辆装置11行驶的目的。于一些实施例中，该驱动马达扭矩信号(TM_TORQUE)也可选择性地由电量保持模式(Charge-Sustaining，CS)的电池组工作模式产生，而电量保持模式表示先通过发动机(未图示)发电并将电能储存于电池组中，接着再利用储存于电池组内的能量来驱动驱动马达，进而驱动车辆装置11行驶。

输出结果参数模块23由至少一输出结果参数122所组成，且输出结果参数122也可为数字信号或模拟信号，例如控制器局域网总线输出信息(CAN_O)、直流/直流转换器使能信号(DCDC_EN)、电压保持电路关闭信号(SSO_SHD)、冷却水泵使能信号(COOLPUMP_EN)、冷却风扇使能信号(COOLFAN_EN)、警告灯信号(CAUTION_ON)、准备灯信号(READY_ON)、动力不足灯信号(TURTLE_ON)、输出速度信号(SPD_OUT)、输出控制器局域网总线扭矩信号(CAN_TORQ_O)以及引擎管理系统电源开始信号(EMSP_ST)等输出结果参数122，且这些信号用以提供设计者验证于特定输入控制参数121的条件限制下的输出期望结果。于本实施例中，输出控制器局域网总线扭矩信号(CAN_TORQ_O)包括输出驱动马达扭矩信号(TM_TORQ)及输出ISG扭矩信号(ISG_TORQ)。于一些实施例中，输出结果参数模块23除上述的输出结果参数122外，其详细内容更包括如图3B的数字或模拟信号，且不以此为限。

于本实施例中，行车控制单元对外请求模块24可包括例如请求打开主继电器准备(Request_Main_Relay_On)、请求打开充电继电器准备(Request_Main_Charge_Relay_On)以及请求驱动马达运行操作(Request_TM_Run_Operation)等，其详细内容更包括如图3C的行车控制单元对外请求信号，且不以此为限。

于本实施例中，行车控制单元对外回应模块25可包括例如回应打开主继电器(has_request_Main_Relay_On)、回应打开充电继电器(has_request_Main_Charge_Relay_On)以及回应驱动马达工作(has_request_TM_Run)等，其详细内容更包括如图3D的行车控制单元对外回应信号，且不以此为限。

于本实施例中，控制决策2更包括内部状态参数模块(未图示)，例如充电完成参数(Charge_End_OK)、扭矩为零计数参数(Zero_Torque_Delay_cnu)以及主继电器关闭计数参数(Main_Relay_Off_cnt)等，其详细内容还包括如图3E的内部状态参数，且不以此为限。

请参阅图4，其为本发明的自动生成控制策略编码并输出至行车控制单元内的一示范性流程图。如图4所示，其包括下列步骤：首先，如步骤S11～S12所示，设计者启动设计平台装置13，例如可为个人电脑或平板电脑，但不以此为限，并且开启安装于设计平台装置13内的Matlab/Simulink软件工具。接着，如步骤S13～S14所示，设计者利用Matlab/Simulink软件工具且根据输入控制参数模块22、输出结果参数模块23、行车控制单元对外请求模块24以及行车控制单元对外回应模块25等的限制条件，设计出一车辆效能的控制决策2(如图2所示)，且利用Matlab/Simulink软件工具自动对该控制决策2进行错误测试以及优化该控制决策2。

然后，如步骤S15所示，利用Matlab/Simulink软件工具自动将控制决策2转换成一控制策略编码，例如C语言或C++语言的原始程序码，且不以此为限，并将该控制策略编码自动产生一文字档，且储存于设计平台装置13内。最后，如步骤S16所示，设计者利用传输媒介14将该自动生成的控制决策编码输出至车辆装置11的行车控制单元110内，用以达到驱使行车控制单元110控制该车辆装置11的运行动作的目的。于本实施例中，传输媒介14可为例如RS-232或USB连接线，但不以此为限。

请参阅图5A-1、图5A-2及图5B，其中图5A-1、图5A-2为本发明车辆装置的一示范性充电模式流程示意图；图5B为对应图5A-1、图5A-2的基于Matlab/Simulink的状态流程图。如图5A-1、图5A-2及图5B所示，本发明车辆装置1的充电流程包括下列步骤：首先，如步骤S20～S22所示，驾驶者开启车辆装置11，且通过行车控制单元110判断输入控制参数121：点火开关(IGN_SW_ST)及充电使能信号(Charge_En)，若充电使能信号使能(即[Charge_En＝＝1])，则系统进入充电模式，此时，行车控制单元110将设定输出结果参数122：输出控制器局域网总线信号CAN_TORQ_O[0]＝0以及输出控制器局域网总线信号CAN_TORQ_O[1]＝0。反之，若充电使能信号不使能且点火开关使能(即[Charge_En＝＝0 && IGN_SW_ST＝＝1])，则系统进入车辆装置11的行前准备程序S30。

接着，如步骤S23所示，通过行车控制单元110判断输入控制参数121：点火开关(IGN_SW_ST)，若点火开关使能(即[IGN_SW_ST＝＝1])，则系统进入第一充电等待模式(Charge_Wait1)。反之，若点火开关不使能(即[IGN_SW_ST＝＝0])，则系统进入充电中(Charging)模式。

随后，如步骤S24～S26所示，行车控制单元110将设定输出结果参数122：直流/直流使能信号DCDC_En＝0。接着，系统进入第二充电等待模式(Charge_Wait2)，此时，行车控制单元110将设定输出结果参数122：控制器局域网总线输出信息CAN_O[0]＝0以及控制器局域网总线输出信息CAN_O[5]＝0。接着，系统进入第三充电等待模式(Charge_Wait3)，此时，行车控制单元110将设定输出结果参数122：冷却水泵使能COOLPUMP_EN＝0、冷却风扇使能COOLFAN_EN＝0、引擎管理系统电源开始EMSP_ST＝0、准备灯READY_ON＝0、警告灯CAUTION_ON＝0、指示灯表示充电中CHARGING_ON＝0、失效灯RAIL_ON＝0、动力不足灯TURTLE_ON＝0以及指示灯表示电压不足BLV_ON＝0。

最后，如步骤S27～S29所示，系统进入充电中(Charging)模式，且行车控制单元110将设定内部状态参数：充电完成Charge_End_OK＝0、指示灯表示充电中CHARGING_ON＝1、扭矩为零计数Zero_Torque_Delay_cnt＝0以及主继电器关闭计数Main_Relay_Off_cnt＝0。接着，行车控制单元110判断输入控制参数121：充电使能信号(Charge_En)以及控制器局域网总线输入信息(CAN_I[7])，若充电使能信号不使能(即[Charge_ En＝＝0])，则系统进入充电结束(Charge_End)模式，此时，行车控制单元110将设定输出结果参数122：输出速度信号SPD_OUT＝0以及指示灯表示充电中CHARGING_ON＝0，且系统结束充电模式。或者，若控制器局域网总线输入信息(CAN_I[7])使能(即CAN_I[7]＝＝1)，则系统也进入充电结束(Charge_End)模式，此时，行车控制单元110将设定输出结果参数122：输出速度信号SPD_OUT＝0以及指示灯表示充电中CHARGING_ON＝0，且系统结束充电模式。

于一些实施例中，上述输入控制参数121、输出结果参数122以及内部状态参数的信号，设计者可依据各种环境的条件限制而作变更。

请参阅图6、图7A及图7B，其中图6为本发明车辆装置的一示范性异常模式流程示意图；图7A为对应图6的步骤S41～S42的基于Matlab/Simulink的状态流程图；图7B为对应图6的步骤S43的基于Matlab/Simulink的状态流程图。如图6、图7A及图7B所示，本发明车辆装置1发生异常时的处理流程包括下列步骤：首先，如步骤S40～S42所示，假设车辆装置11的初始状态处于正常行驶的状态，此时，行车控制单元110周期性地检测及判断车辆装置11是否产生错误信号或运转失效信号，若是，车辆装置11进入紧急处理模式，并对输入控制参数121进行紧急处理设定，例如设定输入供电电压失效(即Failsafe_Flag＝1)、设定芯片工作电压失效(即Failsafe_Flag＝2)、设定档位信号发生异常(即Failsafe_Flag＝4)、设定碰撞信号产生(即Failsafe_Flag＝6)或设定驱动马达失效(即Failsafe_Flag＝6)等紧急处理设定，但不以此为限。否则，车辆装置1将仍然处于正常行驶的状态，且行车控制单元110持续周期性地检测及判断车辆装置11的状态。

于本实施例中，该错误信号或运转失效信号可为例如连续判断十次输入供电电压过高或过低(即[AD12V＞18||AD12V＜9])、连续判断十次芯片工作电压过高或过低(即[AD5V＞6||AD5V＜4])、判断一次档位信号异常(即[Shift！＝0&&Shift！＝1&&Shift！＝2)、判断一次碰撞信号产生(即Crash＝＝1)或判断一次驱动马达失效信号(即BMSFail_IO＝＝1||CAN_I[9]＝＝1)等异常信号，但不以此为限。

接着，如步骤S43所示，车辆装置11进入关闭模式，并对输出结果参数122进行关闭设定，例如关闭冷却水泵(即COOLPUMP_EN＝0)、关闭冷却风扇(即COOLFAN_EN＝0)、关闭失效灯(即FALL_ON＝0)、关闭指示灯表示充电中(即CHARGING_ON＝0)或关闭指示灯表示电压不足(即BLV_ON＝0)等设定，但不以此为限，并设定电压保持电路关闭信号(SSO_SHD＝1)使能。

最后，如步骤S44所示，行车控制单元110根据该输出结果参数122以停止车辆装置11的所有运行，借此使车辆装置11处于完全静止的状态。

于一些实施例中，错误信号或运转失效信号的产生以及其所对应的紧急处理设定与关闭模式的关闭设定除上所述之外，其详细内容更分别包括如图7A及图7B所示，且不以此为限。综上所述，本发明提供一种车辆性能的仿真系统，其完全利用Matlab/Simulink软件工具，以模拟实车环境并进行车辆效能的测试，并自动产生控制策略编码，使解决传统仿真系统必须通过软件与硬件的联合调试，进而造成软件设计不便的问题。另一方面，本发明车辆性能的仿真系统能够对其系统模型进行控制算法的开发与优化，使其工作在最佳性能曲线范围内；以及可通过并行的开发设计系统与电子系统，从而减少开发的时间成本；以及可脱离硬件环境影响，并且在理想的状态下调试软件，以便查寻问题点，从而节约开发时间；以及可通过自动化提高开发效率，包括自动产生测试实例与自动产生文字档，其可提高可靠度；以及系统可在模型测试完成的基础上进行台架实验与实车测试，从而达到降低实验盲目性的目的，因此，本发明基于Matlab/Simulink软件工具的开发方式，可节省大量人力与物力资源，并且可以取得实体测试所无法求得的测试结果。

纵使本发明已由上述的实施例详细叙述而可由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然而都不脱如附权利要求所欲保护的范围。

Claims

1.一种车辆性能的仿真系统，用以产生一控制策略编码，且该控制策略编码应用于一车辆装置内，该车辆性能的仿真系统至少包括：

一数据储存装置，储存至少一输入控制参数及至少一输出结果参数；

一设计平台装置，安装一软件工具，且利用该软件工具于该输入控制参数及该输出结果参数的条件下，设计至少一控制决策，并将该控制决策转换成该控制策略编码；以及

一传输媒介，架构于连接该车辆装置的一行车控制单元与该设计平台装置，以使该设计平台装置输出该控制策略编码至该行车控制单元内，以驱使该行车控制单元控制该车辆装置的动作。

2.如权利要求1所述的车辆性能的仿真系统，其中该车辆装置为油电混合动力车或电动车。

3.如权利要求1所述的车辆性能的仿真系统，其中该输入控制参数及该输出结果参数为数字信号和/或模拟信号。

4.如权利要求1所述的车辆性能的仿真系统，其中该输入控制参数为控制器局域网总线输入信息、点火开关信号、充电使能信号、刹车信号、刹车灯信号、碰撞信号、水温信号以及车速信号。

5.如权利要求1所述的车辆性能的仿真系统，其中该输出结果参数为控制器局域网总线输出信息、直流/直流转换器使能信号、电压保持电路关闭信号、冷却水泵使能信号、冷却风扇使能信号、警告灯信号、准备灯信号、动力不足灯信号、输出速度信号、输出驱动电机扭矩信号以及引擎管理系统电源开始信号。

6.如权利要求1所述的车辆性能的仿真系统，其中该设计平台装置为个人电脑或平板电脑。

7.如权利要求1所述的车辆性能的仿真系统，其中该软件工具为Matlab/Simulink的程序开发软件。

8.如权利要求1所述的车辆性能的仿真系统，其中该软件工具自动地将该控制决策转换成该控制策略编码。

9.如权利要求1所述的车辆性能的仿真系统，其中该控制策略编码为C语言或C++语言的原始程序码。

10.如权利要求1所述的车辆性能的仿真系统，其中该传输媒介为RS-232或USB连接线。