CN104914856B - 纯电动客车整车控制器半物理仿真系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明所述的纯电动客车整车控制器半物理仿真系统及其控制方法，包括用于构建客车模型、并对客车模型控制参数进行修正以形成物理闭环的上位机，用于传输数据的信号交互装置，及用于接收上位机客车模型数据并对该数据进行处理的整车控制器VCU，所述上位机通过信号交互装置与整车控制器VCU交互连接。本发明为纯电动客车整车控制器的硬件检测、控制策略在环仿真、故障信息查找、参数配置优化提供了一套完整的解决方案，为设计人员提供了一种高效率、低费用的整车控制器仿真验证方式，并在解决纯电动客车整车控制系统的软硬件开发难度降低、安全性提升、稳定性增强等方面提供了一个良好的开端。

Description

纯电动客车整车控制器半物理仿真系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及纯电动客车整车控制器技术领域，具体涉及纯电动客车整车控制器半物理仿真系统及其控制方法。

背景技术

纯电动客车是一种节约能源、无污染的“零排放”汽车，具有高效、环保、节能、低噪音、零污染等优点，是目前主流推广的新能源汽车技术，是一种未来汽车发展趋势。由于具备这些优势特点，全球汽车厂商都不断加大投资研发推广纯电动汽车，新能源汽车特别是纯电动汽车的研发在目前全球汽车产业中处于一种炙热状态。

我国在“十五”期间，设立了“863”电动汽车重大科技专项，取得了一些成果。我公司也就电动汽车开发承担了几项“863”科技专项任务。在一些关键技术如：整车控制系统及控制策略、电池管理均衡系统、安全可靠性等方面取得了一定的成果。整车控制器作为纯电动客车的中枢神经，是整车装备工程、测量系统、信息交互以及控制策略等各方面技术的集成。纯电动客车整车控制器由于承担了整车各个子系统的统筹控制工作，对方方面面的协调统筹都一定程度的增加了设计任务的难度。

设计难度的增加，导致设计出的整车控制器存在一些不确定的隐患问题，目前，有关纯电动客车整车控制器的仿真测试的相关研究比较少，现有的技术资料主要给出了相对宏观的整车控制器硬件电路设计的解决路径，但未给出较为系统方便的整车控制器检测检验技术，以及整车控制策略算法的验证方式，对整车控制器的性能测试缺乏实际的应用方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供纯电动客车整车控制器半物理仿真系统及其控制方法，通过该系统可以为设计人员提供了一种高效率、低费用的整车控制器仿真验证方式；并在纯电动客车整车控制系统的软硬件开发难度降低、安全性提升、稳定性增强等方面提供了一个良好的开端。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：纯电动客车整车控制器半物理仿真系统，包括用于构建客车模型、并对客车模型控制参数进行修正以形成物理闭环的上位机，用于传输数据的信号交互装置，及用于接收上位机客车模型数据并对该数据进行处理的整车控制器VCU，所述上位机通过信号交互装置与整车控制器VCU交互连接。

所述上位机包括用于在仿真环境下根据整车参数及通讯协议搭建的数学模型，用于将接收解析的通讯信息在客车数学模型中运行、并显示运行状态和输出反馈信息的VCU仿真环境，及用于提供VCU仿真环境和客车数学模型载体的PC机；所述上位通过PCAN与信号交互装置交互连接。

所述信号交互装置包括用于信号的采集与处理、并对指令进行接收和发送的系统模块，用于将进出系统模块信号进行处理以提高信号采集精度以及保护系统模块的信号调理模块，用于向整车提供电源的供电模块及用于存储不同车型整车控制程序的可标定参数的存储模块。

所述系统模块包括主控制MCU、辅助控制MCU，所述主控制MCU通过DSPI方式与辅助控制MCU交互连接，所述主控制MCU通过SPI与存储模块通讯连接。

所述信号调理模块包括滤波电路、运放跟随电路、光耦隔离电路、钳位保护电路，所述滤波电路的输入端外接信号的输入，其输出端与运放跟随电路的输入端相连，所述运放跟随电路的输出端通过光耦隔离电路与钳位保护电路的输入端相连，所述钳位保护电路的输出端与系统模块的输入端相连。

所述主控制MCU的型号为MPC5534，辅助控制MCU的型号为S9S08DZ60，所述存储模块采用铁电FM33256。

一种纯电动客车整车控制器半物理仿真系统的控制方法，包括以下步骤：

（1）上位机按照待测控制器、整车配置等参数信息搭建VCU仿真环境、构建客车数学模型，并将构建的数学模型的运行控制参数通过信号交互装置发送给整车控制器；

（2）整车控制器将接收到的参数信息进行运算处理，并将该运算的结果通过信号交互装置发送给上位机；

（3）上位机读取客车数学模型的运行状态参数信息，并根据当前所接收到的运算结果信息对客车数学模型进行修正，形成物理闭环系统，并将最终修正结果数据通过上位机显示出来；

（4）若整车控制器做出的响应是错误的，上位机根据接收到的数据信息进行故障类型判断，并将该故障信息通过上位机进行显示；若响应是正确的，通过输入不同类别的指令信息，进行循环数据实验，并存储最优数据参数信息。

本发明的有益效果是：本发明通过纯电动客车整车控制器半物理仿真系统，为纯电动客车整车控制器的硬件检测、控制策略在环仿真、故障信息查找、参数配置优化提供了一套完整的解决方案，为设计人员提供了一种高效率、低费用的整车控制器仿真验证方式，并在解决纯电动客车整车控制系统的软硬件开发难度降低、安全性提升、稳定性增强等方面提供了一个良好的开端。

附图说明

图1是本发明的系统框图；

图2是本发明的信号交互装置的系统框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1、图2所示，一种纯电动客车整车控制器半物理仿真系统，该系统包括信号交互装置1，上位机2，整车控制器VCU 3，上位机2通过PCAN、信号交互装置1与整车控制器VCU3自身带有的CAN收发器交互连接，三者之间按照自定义的CAN通讯协议相互发送接收CAN信息，信号交互装置1与整车控制器VCU 3之间通过整车线束5相互传递数字和模拟信号以及其他参数信息。

上位机2包括PC机、VCU仿真环境和纯电动客车数学模型, 其中纯电动客车数学模型是在仿真环境下根据整车参数以及通讯协议搭建的数学模型；VCU仿真环境的作用是将接收解析的通讯信息在整车数学模型中运行并将显示运行状态和输出反馈信息；PC机是VCU仿真环境和纯电动客车数学模型的载体，上位机通过PCAN与外界连接通讯。

信号交互装置1包括系统模块12、信号调理模块14、供电模块17、存储模块11。其中，系统模块12主要是主控制MCU、辅助控制MCU以及MCU正常工作的外围电路组成的最小系统，在本实施例中，主控MCU采用飞思卡尔32位系列芯片MPC5534，辅控MCU采用飞思卡尔S9S08DZ60为，系统模块12的主要作用是信号采集与处理、指令接收发送，主控MCU与辅控MCU之间采用片内DSPI方式进行通讯。信号调理模块14的主要作用是将进入系统模块12的信号进行处理以提高信号采集精度以及保护系统模块12。该信号调理模块14由滤波电路、运放跟随电路、光耦隔离电路、钳位保护电路组成，滤波电路的输入端与插座15相连，其输出端与运放跟随电路的输入端相连，运放跟随电路的输出端经光耦隔离电路与钳位保护电路的输入端相连，钳位保护电路的输出端与系统模块12中的MCU相连。供电模块17输入电源为车载+24V电源，输出为系统供电+5V、系统参考电压+3.3V/+1.5V、CAN网络隔离电源+5V、A/D采集参考电压4.096V、A/D转换芯片供电电源±15V，供电模块17为整个装置提供电源，并针对不同用电需求设计了不同指标的保护电路。而存储模块11采用铁电FM33256，用于存储整车控制器运行配置参数，FM33256与MCU之间通讯方式采用SPI，MCU上电读取运行参数,下电存储参数,存储模块11的主要作用在于存储针对不同车型整车控制程序而设计的可标定参数。

信号交互装置1是本发明系统中的信息交互中转机构，是本发明的关键的核心部件，存储模块11的功能是存储针对不同车型整车控制程序而设计的可标定参数，记录系统运行参数以及系统运行时的故障信息，MCU是整个系统的控制单元，由两片微控制器MPC5534 与S9S08DZ60组成，MCU模块的主要作用是信号采集与处理、指令接收发送,隔离模块13和信号调理模块14构成了系统模块12与整车控制器VCU 3之间的信号传递通道，起到了信号处理以提高采集精度与保护MCU的作用，电源模块17为整个信号交互装置1以及整车控制器VCU 3提供所需要的电源。图2中标号为15与16是连接件。

一种纯电动客车整车控制器半物理仿真系统，包括以下步骤 ：

S1：上位机2中按照待测控制器、整车配置等参数信息搭建VCU仿真环境、并构建整车数学模型，设计人员根据测试项目在仿真环境中输入指令，指令信息经PCAN发送到CAN总线上。

S2：整车控制器VCU 3在CAN总线上接收到指令信息后作出相应的响应，发出CAN信息或者输出相应的模拟信号或者数字信号，信号交互装置1采集整车控制器VCU 3的响应信号并做出运算处理后发出CAN信息。

S3：在检测整车控制器VCU 3对外部传感器信号采集功能时，上位机2会在仿真环境中将模拟参数发送到CAN总线上，信号交互装置1在收到相应信息后会根据通讯协议解析，然后输出相应的模拟信号或者数字信号，整车控制器VCU 3会实时的采集，采集结果会通过CAN信息发送出来。

S4：通过上述过程，形成了“上位机2发送指令-CAN信息-信号交互装置1-CAN信息/模拟信号/数字信号-整车控制器VCU 3-CAN信息/模拟信号/数字信号-信号交互装置1-CAN信息-上位机2”的闭环系统，最终的结果都将在上位机2实时显示出来；如果整车控制器VCU3做出的响应是错误的，上位机2会根据接收到的信息判断故障类型，设计人员可以检查故障源并作出分析；如果响应是正确的，设计人员会继续根据设计需求发送不同类别的指令，在这个循环试验过程中设计人员根据反馈信息可以对整车控制程序中的算法进行优化，并将最优的参数存储下来。

由上述可知，本发明可以将上位机2中构建的纯电动客车数学模型与整车控制器VCU 3进行交互通讯达到高度模拟实际工况的闭环物理环境。通过信号交互装置1，实现上位机2与整车控制器VCU 3之间的指令发送与识别、信号传输、处理与响应，过程监控、数据保存、参数自适应等功能。为设计人员提供了一种高效率、低费用的整车控制器仿真验证方式。并在电动客车整车控制系统的软硬件开发难度降低、安全性提升、稳定性增强等方面提供了一个良好的开端。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.纯电动客车整车控制器半物理仿真系统，其特征在于：包括用于构建客车模型、并对客车模型控制参数进行修正以形成物理闭环的上位机，用于传输数据的信号交互装置，及用于接收上位机客车模型数据并对该数据进行处理的整车控制器VCU，所述上位机通过信号交互装置与整车控制器VCU交互连接；

所述信号交互装置包括用于信号的采集与处理、并对指令进行接收和发送的系统模块，用于将进出系统模块信号进行处理以提高信号采集精度以及保护系统模块的信号调理模块，用于向整车提供电源的供电模块及用于存储不同车型整车控制程序的可标定参数的存储模块；

所述上位机包括用于在仿真环境下根据整车参数及通讯协议搭建的数学模型，用于将接收解析的通讯信息在客车数学模型中运行、并显示运行状态和输出反馈信息的VCU仿真环境，及用于提供VCU仿真环境和客车数学模型载体的PC机；所述上位机通过PCAN与信号交互装置交互连接；

所述信号调理模块包括滤波电路、运放跟随电路、光耦隔离电路、钳位保护电路，所述滤波电路的输入端外接信号的输入，其输出端与运放跟随电路的输入端相连，所述运放跟随电路的输出端通过光耦隔离电路与钳位保护电路的输入端相连，所述钳位保护电路的输出端与系统模块的输入端相连。

2.根据权利要求1所述的纯电动客车整车控制器半物理仿真系统，其特征在于：所述系统模块包括主控制MCU、辅助控制MCU，所述主控制MCU通过DSPI方式与辅助控制MCU交互连接，所述主控制MCU通过SPI与存储模块通讯连接。

3.根据权利要求2所述的纯电动客车整车控制器半物理仿真系统，其特征在于：所述主控制MCU的型号为MPC5534，辅助控制MCU的型号为S9S08DZ60，所述存储模块采用铁电FM33256。

4.一种纯电动客车整车控制器半物理仿真系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）上位机按照待测控制器、整车配置参数信息搭建VCU仿真环境、构建客车数学模型，并将构建的数学模型的运行控制参数通过信号交互装置发送给整车控制器；

（2）整车控制器将接收到的参数信息进行运算处理，并将该运算的结果通过信号交互装置发送给上位机；

（3）上位机读取客车数学模型的运行状态参数信息，并根据当前所接收到的运算结果信息对客车数学模型进行修正，形成物理闭环系统，并将最终修正结果数据通过上位机显示出来；

（4）若整车控制器做出的响应是错误的，上位机根据接收到的数据信息进行故障类型判断，并将该故障信息通过上位机进行显示；若响应是正确的，通过输入不同类别的指令信息，进行循环数据实验，并存储最优数据参数信息。