CN106200625A - 混合动力客车整车控制器硬件在环仿真测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了混合动力客车整车控制器硬件在环仿真测试平台，作为用户主机的PC机；PC机用于实现对整车控制器的离线操作、模型修改、策略修改、自动代码生成、编译载入及标定监测；将自动代码生成的程序用于整车控制器，并将整车模型输入工控机；所述整车控制器用于运行PC机上选择的整车控制策略；所述工控机用于作为实时内核运行全工况整车仿真系统；所述数据采集器用于采集CAN卡所在总线的数据。本发明的平台可大幅度的提升混合动力客车控制器的研发效率并降低其研发成本，且可以选择各种工况甚至是极限工况对设计的控制器进行硬件在环仿真测试，提升其可靠性。

Description

混合动力客车整车控制器硬件在环仿真测试平台

技术领域

本发明涉及新能源汽车整车仿真测试及其控制技术领域，具体涉及混合动力客车整车控制器硬件在环仿真测试平台。

背景技术

现今社会市场对产品的需求呈现多样性和快速性的趋势，产品开发的多样性需求与快速开发之间的矛盾随之产生，传统的控制器开发流程已经难以满足市场的需要，不能受到业内专家的青睐；而基于模型的嵌入式控制器开发设计流程由于其具有并行工程设计、实现、测试和生产准备同时进行的特有优势，能够减少不必要的问题发生。

传统的控制器开发过程为顺序进行的，只有在工程师完成前一件任务之后才能进行下一步的工作。一般为先确定功能需求和设计目标，按照之前累积的经验和传统的模式搭建软硬件架构；之后由硬件设计工程师设计绘制PCB电路板；由软件工程师设计整车控制策略，并手工编写代码；由系统工程师将编译好的程序集成嵌入到控制器中；用实际的需要控制的产品进行验证。按照这种流程操作下来，完成一个开发项目通常导致整个过程的顺序性，几个分工不同的研发小组之间进行合作，研发则必须根据上一个小组的输出结果来确定本步骤的操作。若是在还没有确定上一个操作是完全正确的情况下就进行下一步的操作，很容易做成由于之前的设计错误而造成之后的设计完全错误的状况。产生了较大的投入资本确不能得到后期的回报。

当问题暴露出来之后也很难确定问题所在，而且开发周期很长。另外，由于手工编写代码需要耗费大量时间，多部门合作可能导致协调不当，时间冲突等等，也会导致设计周期的延长，从而增大投入的资金与精力。这就要求在开发的初期阶段就引入各种实验手段来解决上述问题，并有可靠性高的实时环境作支持。另外，当产品型控制器生产出来后，由于并行工程的需求，被控对象可能还没有研制开发出来或者被控对象还没有完善成功，这样就需要提供一种独立的并行的方法来完成对控制器策略的验证与测试，使各项工作能够同步进行。为了解决上述问题，能够实现并行工程的基于模型的嵌入式策略设计成为越来越多的汽车企业的选择。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了混合动力客车整车控制器硬件在环仿真测试平台，搭建模型时将整个控制策略和方案都进行模型搭建，将整车控制器进行整体验证，使其达到预期效果。在编译产品代码阶段，将主控策略使用自动代码生产技术生成代码嵌入到整车控制器，不再完全使用手工编写代码，减轻软件工程师的工作量。之后利用硬件在环技术，对设计的控制器进行硬件在环仿真测试。搭建的硬件在环平台的优势在于能够大幅度的提升混合动力客车控制器的研发效率并降低其研发成本，最后，选择各种工况甚至是极限工况对该控制器进行仿真测试，提升其可靠性。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

混合动力客车整车控制器硬件在环仿真测试平台，包括：

作为用户主机的PC机，PC机分别与整车控制器及工控机相连，所述整车控制器通过CAN卡与工控机相连，所述CAN卡还与数据采集器相连；

所述PC机用于实现对整车控制器的离线操作、模型修改、策略修改、自动代码生成、编译载入及标定监测；将自动代码生成的整车控制器程序传输至整车控制器，并将整车模型输入工控机；

所述整车控制器用于运行PC机上选择的整车控制策略；

所述工控机用于作为实时内核运行全工况整车仿真系统；

所述数据采集器用于采集CAN卡所在总线的数据。

进一步的，所述PC机上所安装的软件系统包括离线操作层、仿真系统层、代码生成层、编译层、硬件在环仿真测试层和在线操作层；

所述离线操作层用于实现整车参数的选择，部件参数的选择，控制策略的选择，以及自动代码生成参数的配置；

所述仿真系统层包括两部分，一部分是整车仿真模型，用于在硬件在环中模拟各部件的运行情况以及整车运行环境，另一部分是整车控制器模型，主要用于生成编译实际控制器中运行的程序；

所述代码生成层主要是利用MATLAB/RTW自动代码生成功能生成相应的额代码或程序；

所述编译层将代码生成层的整车控制器核心策略代码和I/O接口代码集成，编译成实际控制器能够运行的程序，然后载入实际控制器中；

所述硬件在环仿真测试层，实现硬件在环仿真测试；

所述在线操作层用于实现在硬件在环测试过程中控制参数的标定和车辆运行状态的观测。

进一步的，所述代码生成层中生成的代码包括由整车控制器模块生成的整车控制器核心策略代码，由Dave程序设置生成的接口代码和由整车仿真模型生成的虚拟整车程序。

进一步的，所述整车仿真模型包括：

工况模块，用于提供驾驶员模型模块运行需要工况信息，驾驶员模型模块依据工况模块提供的工况信息和整车运行状态，作出相关驾驶操作，整车控制器依据驾驶员的操作信息以及整车运行状态，对整车的运行进行控制，并向各部件控制器发出控制指令，各部件控制器模块依据整车控制器发出的控制指令以及各部件的当前状态，对各部件进行控制，各部件模块则模拟各部件的运行，最后将各部件的运行状态集成到状态观测模块中进行观测。

进一步的，所述整车控制器模型主要包括：

驾驶员需求转矩模块根据驾驶员的操作信息以及当前整车运行状态判断整车的需求转矩，转矩分配模块对需求转矩进行分配，发动机切入判断模块对发动机切入驱动系统的时机进行判断，发动机启动模块则用于判断发动机的启动方式，停车充电模块对停车状态下的充电时机进行判断，控制模式判断模块对整车处于的控制模式进行判断，并根据判断结果进入相应的控制模式对整车进行控制操作。

进一步的，所述各部件控制器模块包括与发动机相连的发动机控制器模块、与离合器相连的离合器控制器模块、与电池相连的电池管理系统模块、与电机相连的电机控制器模块、与变速箱相连的变速箱控制器模块及与气压制动系统相连的防抱死系统模块；所述气压制动系统与整车动力学计算模块相连，所述整车动力学计算模块、发动机、离合器、电池、电机、变速箱、气压制动系统分别于状态观测模块相连。

进一步的，所述代码生成层中生成的代码中一种是用于生成整车控制器中的核心控制策略代码，目标文件格式选择嵌入式目标文件，一种是用于生成工控机中的整车仿真模型代码，目标文件格式选择为xPC目标文件。

进一步的，所述离线操作层中包括数据库，该数据库包括各种车型参数，各种部件参数，以及各种控制策略参数；

所述离线操作层中还包括控制策略库，该策略库包括能量管理策略库和实车运行策略库，能量管理策略库包括维持性控制策略和消耗性控制策略，实车运行策略库包括经济性换挡策略，动力性换挡策略等策略；

所述离线操作层中还包括仿真运行参数配置库，该仿真运行参数配置库包括适合不同系统和构型的仿真运行参数配置文件。

本发明的有益效果：

本发明的平台可大幅度的提升混合动力客车控制器的研发效率并降低其研发成本，且可以选择各种工况甚至是极限工况对设计的控制器进行硬件在环仿真测试，提升其可靠性，解决了传统研究方法中软件模拟仿真为主、整车策略置信度有限等问题。

附图说明

图1是混合动力客车整车控制器硬件在环平台及其操作系统总体架构图；

图2是混合动力客车整车仿真模型整体架构图；

图3是混合动力客车整车控制器模型架构图；

图4是混合动力客车整车控制器硬件在环系统硬件架构图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

混合动力客车整车控制器硬件在环仿真测试平台的硬件架构，如图4所示，其中包括一个PC机，该机作为用户主机装有MATLAB、TASKING、Mentool和Dave软件，用于实现系统的离线操作、模型修改、策略修改、自动代码生成、编译载入、标定监测等功能；一个工控机，用于作为实时内核运行全工况整车仿真系统；一个实际控制器，用于运行整车控制策略；一个kvaser数据采集器，用于采集硬件在环仿真系统的CAN总线数据；用户主机和工控机之间通过网线连接，工控机上装有Intel 82559网卡；工控机和控制器之间主要通过CAN线连接，工控机上装有某款Softing CAN卡。

本申请的软件部分主要利用MATLAB的Simulink，GUIDE，RTW，xPCTarget等应用工具为核心，结合TASKING编译软件，MemTool烧录软件等，将自动代码生成的程序用于整车控制器，并将整车仿真模型输入工控机，实现硬件在环仿真测试平台，并利用不同工具构建友好的离线操作界面和在线操作界面

如图1所示，本系统分为六个层级，最上面是离线操作层，包括一个离线操作界面，利用MATLAB的GUI人机界面设计工具设计离线操作界面，该界面主要包括整车参数选择，部件参数选择，控制策略选择，以及自动代码生成参数配置等功能，负责根据不同的测试车型需求，选择该车型的对应参数以及该车型各部件的参数，选择硬件在环平台的控制策略；

第二层是仿真系统层，包括一个混合动力客车全工况仿真系统，该层基于MATLAB/Simulink工具，包括两部分，一部分是整车仿真模型，用于在硬件在环中模拟各部件的运行情况以及整车运行环境，另一部分是整车控制器模型，主要用于生成编译实际控制器中运行的程序；

第三层是代码生成层，主要是利用MATLAB/RTW自动代码生成功能，由整车控制器模块生成的整车控制器核心策略代码，由Dave程序设置生成的接口代码，和由整车仿真模型生成的虚拟整车程序；

第四层是编译层，是整车控制器代码的编译与考入部分，该部分将第三层的整车控制器核心策略代码和I/O接口代码集成，编译成实际控制器能够运行的程序，然后载入实际控制器中，该功能将通过TASKING软件的编译功能和Memtool软件的载入功能实现；

第五层是硬件在环仿真测试层，实现硬件在环仿真测试；

第六层是在线操作层，包括一个在线操作界面，该部分用于实现在硬件在环测试过程中进行控制参数标定和车辆运行状态观测。

其中，离线操作层包括一个离线操作界面，首先将一个数据库集成到人机交互系统中，该数据库包括各种车型参数，各种部件参数，以及各种控制策略参数等，用户可以指定某一款的车型以及选择该车型中所配置的部件参数，也可以自己输入设定相应的参数；将一个控制策略库集成到人机交互系统中，该策略库包括能量管理策略库和实车运行策略库，能量管理策略库包括维持性控制策略和消耗性控制策略，实车运行策略库包括经济性换挡策略，动力性换挡策略等策略，用户可以指定该硬件在环测试系统的控制策略，以及该硬件在环测试系统的其他运行策略；将一个仿真运行参数配置库集成到人机交互系统中，该仿真运行参数配置库包括适合不同系统和构型的仿真运行参数配置文件，用户可以根据对应硬件和用意的不同指定相应的仿真运行参数。

整车仿真模型，如图2所示，该部分包括工况模块、驾驶员模块、整车控制器模块、发动机控制器模块、离合器控制器模块、电池管理系统模块、电机控制器模块、变速箱控制器模块、防抱死系统模块、发动机模块、离合器模块、电池模块、电机模块、变速箱模块、整车动力学模块以及状态观测模块，用于模拟各个模块对应的实物，其中工况模块提供模型运行需要的速度，坡度等工况信息，驾驶员模块依据工况模块提供的工况信息和整车运行状态，作出相关驾驶操作，如驾驶踏板和制动踏板信号等，整车控制器依据驾驶员的操作信息以及整车运行状态，对整车的运行进行控制，并向各部件控制器发出控制指令，各部件控制器模块依据整车控制器发出的控制指令以及各部件的当前状态，对各部件进行控制，各部件模块则模拟各部件的运行，最后将各部件的运行状态集成到状态观测模块中进行观测。

整车控制器模型，如图3所示，该部分主要包括驾驶员需求转矩模块、上层转矩分配模块、停车充电判断模块、发动机切入判断模块、发动机启动方式判断模块、控制模式判断模块以及各个控制模式模块，其中驾驶员需求转矩模块根据驾驶员的操作信息以及当前整车运行状态判断整车的需求转矩，上层转矩分配模块对需求转矩进行分配，发动机切入判断模块对发动机切入驱动系统的时机进行判断，发动机启动模块则用于判断发动机的启动方式，停车充电模块对停车状态下的充电时机进行判断，控制模式判断模块对整车处于的控制模式进行判断，并根据判断结果进入相应的控制模式对整车进行控制操作。

自动代码生成部分包括两种自动代码生成参数配置，一种是用于生成整车控制器中的核心控制策略代码，目标文件格式选择嵌入式目标文件，一种是用于生成工控机中的整车仿真模型代码，目标文件格式选择为xPC目标文件，另外，两者都选择定步长求解，并选择离散式求解器。

整车控制器完成的功能包括两部分，一部分是由自动代码生成技术得到的整车控制器核心控制策略，该部分主要基于MATLAB软件提供的RTW工具，另一部分是由DAVE软件根据需求设计的I/O接口程序。这两部分通过Tasking软件集成到整车控制器架构中，并编译成控制器程序。另外该控制器程序也可以通过程序员手工编写获得。最后利用memtool工具，通过串口线将控制器程序载入到实际控制器中。

参数标定和运行状态观测，主要分为整车各个部件参数的标定，整车控制参数的标定界面，控制策略参数的标定界面，在线运行状态监测主要分为整车运行状态、各部件运行状态的监测界面以及整车性能的监测分析界面。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.混合动力客车整车控制器硬件在环仿真测试平台，其特征是，包括：

作为用户主机的PC机，PC机分别与整车控制器及工控机相连，所述整车控制器通过CAN卡与工控机相连，所述CAN卡还与数据采集器相连；

所述PC机用于实现对整车控制器的离线操作、模型修改、策略修改、自动代码生成、编译载入及标定监测；将自动代码生成的整车控制器程序传输至整车控制器，并将整车模型输入工控机；

所述整车控制器用于运行PC机上选择的整车控制策略；

所述工控机用于作为实时内核运行全工况整车仿真系统；

所述数据采集器用于采集CAN卡所在总线的数据。

2.如权利要求1所述的混合动力客车整车控制器硬件在环仿真测试平台，其特征是，所述PC机上所安装的软件系统包括离线操作层、仿真系统层、代码生成层、编译层、硬件在环仿真测试层和在线操作层；

所述离线操作层用于实现整车参数的选择，部件参数的选择，控制策略的选择，以及自动代码生成参数的配置；

所述仿真系统层包括两部分，一部分是整车仿真模型，用于在硬件在环中模拟各部件的运行情况以及整车运行环境，另一部分是整车控制器模型，主要用于生成编译实际控制器中运行的程序；

所述代码生成层主要是利用MATLAB/RTW自动代码生成功能生成相应的额代码或程序；

所述编译层将代码生成层的整车控制器核心策略代码和I/O接口代码集成，编译成实际控制器能够运行的程序，然后载入实际控制器中；

所述硬件在环仿真测试层，实现硬件在环仿真测试；

所述在线操作层用于实现在硬件在环测试过程中控制参数的标定和车辆运行状态的观测。

3.如权利要求2所述的混合动力客车整车控制器硬件在环仿真测试平台，其特征是，所述代码生成层中生成的代码包括由整车控制器模块生成的整车控制器核心策略代码，由Dave程序设置生成的接口代码和由整车仿真模型生成的虚拟整车程序。

4.如权利要求2所述的混合动力客车整车控制器硬件在环仿真测试平台，其特征是，所述整车仿真模型包括：

工况模块，用于提供驾驶员模型模块运行需要工况信息，驾驶员模型模块依据工况模块提供的工况信息和整车运行状态，作出相关驾驶操作，整车控制器依据驾驶员的操作信息以及整车运行状态，对整车的运行进行控制，并向各部件控制器发出控制指令，各部件控制器模块依据整车控制器发出的控制指令以及各部件的当前状态，对各部件进行控制，各部件模块则模拟各部件的运行，最后将各部件的运行状态集成到状态观测模块中进行观测。

5.如权利要求4所述的混合动力客车整车控制器硬件在环仿真测试平台，其特征是，所述整车控制器模型还包括：

驾驶员需求转矩模块根据驾驶员的操作信息以及当前整车运行状态判断整车的需求转矩，转矩分配模块对需求转矩进行分配，发动机切入判断模块对发动机切入驱动系统的时机进行判断，发动机启动模块则用于判断发动机的启动方式，停车充电模块对停车状态下的充电时机进行判断，控制模式判断模块对整车处于的控制模式进行判断，并根据判断结果进入相应的控制模式对整车进行控制操作。

6.如权利要求4所述的混合动力客车整车控制器硬件在环仿真测试平台，其特征是，所述各部件控制器模块包括与发动机相连的发动机控制器模块、与离合器相连的离合器控制器模块、与电池相连的电池管理系统模块、与电机相连的电机控制器模块、与变速箱相连的变速箱控制器模块及与气压制动系统相连的防抱死系统模块；所述气压制动系统与整车动力学计算模块相连，所述整车动力学计算模块、发动机、离合器、电池、电机、变速箱、气压制动系统分别于状态观测模块相连。

7.如权利要求2所述的混合动力客车整车控制器硬件在环仿真测试平台，其特征是，所述代码生成层中生成的代码中一种是用于生成整车控制器中的核心控制策略代码，目标文件格式选择嵌入式目标文件，一种是用于生成工控机中的整车仿真模型代码，目标文件格式选择为xPC目标文件。

8.如权利要求2所述的混合动力客车整车控制器硬件在环仿真测试平台，其特征是，所述离线操作层中包括数据库，该数据库包括各种车型参数，各种部件参数，以及各种控制策略参数；

所述离线操作层中还包括控制策略库，该策略库包括能量管理策略库和实车运行策略库，能量管理策略库包括维持性控制策略和消耗性控制策略，实车运行策略库包括经济性换挡策略，动力性换挡策略等策略；

所述离线操作层中还包括仿真运行参数配置库，该仿真运行参数配置库包括适合不同系统和构型的仿真运行参数配置文件。