CN106909084B - 一种用于燃料电池汽车动力综合测试仪器的主控系统 - Google Patents

一种用于燃料电池汽车动力综合测试仪器的主控系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于燃料电池汽车动力综合测试仪器的主控系统，所述的综合测试仪器包括多个测试燃料电池汽车不同性能的外部测试模块，所述的主控系统用于对所述的外部测试模块进行控制管理，所述的主控系统包括：上位机：用于用户登录、分发测试指令、显示当前综合仪器状态和测试数据；实时处理器：用于对测试指令和测试数据进行综合控制管理；所述的实时处理器设置多台，每台实时处理器分别配置相应的功能模块，所有实时处理器通过光纤连接共享反射内存形成一个信息共享的整体控制器；所述的整体控制器还分别连接上位机和外部测试模块。与现有技术相比，本发明具有实现了数据的存储融合与分发，以及对于数据的冗余和同步性。

Description

一种用于燃料电池汽车动力综合测试仪器的主控系统
技术领域
本发明涉及一种汽车综合测试仪器的主控系统，尤其是涉及一种用于燃料电池汽车动力综合测试仪器的主控系统。
背景技术
燃料电池汽车由于其高效率、零排放等优势，成为了未来汽车工业发展的一个重要方向。国内外学者在研究燃料电池汽车的气候环境的适应性、道路行驶环境的适应性、整车动力系统的耐久性、系统集成开发中的匹配等问题进行试验室测试时，存在试验数据的不同步、多仪器管理效率低、任务管理混乱等的问题。因此，有必要设计一个针对汽车动力系统测试仪器开发一套主控系统，实现对试验任务的调度和综合管理，实现模型的仿真运行、数据处理以及总线通讯处理的功能，并且保证数据的同步性、控制的实时性以及系统整体的可靠性。
专利CN201110412783提出了一种燃料电池混合电动汽车动力系统综合测试平台及测试方法，其中工控台操作单元通过数据采集卡以及CAN卡和CAN总线与其他所有单元实现了相互连接通讯，模拟管理整个综合测试平台。但是并未涉及到数据冗余、数据同步和实时性等方面的设计。
专利CN200410009687.1提出了一种燃料电池混合动力系统试验研究系统，针对该系统设计了试验控制系统，该系统包括CAN网络、dSPACE控制器和控制系统上位机。控制系统上位机可以实现与dSPACE控制器之间的信息交互和控制算法调整、监视各部件工作状态并发布控制指令的功能。但是该控制系统不能针对多个外部测试模块进行综合管理，同样也未考虑数据的存储融合与分发，以及对于数据的冗余和同步性方面并没有进行相关设计考虑。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于燃料电池汽车动力综合测试仪器的主控系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于燃料电池汽车动力综合测试仪器的主控系统，所述的综合测试仪器包括多个测试燃料电池汽车不同性能的外部测试模块，所述的主控系统用于对所述的外部测试模块进行控制管理，所述的主控系统包括：
上位机：用于用户登录、分发测试指令、显示当前综合仪器状态和测试数据；
实时处理器：用于对测试指令和测试数据进行综合控制管理；
所述的实时处理器设置多台，每台实时处理器分别配置相应的功能模块，所有实时处理器通过光纤连接共享反射内存形成一个信息共享的整体控制器；
所述的整体控制器还分别连接上位机和外部测试模块。
所述的实时处理器中的功能模块包括：
环境模型仿真模块：用于对燃料电池汽车动力系统中的数据进行仿真并得到相应的模型数据；
数据分发模块：用于将外部测试模块的测试数据、环境模型仿真模块的模型数据、上位机的指令数据分发至整体控制器中其他对应的功能模块；
数据融合模块：用于对外部测试模块上传的测试数据、环境模型仿真模块生成的模型数据、上位机下发的指令数据和系统配置数据进行融合；
数据存储模块：用于对融合后的数据进行存储；
数据冗余处理模块：用于对数据存储模块中存储的外部测试模块的测试数据进行冗余校验；
通信模块：用于与外部测试模块进行数据通信；
环境模型仿真模块在接收到数据分发模块分发的上位机指令数据以及相关配置信号后进行仿真运算，运算所得的模型数据由数据分发模块分发至数据通信模块，数据通信模块将模型数据发送至各个外部测试模块，并将模型数据用于实际测试；
各个外部测试模块测试产生的测试数据通过通信模块上传至整体控制器，数据融合模块进行数据融合，进而通过数据存储模块进行数据存储，数据冗余处理模块对数据存储模块中的测试数据进行有效性校验，获得正确数据，数据分发模块将正确数据进行分发。
所述的功能模块还包括：
授时模块：用于对整体控制器内所有功能模块和外部测试模块进行时间同步；
运行守护模块：用于监测整体控制器内所有功能模块和外部测试模块的运行状态。
所述的整体控制器设置多种通信接口，并通过多种通信接口中的任意一个或多个与外部测试模块进行通信连接。
所述的多种通信接口包括TCP/IP、ModBus、CAN、EtherCAT和反射内存。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明实时处理器通过光纤连接共享反射内存形成一个信息共享的整体控制器，进而对动力系统综合测试仪器进行综合管理，实现了对多任务、多业务综合控制；
(2)本发明设置数据融合模块和数据分发模块分别实现数据的存储融合与分发功能，保证了数据的安全性和可靠性；
(3)本发明设置授时模块，通过系统同步授时，实现对所有子任务外部测试模块的测量数据采集和实时控制；
(4)本发明采用多种通信方式实现对外部测试模块的管理与控制业务执行，实现了通信数据冗余，保证了测试系统运行的稳定性，测试系统以及数据的可靠性。
附图说明
图1为用于燃料电池汽车动力综合测试仪器的主控系统的结构框图；
图2为授时模块的工作原理框图。
图中，1为上位机，2为以太网交换机，3为实时处理器，4为共享反射内存，5为外部测试模块，31为环境模型仿真模块，32为数据分发模块，33为数据融合模块，34为数据存储模块，35为数据冗余处理模块，36为授时模块，37为运行守护模块，38为通信模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种用于燃料电池汽车动力综合测试仪器的主控系统，综合测试仪器包括多个测试燃料电池汽车不同性能的外部测试模块5，主控系统用于对外部测试模块5进行控制管理，主控系统包括：
上位机1：用于用户登录、分发测试指令、显示当前综合仪器状态和测试数据；上位机1，是与用户交互的媒介，操作员可以通过登录专用项目管理等截面跳转到功能实现主体程序中，实现试验配置、测试执行、状态监控、数据监控以及数据后处理等功能。
实时处理器3：用于对测试指令和测试数据进行综合控制管理；实时处理器3设置多台，每台实时处理器3分别配置相应的功能模块，所有实时处理器3通过光纤连接共享反射内存4形成一个信息共享的整体控制器；整体控制器还分别连接上位机1和外部测试模块5。
所述的实时处理器3中的功能模块包括：
环境模型仿真模块31：用于对燃料电池汽车动力系统中的数据进行仿真并得到相应的模型数据；
数据分发模块32：用于将外部测试模块5的测试数据、环境模型仿真模块31的模型数据、上位机1的指令数据分发至整体控制器中其他对应的功能模块；
数据融合模块33：用于对外部测试模块5上传的测试数据、环境模型仿真模块31生成的模型数据、上位机1下发的指令数据和系统配置数据进行融合；
数据存储模块34：用于对融合后的数据进行存储；
数据冗余处理模块35：用于对数据存储模块34中存储的外部测试模块5的测试数据进行冗余校验；
通信模块38：用于与外部测试模块5进行数据通信；
环境模型仿真模块31在接收到数据分发模块32分发的上位机1指令数据以及相关配置信号后进行仿真运算，运算所得的模型数据由数据分发模块32分发至数据通信模块38，数据通信模块38将模型数据发送至各个外部测试模块5，并将模型数据用于实际测试；
各个外部测试模块5测试产生的测试数据通过通信模块38上传至整体控制器，数据融合模块33进行数据融合，进而通过数据存储模块34进行数据存储，数据冗余处理模块35对数据存储模块34中的测试数据进行有效性校验，获得正确数据，数据分发模块32将正确数据进行分发。
功能模块还包括：
授时模块36：用于对整体控制器内所有功能模块和外部测试模块5进行时间同步；
运行守护模块37：用于监测整体控制器内所有功能模块和外部测试模块5的运行状态。
整体控制器设置多种通信接口，并通过多种通信接口中的任意一个或多个与外部测试模块5进行通信连接。多种通信接口包括TCP/IP、ModBus、CAN、EtherCAT和反射内存4。
本实施例中实时处理器3设置3台，RT01作为模型执行实时执行计算机，主要搭载了环境模型仿真模块31；RT02作为数据处理与数据执行计算机，主要搭载了数据分发模块32、数据冗余处理模块35、运行守护模块37和授时模块36；RT03作为总线数据处理执行计算机，主要搭载了综合仪器各子任务外部测试模块5驱动接口、数据融合模块33、数据存储模块34、授时模块36和通信模块38。可以实现半实物联合仿真，在试验过程中对于电堆状态、车辆工况数据可以通过仿真模块实时计算得到，计算得到的数据分发到各个子任务外部测试模块5中，为实际测试所用。RT01搭载环境模型仿真模块31，在试验过程中对于电堆状态、车辆工况数据可以通过仿真模块实时计算得到，计算得到的数据分发到各个子任务外部测试模块5中，为实际测试所用。RT02通过以太网交换机2连接上位机1。RT01、RT02、RT03是既互相独立又相互联系的三个实时处理器3，分别负责不能功能的执行；同时他们计算、分析、处理后的数据通过共享反射内存4实现共享。数据融合模块33体现在RT03中，融合的数据包括外部测试模块5上传的测试数据、环境模型仿真模块31生成的模型数据、上位机1下发的指令数据和配置数据。数据融合包括数据读取和数据筛选两步，数据读取确保总线上传的数据不丢失。数据筛选去除重复值，得到有效数据。(即在主控接收到子任务的某一数据参数后，在连续几个采样周期内参数值不发生变化的情况下，数据参数值不再存储至主控的内存地址中，以减少地址的占用，便于数据的回放)。数据融合后将数据更新至RT03的数据池中。数据存储模块34同时以2种方式存储1)写入共享反射内存4，写入操作在数据融合之后；2)写入RT03硬盘，以.tdms文件保存。操作员可在上位机1软件上通过手动操作(SVN)上传至服务器，实现服务器的存储。数据冗余处理模块35，首先实现数据的冗余，再对冗余的数据进行数据校验得出正确有效的数据。这里冗余采用两种方式，一种冗余方式是单一数据源的冗余，例如只采用modbus通信，是单一数据源。采用单一数据源的子任务通过建立两条物理通道与主控系统通信，一条为主通道，与RT03建立modbus通信，另一条为冗余通道，与RT02建立modbus通信，从而实现单一数据源的冗余。另一种是多数据源的冗余方式，可以根据外部任务对象的不同采用设定的五种通信方式的几种，例如采用modbus和反射内存两种通信方式与RT03建立连接，存在两种或以上通讯方式的数据，以其中一种通信作为主要通讯，另一种则为冗余数据。实现了数据冗余后，RT02需要对冗余的数据进行校验，判断数据的有效性。校验类型主要包括状态/指令的校验和参数的校验。同时，校验分为数据相等和不相等的两种情况。
授时模块36的工作原理如图2所示，以RT02或RT03作为授时服务器，本实施例以RT02作为授时服务器，按照PTP授时原理进行同步授时。主控系统与外部采用UDP协议进行同步授时，主控系统内部RT02和RT03之间采用UDP和RM(Reflective Memory，反射内存)两种通讯协议来进行PTP同步授时的是时钟偏差的计算，然后通过时钟偏差仲裁机制来确定最终的时钟偏差，并按照此偏差进行主控系统内部RT间的同步授时。
运行守护模块37中守护主要分为ready前守护和运行中守护。Ready前守护主要保证试验开始前系统各个节点的正确性，是必须执行的步骤。由上位机1负责系统内部自检、喂狗检查、系统外部检查、任务系统部署授时、发送就绪指令。
运行中守护保证系统运行过程中处于保护的状态。在系统层级，运行中守护包括主控系统内部的守护和外部系统的守护。运行中守护除了包含Ready前守护中的周期性守护程序(看门狗、授时等)外，其它的守护主要分为对内和对外的守护。

Claims (4)

1.一种用于燃料电池汽车动力综合测试仪器的主控系统，所述的综合测试仪器包括多个测试燃料电池汽车不同性能的外部测试模块(5)，所述的主控系统用于对所述的外部测试模块(5)进行控制管理，其特征在于，所述的主控系统包括：
上位机(1)：用于用户登录、分发测试指令、显示当前综合仪器状态和测试数据；
实时处理器(3)：用于对测试指令和测试数据进行综合控制管理；
所述的实时处理器(3)设置多台，每台实时处理器(3)分别配置相应的功能模块，所有实时处理器(3)通过光纤连接共享反射内存(4)形成一个信息共享的整体控制器；
所述的整体控制器还分别连接上位机(1)和外部测试模块(5)；
所述的实时处理器(3)中的功能模块包括：
环境模型仿真模块(31)：用于对燃料电池汽车动力系统中的数据进行仿真并得到相应的模型数据；
数据分发模块(32)：用于将外部测试模块(5)的测试数据、环境模型仿真模块(31)的模型数据、上位机(1)的指令数据分发至整体控制器中其他对应的功能模块；
数据融合模块(33)：用于对外部测试模块(5)上传的测试数据、环境模型仿真模块(31)生成的模型数据、上位机(1)下发的指令数据和系统配置数据进行融合；
数据存储模块(34)：用于对融合后的数据进行存储；
数据冗余处理模块(35)：用于对数据存储模块(34)中存储的外部测试模块(5)的测试数据进行冗余校验；
通信模块(38)：用于与外部测试模块(5)进行数据通信；
环境模型仿真模块(31)在接收到数据分发模块(32)分发的上位机(1)指令数据以及相关配置信号后进行仿真运算，运算所得的模型数据由数据分发模块(32)分发至数据通信模块(38)，数据通信模块(38)将模型数据发送至各个外部测试模块(5)，并将模型数据用于实际测试；
各个外部测试模块(5)测试产生的测试数据通过通信模块(38)上传至整体控制器，数据融合模块(33)进行数据融合，进而通过数据存储模块(34)进行数据存储，数据冗余处理模块(35)对数据存储模块(34)中的测试数据进行有效性校验，获得正确数据，数据分发模块(32)将正确数据进行分发。
2.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池汽车动力综合测试仪器的主控系统，其特征在于，所述的功能模块还包括：
授时模块(36)：用于对整体控制器内所有功能模块和外部测试模块(5)进行时间同步；
运行守护模块(37)：用于监测整体控制器内所有功能模块和外部测试模块(5)的运行状态。
3.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池汽车动力综合测试仪器的主控系统，其特征在于，所述的整体控制器设置多种通信接口，并通过多种通信接口中的任意一个或多个与外部测试模块(5)进行通信连接。
4.根据权利要求3所述的一种用于燃料电池汽车动力综合测试仪器的主控系统，其特征在于，所述的多种通信接口包括TCP/IP、ModBus、CAN、EtherCAT和反射内存。
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