CN110515312A - 一种混合动力系统的硬件在环测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种混合动力系统的硬件在环测试系统及方法，所述系统包括动力系统模型，所述测试系统还包括：处理器，用于接收、处理所述动力系统模型的运动信息；控制器，用于控制所述动力系统模型的运动状态、运动方向或运动时间；监控单元，用于监测或控制所述动力系统模型的运行，并传递监控数据；计算机系统，用于计算、显示、处理所述动力系统模型运行的数据，并向所述处理器下达控制命令；仿真模块，用于建立车辆仿真模型并实时显示车辆仿真模型运行状态动画；本发明实现了动力系统的硬件在环测试和远程测试，有利于用户实现混合动力系统的全工况快速测试，缩短测试周期，降低试验风险。
Description
技术领域
本发明涉及模拟仿真测试技术领域，且更具体地涉及一种混合动力系统的硬件在环测试系统及方法。
背景技术
混合动力系统的硬件在环测试因为效率、发动机以及电机的影响，动力源的实际功率往往会偏离其预定轨迹运行，同时由于工况的特殊性，系统能否快速稳定的对外供电，并保持母线电压的稳定性也是一个值得关注的问题。这些问题的解决，则需要相应的控制策略对系统进行控制，协调部件之间的工作，使系统平稳运行。
目前，在市场上，电动车整车控制器种类繁多，但是控制器的各项性能很难评估，只采用实车对整车控制器进行测试，不仅性价比低、而且测试工况有限，尤其不能测试汽车极限行驶工况下整车控制器的性能。而且整车控制器内的控制策略不断增加，传统的检测方法已经不能满足测试精度和要求。现有的整车控制器测试大部分集中于模型在环、软件在环，这两个阶段的测试精度也达不到实车测试要求，而在实车测试时，不仅需要驾驶员，测试工程师同时也要在现场进行测试实验，测试时间易受到环境与道路的影响，测试效率低，测试成本高，如果在实车测试阶段，发现整车控制器存在问题，需要重新返回前期开发阶段进行修整，不仅延长了整车控制器的开发时间，而且增加了开发成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混合动力系统的硬件在环测试系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种混合动力系统的硬件在环测试系统及方法，包括动力系统模型，所述测试系统还包括：
一种混合动力系统的硬件在环测试系统，包括动力系统模型，其特征在于：所述测试系统还包括：
处理器，用于接收、处理所述动力系统模型的运动信息；
控制器，用于控制所述动力系统模型的运动状态、运动方向或运动时间；
监控单元，用于监测或控制所述动力系统模型的运行，并传递监控数据；
计算机系统，用于计算、显示、处理所述动力系统模型运行的数据，并向所述处理器下达仿真运算控制命令；
仿真模块，用于建立车辆仿真模型并实时显示车辆仿真模型运行状态动画；
其中所述处理器通过通讯模块与计算机系统连接，所述仿真模块与所述计算机系统连接，所述处理器与所述控制器连接，所述控制器与所述监控单元连接。
作为本发明进一步的技术的方案，所述处理器内设置有处理器板，所述处理器板连接有I/O接口板，所述处理器为基于ARM Cortex-M3的32位微处理器。
作为本发明进一步的技术的方案，所述仿真模块包括信号输入端口、仿真器、显示屏以及信号输出端口，其中所述仿真器为J-LINK V8仿真器。
作为本发明进一步的技术的方案，所述仿真器内还设置有仿真平台，所述仿真平台为基于dSPACE平台的仿真平台，所述dSPACE平台设置有CAN总线接口，所述CAN总线接口具有可扩展的实时接口库RTI接口。
作为本发明进一步的技术的方案，所述通讯模块包含PHS总线或CAN通讯模块。
作为本发明进一步的技术的方案，所述动力系统模型为车辆模型。
作为本发明进一步的技术的方案，所述计算机系统设置有与远程监控中心通讯的无线通讯单元或有线通讯单元，所述无线通讯单元为Zig-Bee通讯模块、GPRS通信模块、3G网络、4G网络或UWB模块，所述有线通讯单元为基于CAN总线的通讯模块。
为实现上述目的，本发明还提供如下技术方案：
一种混合动力系统的硬件在环测试方法，所述方法包括利用上述技术方案的在环测试系统进行仿真，并且仿真过程基于dSPACE平台实现，所述仿真方法为：
(1)数据设置：设置控制器控制所述动力系统模型的控制范围，并将所述动力系统模型与所述dSPACE平台连接通讯，设置所述动力系统模型的接口定义和所述dSPACE平台之间的信息交换协议与接口协议；
其中所述控制范围包含有：所述动力系统模型的轮次、运动方向、运动时间、油门踏板工作时间、制动踏板的工作时间、转向盘的转动方向或转角、换挡手柄的工作状态和显示终端的显示时间；
(2)产生所述动力系统模型运动数据：按照所述步骤(1)设置的信息，运行所述动力系统模型，所述动力系统模型产生的数据传递到计算机；
(3)数据仿真计算；计算机接收所述动力系统模型产生的数据，并启动仿真软件，通过仿真软件模拟、计算所述动力系统模型的运动状态；
(4)仿真数据处理：通过所述实时接口库RTI与MATLAB软件中的实时接口库RTI联合，以共同生成所述dSPACE平台所需要的代码程序，并设置所述动力系统模型的所述实时接口库RTI的配置参数，并将所述配置参数下的目标系统文件改为所述实时接口库RTI 对应的DSPACE硬件系统文件，然后进行一键自动生成代码，所述dSPACE平台实时生成，编译，连接和下载已经生成的代码；
(5)数据应用：所述仿真数据通过计算机显示屏进行数据显示、实时观察变量曲线、显示系统状态、在线调整参数等，以实现控制器的参数标定和效果评估；
(6)数据共享与传递：所述计算机系统设置将所述动力系统模型产生的数据通过无线通讯单元或有线通讯单元远程地传递到监控中心。
作为本发明进一步的技术的方案，所述仿真软件为DSPACE软件或MATLAB仿真软件，并且所述MATLAB仿真软件连接有C语言编译器，所述DSPACE软件连接有实时接口库RTI；或
所述仿真数据通过ControlDesk软件平台实施工具软件包与目标控制器进行硬件在环仿真。
积极有益的效果:
本发明结构容易搭建，为测试混合动力系统硬件装置提供测试手段和方法，其性价比较高，可以实现测试汽车故障和极限行驶工况下整车控制器的性能，本发明还能够实现数据的远距离通讯，不必在现场跟踪测试数据状态，大大便利了用户检测的范围，测试准确度高，降低了测试成本。
附图说明
图1为本发明一种混合动力系统的硬件在环测试系统的结构示意图；
图2为本发明一种混合动力系统的硬件在环测试系统的实施例示意图；
图3为本发明一种混合动力系统的硬件在环测试系统中仿真模块的示意图；
图4为本发明一种混合动力系统的硬件在环测试系统的另一种实施例示意图。
图5为本发明一种混合动力系统的硬件在环测试方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图3所示，一种混合动力系统的硬件在环测试系统，包括动力系统模型，所述测试系统还包括：处理器，用于接收、处理所述动力系统模型的运动信息；控制器，用于控制所述动力系统模型的运动状态、运动方向或运动时间；监控单元，用于监测或控制所述动力系统模型的运行，并传递监控数据；计算机系统，用于计算、显示、处理所述动力系统模型运行的数据，并向所述处理器下达控制命令；仿真模块，用于建立车辆仿真模型并实时显示车辆仿真模型运行状态动画；其中所述处理器通过通讯模块与计算机系统连接，所述仿真模块与所述计算机系统连接，所述处理器与所述控制器连接，所述控制器与所述监控单元连接。
在本发明中，所述处理器内设置有处理器板，所述处理器板连接有I/O接口板。通过 I/O接口板能够实现数据的输入和输出。
在本发明中，所述处理器为基于ARM Cortex-M3的32位微处理器。在其它实施例中，也可以采用其它实施例。
在本发明中，所述仿真模块包括信号输入端口、仿真器、显示屏以及信号输出端口，其中所述仿真器为J-LINK V8仿真器。
在本发明中，所述仿真器内还设置有仿真平台，所述仿真平台为基于dSPACE平台的仿真平台。
在本发明中，所述dSPACE平台设置有CAN总线接口，所述CAN总线接口具有可扩展的实时接口库RTI接口。
在本发明中，所述通讯模块包含PHS总线或CAN通讯模块。本试验基于J1939-21制定的CAN通讯协议，PDU格式如下表所示。(单位：bit)
PGN参数组号：R DP PF PS
(1)当PF<240时，是PDU1格式，可以发送命令帧、广播帧、私有帧、请求帧、应答帧。此时PS为DA(目的地址)
当PF>＝240时，是PDU2格式，不能发送命令帧，只能发送广播帧，发送私有帧(广域发送)。此时PS为GE(参数组扩展编号)。
(2)源地址SA：网络中的一个设备应该有一个给定的源地址，源地址也保证按照CAN的要求每一个CAN标识符都是唯一的。。
(3)Priority：优先级位，3位组成，构成8个优先级，一般规定与控制有关的优先级为3，其他传送的信息、请求、确认帧优先级为：6。当总线出现P相同时，为了避免总线资源浪费，PGN号大的节点优先级低，将会自动退出总线仲裁机制。总线权交给最低 PGN号的节点。
(4)DATA FIELD：数据域有8个字节组成。将物理意义相近的一组参数组成参数组放在8个字节中。充分利用资源。
CAN扩展29位标识符进行定义，占四个字节。其分配表如下表所示：
在本发明中，所述动力系统模型为车辆模型。
在本发明中，所述计算机系统设置有与远程监控中心通讯的无线通讯单元或有线通讯单元，所述无线通讯单元为Zig-Bee通讯模块、GPRS通信模块、3G网络、4G网络或UWB 模块，所述有线通讯单元为基于CAN总线的通讯模块。
下面结合本发明的具体实施例，对本发明做进一步说明。
在工作时，如图4所示，监控单元监控动力系统的模型和运行状态，处理器对动力系统模型的运行状态进行处理，通讯模块将处理器处理的结果通过通讯模块传递到远程监控中心进行远程监控，仿真模块通过仿真器实现对数据的仿真。在一种实施例中，如图4所示，仿真工作在dSPACE平台上完成，车辆模型在dSPACE平台中运行，代替实际车辆。dSPACE平台与HCU间的信号通过CAN总线传递。实验数据的显示、采集主要通过dSPACE平台在计算机上实现。实际仿真系统中，EMT系统和车辆模型与综合控制器的信息交换暂时都通过CAN总线通信来实现。仿真系统如图4所示，在本发明使用的dSPACE平台是标准组件系统MicroAutoBo，dSPACE组件系统是由处理器板与外围I/O板。通过PHS总线构成的大系统，具有处理器板与外围I/O板任意可扩展性，用户可以根据自己的需要扩展处理器板或I/O板。处理器板通过PHS总线连接在一起，处理器之间的数据传输速率高达1Gbit/s 以上。I/O板和处理器板之间可通过共享内存，通过光纤接口进行数据交换。dSPACE处理器板以高性能的PowerPC处理器为核心，可以实现高速运算与I/O的处理。本发明技术方案不仅能够实现数据的模拟仿真，还能够将仿真数据远程监测和控制。
在另一种实施例中，如图5所示。一种混合动力系统的硬件在环测试方法，所述方法包括利用上述技术方案的在环测试系统进行仿真，并且仿真过程基于dSPACE平台实现，所述仿真方法为：
(1)数据设置：设置控制器控制所述动力系统模型的控制范围，并将所述动力系统模型与所述dSPACE平台连接通讯，设置所述动力系统模型的接口定义和所述dSPACE平台之间的信息交换协议与接口协议；
其中所述控制范围包含有：所述动力系统模型的轮次、运动方向、运动时间、油门踏板工作时间、制动踏板的工作时间、转向盘的转动方向或转角、换挡手柄的工作状态和显示终端的显示时间。
(2)产生所述动力系统模型运动数据：按照所述步骤(1)设置的信息，运行所述动力系统模型，所述动力系统模型产生的数据传递到计算机。
(3)数据仿真计算；计算机接收所述动力系统模型产生的数据，并启动仿真软件，通过仿真软件模拟、计算所述动力系统模型的运动状态。
在本步骤中，所述仿真软件为DSPACE软件或MATLAB仿真软件，并且所述MATLAB仿真软件连接有C语言编译器，所述DSPACE软件连接有实时接口库RTI；或
所述仿真数据通过ControlDesk软件平台实施工具软件包与目标控制器进行硬件在环仿真。
在仿真计算时，更具体地讲，还可以将DSPACE的TDE集成开发环境和MATLAB相连，在MATLAB中重新外加一个c编译器，然后修改仿真系统模型，修改模型步骤如下：删除仿真模型中原有的控制器部分，DSPACE软件所提供的实时接口库(Real_Time Interface，简称RTI库)允许通过拖拽图标的方式来指定用户I/O接口，从该库中用拖放指令指定实时仿真所需要的I/O模块，并设置相应的模块参数。RTI与MATLAB的RTW可联合共同生成 DSPACE设备所需要的代码程序，设置模型的相关RTW配置参数，将目标系统文件改为相应的DSPACE硬件系统文件。然后进行一键自动代码生成，系统会自动实现实时代码生成，编译，连接和下载。最后用ControlDesk实施工具软件包与目标控制器进行硬件在环仿真，其中可以实时观察变量曲线，显示系统状态，在线调整参数等，实现控制器的参数标定和效果评估。
DSPACE提供的实时接口库RTI有很多功能，主要使用的有标准I/O功能，除此之外，还支持在Simulink模型中完成指定部分模型为定时执行、指定中断和定时任务的优先级等操作。将仿真系统模型通过RTI实现并载入到DSPACE硬件设备中，之后由ControlDesk 来操作实现动态数据的实时显示和其他的基本操作功能，而且ControlDesk能够保存实时数据。
(4)仿真数据处理：通过所述实时接口库RTI与MATLAB软件中的实时接口库RTI联合，以共同生成所述dSPACE平台所需要的代码程序，并设置所述动力系统模型的所述实时接口库RTI的配置参数，并将所述配置参数下的目标系统文件改为所述实时接口库RTI 对应的DSPACE硬件系统文件，然后进行一键自动生成代码，所述dSPACE平台实时生成，编译，连接和下载已经生成的代码；
(5)数据应用：所述仿真数据通过计算机显示屏进行数据显示、实时观察变量曲线、显示系统状态、在线调整参数等，以实现控制器的参数标定和效果评估；
(6)数据共享与传递：所述计算机系统设置将所述动力系统模型产生的数据通过无线通讯单元或有线通讯单元远程地传递到监控中心。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种混合动力系统的硬件在环测试系统，包括动力系统模型，其特征在于：所述测试系统还包括：
处理器，用于接收、处理所述动力系统模型的运动信息；
控制器，用于控制所述动力系统模型的运动状态、运动方向或运动时间；
监控单元，用于监测或控制所述动力系统模型的运行，并传递监控数据；
计算机系统，用于计算、显示、处理所述动力系统模型运行的数据，并向所述处理器下达控制命令；
仿真模块，用于建立车辆仿真模型并实时显示车辆仿真模型运行状态动画；
其中所述处理器通过通讯模块与计算机系统连接，所述仿真模块与所述计算机系统连接，所述处理器与所述控制器连接，所述控制器与所述监控单元连接。
2.根据权利要求1所述的一种混合动力系统的硬件在环测试系统，其特征在于：所述处理器内设置有处理器板，所述处理器板连接有I/O接口板，所述处理器为基于ARM Cortex-M3的 32位微处理器。
3.根据权利要求1所述的一种混合动力系统的硬件在环测试系统，其特征在于：所述仿真模块包括信号输入端口、仿真器、显示屏以及信号输出端口，其中所述仿真器为J-LINKV8仿真器。
4.根据权利要求3所述的一种混合动力系统的硬件在环测试系统，其特征在于：所述仿真器内还设置有仿真平台，所述仿真平台为基于dSPACE平台的仿真平台，所述dSPACE平台设置有CAN总线接口，所述CAN总线接口具有可扩展的实时接口库RTI接口。
5.根据权利要求1所述的混合动力系统的硬件在环测试系统，其特征在于：所述通讯模块包含PHS总线或CAN通讯模块。
6.根据权利要求1所述的一种混合动力系统的硬件在环测试系统，其特征在于：所述动力系统模型为车辆模型。
7.根据权利要求1所述的一种混合动力系统的硬件在环测试系统，其特征在于：所述计算机系统设置有与远程监控中心通讯的无线通讯单元或有线通讯单元，所述无线通讯单元为Zig-Bee通讯模块、GPRS通信模块、3G网络、4G网络或UWB模块，所述有线通讯单元为基于CAN总线的通讯模块。
8.一种混合动力系统的硬件在环测试方法，其特征在于：所述方法包括利用权利要求1至7任意一项所述的权利要求在环测试系统进行仿真，并且仿真过程基于dSPACE平台实现，所述仿真方法为：
（1）数据设置：设置控制器控制所述动力系统模型的控制范围，并将所述动力系统模型与所述dSPACE平台连接通讯，设置所述动力系统模型的接口定义和所述dSPACE平台之间的信息交换协议与接口协议；
其中所述控制范围包含有：所述动力系统模型的轮次、运动方向、运动时间、油门踏板工作时间、制动踏板的工作时间、转向盘的转动方向或转角、换挡手柄的工作状态和显示终端的显示时间；
（2）产生所述动力系统模型运动数据：按照所述步骤（1）设置的信息，运行所述动力系统模型，所述动力系统模型产生的数据传递到计算机；
（3）数据仿真计算；计算机接收所述动力系统模型产生的数据，并启动仿真软件，通过仿真软件模拟、计算所述动力系统模型的运动状态；
（4）仿真数据处理：通过所述实时接口库RTI与MATLAB软件中的实时接口库RTI联合，以共同生成所述dSPACE平台所需要的代码程序，并设置所述动力系统模型的所述实时接口库RTI的配置参数，并将所述配置参数下的目标系统文件改为所述实时接口库RTI对应的DSPACE硬件系统文件，然后进行一键自动生成代码，所述dSPACE平台实时生成，编译，连接和下载已经生成的代码；
（5）数据应用：所述仿真数据通过计算机显示屏进行数据显示、实时观察变量曲线、显示系统状态、在线调整参数等，以实现控制器的参数标定和效果评估；
（6）数据共享与传递：所述计算机系统设置将所述动力系统模型产生的数据通过无线通讯单元或有线通讯单元远程地传递到监控中心。
9.根据权利要求8所述的一种混合动力系统的硬件在环测试方法，其特征在于：所述仿真软件为dSPACE软件或MATLAB仿真软件，并且所述MATLAB仿真软件连接有C语言编译器，所述dSPACE软件连接有实时接口库RTI；或所述仿真数据通过ControlDesk软件平台实施工具软件包与目标控制器进行硬件在环仿真。
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