CN110609492A - 混合动力总成关键部件半实物仿真测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力总成关键部件半实物仿真测试系统及方法，包括HIL系统和测功机台架；所述测功机台架包括扭矩法兰、测功机、变频器和台架测控系统，所述扭矩法兰与测功机通过物理轴连接；所述测功机的转速及负载通过变频器控制，并将实际转速信号反馈至变频器；所述台架测控系统通过通讯线路分别与扭矩法兰和变频器进行通讯；所述HIL系统通过第一路CAN总线与台架测控系统连接；将被测的真实混合动力总成关键部件通过物理传动轴与扭矩法兰连接，将被测的真实控制器通过第二路CAN总线与HIL系统连接。本发明能够将传统的HIL系统和测功机台架进行集成，形成半实物在环测试系统。

Description

混合动力总成关键部件半实物仿真测试系统及方法

技术领域

本发明属于混合动力总成试验技术领域，具体涉及一种混合动力总成关键部件半实物仿真测试系统及方法。

背景技术

汽车的电子控制单元（比如：发动机控制器、变速器控制器、电机控制器、电池控制器等）设计结束后，需要进行全方面的系统功能测试。为了缩短开发周期，节约开发成本，通常采用半实物仿真技术来进行测试。HIL测试是半实物仿真测试的一种，即在HIL测试中使用真实控制器、虚拟被控对象和虚拟环境，主要面向控制单元的硬件和软件系统测试验证。虚拟被控对象和虚拟环境主要通过实时软件模型来仿真实现。通过将仿真结果发送至真实控制器，来模拟控制器所处的真实环境，并将控制器分析处理后的输出信号回传至HIL测试中的主控设备。

除控制单元外，为了进一步提升发动机、变速器、电机等动力总成核心系统部件的设计品质，达到更加优质的机车匹配效果，并缩短开发周期，提前暴露问题，会在具有整车道路工况模拟功能的测功机台架上对动力总成核心系统部件进行专项测试。但因测功机台架的主控系统内置的通常为简化的传动系统、车辆动力学、路面等通用模型，仅能够实现只有发动机和变速器的传统动力整车道路工况模拟测试。

目前随着汽车电动化的快速发展，混合动力总成因系统架构较以前复杂了很多，电子控制单元之间的信息交互也越来越复杂，当前常规的道路工况模拟技术在面向构型多样化、控制模式复杂化的混合动力整车道路工况测试则无法满足需求。由于传统动力整车道路工况模拟技术的模型通用化程度高、变化自由度低，且相比混合动力整车，模型组成过于简化，如用于混合动力整车道路工况模拟试验，测试结果失真度大，结果无法用于支撑整车开发。因此，在混合动力整车快速发展的阶段，亟需一种能够在单电机测功机台架上，实现混合动力整车道路工况模式测试的技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合动力总成关键部件半实物仿真测试系统及方法，它能将传统的HIL系统和测功机台架进行集成，形成半实物在环测试系统，以实现发动机或电机等混合动力总成关键部件、测功机台架与混合动力整车仿真模型和驾驶员模型等的实时交互；在混合动力核心系统开发初期对各控制器软件、发动机在整车中的表现和总成匹配等进行先期评估，能解决混合动力整车开发阶段问题集中暴露的行业开发难题。

本发明所述的一种混合动力总成关键部件半实物仿真测试系统，包括HIL系统和测功机台架；

所述测功机台架包括扭矩法兰、测功机、变频器和台架测控系统，所述扭矩法兰与测功机通过物理轴连接；所述测功机的转速及负载通过变频器控制，并将实际转速信号反馈至变频器；所述台架测控系统通过通讯线路分别与扭矩法兰和变频器进行通讯；所述HIL系统通过第一路CAN总线与台架测控系统连接；

将被测的真实混合动力总成关键部件通过物理传动轴与扭矩法兰连接，将被测的真实控制器通过第二路CAN总线与HIL系统连接；

将仿真模型载入到HIL系统的计算机中；所述仿真模型包括道路模型、环境模型、驾驶员模型以及车辆除被测对象外的混合动力整车模型，所述被测对象为真实混合动力总成关键部件和真实控制器；

在测试过程中，HIL系统通过第一路CAN总线与台架测控系统进行数据的实时交互，同时通过第二路CAN总线与真实控制器进行数据的实时交互。

本发明所述的一种混合动力总成关键部件半实物仿真测试方法，采用如本发明所述的混合动力总成关键部件半实物仿真测试系统，其控制方法包括以下步骤：

步骤S101：建立仿真模型和相应的接口，设置转速设定值和扭矩设定值；

步骤S102：将仿真模型载入HIL系统的计算机中，并配置相应的物理通道；

步骤S103：在测功机台架为空载的情况下，在HIL系统中调节转速设定值，以正弦波的方式往复变化若干次，测功机按该转速设定值执行转速控制，并将实际转速信号反馈给HIL系统，检查HIL系统接收到的实际转速与转速设定值之间的偏差及延迟时间；如偏差和延迟满足要求，执行步骤S104，如偏差和延迟过大，则调节测功机的PID控制参数和CAN传输频率等，直到偏差和延迟达到要求；

步骤S104：在HIL系统中建立道路工况模拟的测试序列，并开始测试；

步骤S105：HIL系统按步骤S104的运行工况实时计算出被测对象的工作模式；

步骤S106：测功机台架判断步骤S105所得的被测对象的工作模式是否为扭矩控制模式，如果是，则执行步骤S107，如果为转速控制模式，则跳至步骤S110；

步骤S107：切换测功机台架为转速控制模式；

步骤S108：HIL系统将扭矩设定值发给真实控制器；

步骤S109：HIL系统将转速设定值发给测功机台架，并进入步骤S110；

步骤S110：切换测功机台架为扭矩控制模式；

步骤S111：HIL系统将扭矩设定值发给测功机台架；

步骤S112：HIL系统将转速设定值发给真实控制器；

步骤S113：测功机台架实时采集传动轴的扭矩信号和转速信号；

步骤S114：测功机台架将试验数据发给HIL系统，HIL系统记录试验数据。

本发明具有以下优点：本发明充分利用了整车性能开发所使用的CAE仿真模型，利用了HIL软件模型开放度高、零活度高等特点，有效地将混合动力整车等模型与测功机台架、被测对象实物进行了实时耦合，通过自由切换不同构型混合动力产品的模型及软件控制策略，在测功机台架上快速实现不同车型的道路工况模拟、动力总成系统选型匹配、控制策略在线优化、控制器开发以及整车在线标定等试验验证能力，能够缩短混合动力整车项目开发周期，降低整车样车及试验成本。

附图说明

图1 为本发明的原理框图；

图2为本发明的流程图；

图中：1、被测对象，2、HIL系统，3、测功机台架，4、真实混合动力总成关键部件，5、真实控制器，6、扭矩法兰，7、测功机，8、变频器，9、台架测控系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本实施例中，一种混合动力总成关键部件半实物仿真测试系统，包括HIL系统2和测功机台架3。所述测功机台架3包括扭矩法兰6、测功机7、变频器8和台架测控系统9，所述扭矩法兰6与测功机7通过物理轴连接；所述测功机7的转速及负载通过变频器8控制，并将实际转速信号反馈至变频器8；所述台架测控系统9通过通讯线路分别与扭矩法兰6和变频器8进行通讯。所述HIL系统2通过第一路CAN总线与台架测控系统9连接。

测试前，将被测的真实混合动力总成关键部件4通过物理传动轴与扭矩法兰6连接，将被测的真实控制器5通过第二路CAN总线与HIL系统2连接。将仿真模型载入到HIL系统2的计算机中；所述仿真模型包括道路模型、环境模型、驾驶员模型以及车辆除被测对象1外的混合动力整车模型，所述被测对象1为真实混合动力总成关键部件4和真实控制器5。

在测试过程中，HIL系统2通过第一路CAN总线与台架测控系统9进行数据的实时交互，同时通过第二路CAN总线与真实控制器5进行数据的实时交互。

如图2所示，本实施例中，一种混合动力总成关键部件半实物仿真测试方法，采用如本实施例中所述的混合动力总成关键部件半实物仿真测试系统，其控制方法包括以下步骤：

步骤S101：建立仿真模型和相应的接口，设置转速设定值和扭矩设定值；具体为：

建立道路模型、环境模型、驾驶员模型以及车辆除被测对象1外的混合动力整车模型，仿真模型能够根据耦合的测功机台架3和被测对象1类型（发动机、电机以及变速器）差异，灵活地与测功机台架3上被测对象1的物理轴耦合，与被测对象1控制器信号交互接口，实现转速、扭矩的目标值设定（即转速设定值、扭矩设定值）和关联性计算；整车运行工况能够通过油门、刹车和目标档位等输入变量进行自由控制。

步骤S102：将仿真模型载入HIL系统2的计算机中，并配置相应的物理通道，实现仿真模型的接口与实际物理通道之间的映射。计算机具有软件系统（即HIL测试系统软件），能够实时监测仿真模型关键运行参数，能够实时控制整车运行工况和运行模式；同时计算机能够根据测功机台架3及被测对象1类型所设置的接口，通过HIL系统2与测功机台架3、被测对象1（指被测的“真实控制器”）以及外部物理信号模拟单元进行信号的实时接收和发送。

步骤S103：检查系统的通信延迟和控制精度，具体为：

在测功机台架3为空载的情况下，在HIL系统2中调节转速设定值，以正弦波的方式往复变化若干次，测功机7按该转速设定值执行转速控制，并将实际转速信号反馈给HIL系统2，检查HIL系统2接收到的实际转速与转速设定值之间的偏差及延迟时间；如偏差和延迟满足要求，执行步骤S104，如偏差和延迟过大，则调节测功机7的PID控制参数和CAN传输频率等，直到偏差和延迟达到要求。

步骤S104：在HIL系统2中建立道路工况模拟的测试序列，并开始测试。

其中：按照车辆准备、台架准备、运行工况顺序、数据保存、运行停止等步骤建立道路工况模拟的测试序列。

步骤S105：HIL系统2按步骤S104的运行工况实时计算出被测对象1的工作模式，并把被测对象1的工作模式的工作模式发送给测功机台架3。

步骤S106：测功机台架3判断步骤S105所得的被测对象1的工作模式是否为扭矩控制模式，如果是，则执行步骤S107，如果为转速控制模式，则跳至步骤S110。

步骤S107：切换测功机台架3为转速控制模式。

步骤S108：HIL系统2将扭矩设定值发给真实控制器5。

步骤S109：HIL系统2将转速设定值发给测功机台架3，并进入步骤S110。

步骤S110：切换测功机台架3为扭矩控制模式。

步骤S111：HIL系统2将扭矩设定值发给测功机台架3。

步骤S112：HIL系统2将转速设定值发给真实控制器5。

步骤S113：在测试过程中，测功机台架3实时采集传动轴的扭矩信号和转速信号。

步骤S114：测功机台架3将试验数据发给HIL系统2，HIL系统2记录试验数据。

台架测控系统有两种模式，也就是具有两个闭环控制系统。当把转速设定值给台架测控系统时，台架测控系统是通过调节 “扭矩调节量”来改变测功机输出的力矩，使实际转速达到转速设定值。当把扭矩设定值给台架测控系统时，台架测控系统是通过调节“扭矩调节量” 来改变测功机输出的力矩，使实际扭矩达到扭矩设定值。

本测试系统及测试方法能用于发动机、电机、变速箱等的测试。

Claims (2)

1.一种混合动力总成关键部件半实物仿真测试系统，其特征在于：包括HIL系统（2）和测功机台架（3）；

所述测功机台架（3）包括扭矩法兰（6）、测功机（7）、变频器（8）和台架测控系统（9），所述扭矩法兰（6）与测功机（7）通过物理轴连接；所述测功机（7）的转速及负载通过变频器（8）控制，并将实际转速信号反馈至变频器（8）；所述台架测控系统（9）通过通讯线路分别与扭矩法兰（6）和变频器（8）进行通讯；所述HIL系统（2）通过第一路CAN总线与台架测控系统（9）连接；

将被测的真实混合动力总成关键部件（4）通过物理传动轴与扭矩法兰（6）连接，将被测的真实控制器（5）通过第二路CAN总线与HIL系统（2）连接；

将仿真模型载入到HIL系统（2）的计算机中；所述仿真模型包括道路模型、环境模型、驾驶员模型以及车辆除被测对象（1）外的混合动力整车模型，所述被测对象（1）为真实混合动力总成关键部件（4）和真实控制器（5）；

在测试过程中，HIL系统（2）通过第一路CAN总线与台架测控系统（9）进行数据的实时交互，同时通过第二路CAN总线与真实控制器（5）进行数据的实时交互。

2.一种混合动力总成关键部件半实物仿真测试方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的混合动力总成关键部件半实物仿真测试系统，其控制方法包括以下步骤：

步骤S101：建立仿真模型和相应的接口，设置转速设定值和扭矩设定值；

步骤S102：将仿真模型载入HIL系统（2）的计算机中，并配置相应的物理通道；

步骤S103：在测功机台架（3）为空载的情况下，在HIL系统（2）中调节转速设定值，以正弦波的方式往复变化若干次，测功机（7）按该转速设定值执行转速控制，并将实际转速信号反馈给HIL系统（2），检查HIL系统（2）接收到的实际转速与转速设定值之间的偏差及延迟时间；如偏差和延迟满足要求，执行步骤S104，如偏差和延迟过大，则调节测功机（7）的PID控制参数和CAN传输频率等，直到偏差和延迟达到要求；

步骤S104：在HIL系统（2）中建立道路工况模拟的测试序列，并开始测试；

步骤S105：HIL系统（2）按步骤S104的运行工况实时计算出被测对象（1）的工作模式；

步骤S106：测功机台架（3）判断步骤S105所得的被测对象（1）的工作模式是否为扭矩控制模式，如果是，则执行步骤S107，如果为转速控制模式，则跳至步骤S110；

步骤S107：切换测功机台架（3）为转速控制模式；

步骤S108：HIL系统（2）将扭矩设定值发给真实控制器（5）；

步骤S109：HIL系统（2）将转速设定值发给测功机台架（3），并进入步骤S110；

步骤S110：切换测功机台架（3）为扭矩控制模式；

步骤S111：HIL系统（2）将扭矩设定值发给测功机台架（3）；

步骤S112：HIL系统（2）将转速设定值发给真实控制器（5）；

步骤S113：测功机台架（3）实时采集传动轴的扭矩信号和转速信号；

步骤S114：测功机台架（3）将试验数据发给HIL系统（2），HIL系统（2）记录试验数据。