CN110751873A - 一种新能源汽车整车电控实训台与实际车辆互联方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新能源汽车整车电控实训台与实际车辆互联方法，通过硬件接入，可以获取真实车辆系统及子系统数据以及将外部数据注入车辆电子电器系统，从而实现电控实训台系统与实际车辆的互联融合；其解决的技术方案是包括车辆、车辆程控断线及信号采集系统单元、实训台、开发控制器、镜像控制器、上位机软件及安全管理系统、信号收发单元；本发明集成了纯模拟实训台和半实物实训台的优点，实训台部分简单、硬件成本低，一个台子可以复用到多种控制器的开发项目中，所用数据为真实的车辆传感器执行器数据。

Description

一种新能源汽车整车电控实训台与实际车辆互联方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，具体是一种新能源汽车整车电控实训台与实际车辆互联方法。

背景技术

新能源汽车电控实训台是一种应用在新能源汽车开发过程中进行控制器软件开发及控制策略教学的台架。实训台在不同的场景下，由于被控对象不同，会衍生出多种类型，如整车控制器（VCU）电控实训台、电池管理系统（BMS）电控实训台、电机控制器系统（MCU）电控实训台、车身控制器系统（BCM）电控实训台等。

电控实训台一般由以下几部分组成：系统控制器、信号仿真单元、传感器及负载、管理系统、机械台架，如图1所示。在不同的场景下，其控制器程序、负载也不同，但总体架构保持不变。其中控制器运行控制策略；信号仿真单元给出实训台所模拟的子系统的边界信号；传感器及负载为控制器的输入输出；管理系统用于信号测量及用户交互；机械台架为系统的硬件支撑载体。

以上实训台架构，传感器及负载如果全部采用开关、电位计或软件开关模拟的故障，称为纯模拟实训台。纯模拟实训台的优点在于成本较低，并且可以通过软件配置的方式，让实训台从一种类型切换到另外的类型，如VCU实训台切换成BMS实训台，从而丰富实用场景，增加实训台的使用效益。

以上实训台架构，如果引入了一部分实车的零部件替代模拟传感器或者模拟负载，称为半实物实训台。半实物实训台在外观和信号表现上更接近于真实系统。

但是，以上两类传统实训台存在以下不足：

1、纯模拟实训台。完全脱离的真实环境，其在教学中的体验较差。

2、半实物实训台。实训台设计完毕后，即只能应用于单一场景下，成本较高。

3、以上两类实训台一般都只用来模拟一个子系统。实际车辆车中，是多个系统协调工作，以上实训台对于与其他系统交互的边界信号都只能采用固定方式的粗略的给出。

4、以上两类实训台的边界信号依赖信号仿真单元所仿真的车辆模型。准确的仿真信号必须要高精度的模型，而高精度模型必然需要大量的计算和实车标定工作，受限于计算机的运算能力以及标定人员的水平，边界信号的动态响应和准确性实际上很难保证或者产生成本高。

5、基于实训台环境开发的控制算法难以直接应用到实车进行检验。为了应用到实车上还需要花费大量的精力进行接口的验证以及调试工作。

以上问题根源在于实训台的所产生的控制器运行环境与真实车辆环境的脱离。

因此，本发明提供一种新能源汽车整车电控实训台与实际车辆互联方法来解决此问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明提供一种新能源汽车整车电控实训台与实际车辆互联方法，通过硬件接入，可以获取真实车辆系统及子系统数据以及将外部数据注入车辆电子电器系统，从而实现电控实训台系统与实际车辆的互联融合。

本发明包括车辆、车辆程控断线及信号采集系统单元、实训台、开发控制器、镜像控制器、上位机软件及安全管理系统、信号收发单元；

车辆为真实车辆，车辆中设置有真实控制器，所述的车辆程控断线及信号采集系统单元、镜像控制器均设置在车辆内；

车辆程控断线及信号采集系统单元包括程控断线器和数据采集监控器，程控断线器用于切换真实控制器和镜像控制器的硬线接口，数据采集监控器用于采集真实控制器硬件的输入输出信号，程控断线器和数据采集监控器均和实训台相连；

实训台包括电信号输入输出接口，开发控制器和信号收发单元安装在实训台上；

开发控制器用于开发控制算法；

镜像控制器为和开发控制器完全一致的的控制单元，用于将开发控制器开发完成的程序下载到镜像控制器中；

信号收发单元为基于以太网通讯的实训台信号收发模块。

优选的，所述的上位机软件及安全管理系统包括上位机软件和安全管理软件；

上位机软件包括车辆程控断线及信号采集系统单元控制软件、镜像下载控制软件、本地运行环境控制软件、数据监控界面、对比分析软件；

安全管理软件包括安全项监控配置、整车安全监控。

优选的，本地运行环境控制软件基于数据采集监控器的数据生成本地开发控制器的边界数据。

优选的，数据监控界面用于监控车辆程控断线及信号采集系统单元并记录车辆程控断线及信号采集系统单元的数据流或本地运行环境控制软件数据流。

优选的，安全项监控配置用于配置关键安全数据，关键安全数据包括安全阈值，关键安全数据用于下载至数据采集监控器中，当镜像控制器产生的数据流中的某些信号超出安全阈值时，数据采集监控器会通过程控断线器将镜像控制器的数据流限制到安全值并给出报警。

优选的，真实控制器的输入输出信号包括CAN总线信号、LIN总线信号、模拟输入信号、数字输入信号、模拟输出信号、数字输出信号。

优选的，车辆程控断线及信号采集系统单元包括预留的输入输出资源。

优选的，所述的实际车辆互联方法包括准别阶段和开发阶段；

准备阶段包括控制器匹配、管理系统配置；

开发阶段包括数据采集、控制器策略开发、对比运行、镜像下载运行；

实际车辆互联方法的执行顺讯和内容如下：

控制器匹配：根据真实控制器的信息，选择开发控制器和镜像控制器，制定硬线及总线信号采集表，配置车辆程控断线及信号采集系统单元的采集项；

管理系统配置：根据车辆程控断线及信号采集系统单元的硬线及总线信号采集表，配置管理系统采集项、本地运行环境输入数据接口、本地运行环境输出数据接口、离线数据生成软件、关键安全项监控数据、整车安全监控软件；

数据采集：运行真实控制器和车辆，数据采集监控器采集真实控制器的边界信息、输入输出数据并上传给上位机软件及安全管理系统，通过数据监控界面实时观察车辆数据；

控制器控制策略开发：根据数据采集步骤的边界信息、输入输出数据和车辆数据建立离线环境并开发控制策略，之后将控制策略下载到控制器中，将控制器的输入输出接入到离线环境中并重复该步骤，直到控制策略运行符合预期；

对比运行：运行真实控制器和车辆，数据采集监控器采集真实控制器的边界信息、输入输出数据并上传给上位机软件及安全管理系统，上位机软件及安全管理系统将输入输出数据传递给开发控制器并采集开发控制器的输出，对比输入输出数据和开发控制器的输出并以此标定开发控制器中的参数；

镜像下载运行：在车辆为下电状态下运行镜像控制器，将开发控制器中的目标文件下载到镜像控制器中，检查安全管理软件的运行状态，运行车辆，数据采集监控器的采集真实控制器和车辆数据到上位机软件及安全管理系统。

本发明具有以下优点：

1、集成了纯模拟实训台和半实物实训台的优点，实训台部分简单、硬件成本低，一个台子可以复用到多种控制器的开发项目中，所用数据为真实的车辆传感器执行器数据；

2、避免了纯模拟实训台和半实物实训台的缺点，可以获取子系统在车辆整体中的运行状态。非仿真数据，数据真实、可靠。系统实时性好；

3、可以实时对比真实控制器和开发控制器的运行结果，协助控制策略的对标开发；

4、具备控制器的半实物仿真能力，辅助工程师开发出满足实际需要的控制功能；

5、镜像控制器直接运行控制程序，减少了企业的开发周期和人力、经费的消耗；

6、如果应用于教学，真实车辆数据以及真实运行效果更加直观，可以获得更好的训练效果。

附图说明

图1为本现有实训台的结构架构示意图。

图2为本发明车辆内部模块布置示意图。

图3为本发明实训台模块布置示意图。

图4为本发明互联开发方法流程示意图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至图4对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。

本发明为种新能源汽车整车电控实训台与实际车辆互联方法，其中：

电控实训台包括

车辆、车辆程控断线及信号采集系统单元（PBMS单元）、实训台、开发控制器、镜像控制器、上位机软件及安全管理系统、信号收发单元；

车辆为真实车辆，车辆中设置有真实控制器，所述的车辆程控断线及信号采集系统单元、镜像控制器均设置在车辆内，车辆为真实车辆，产生控制器环境数据，在集成前，需要对于车辆中被替代的真实控制器的输入输出信号以及其电气性能了解，以便配置PBMS单元的电气和数据接口；

PBMS单元包括程控断线器和数据采集监控器，程控断线器用于切换真实控制器和镜像控制器的硬线接口，数据采集监控器用于采集真实控制器硬件的输入输出信号，程控断线器和数据采集监控器均和实训台相连，PBMS单元具体有一下三个作用：

作用1：PBMS能够根据管理系统的远程信号，通过内部的程控断线器切换真实的控制器和镜像控制器的硬线接口，从而决定当前与车辆中在线的控制器为镜像控制器还是真实控制器；

作用2：PBMS能够采集真实控制器硬件的输入输出信号。包括CAN总线信号、LIN总线信号、模拟输入信号、数字输入信号、模拟输出信号、数字输出信号。不同的车辆控制器使用的输入输出资源不同。为增强通用性，PBMS单元会预留尽可能多的输入输出资源：

作用3：PBMS具备远程控制接口。可以和管理系统通讯，接收远程指令，其作用包括：

1）改变以及反馈PBMS的运行状态；

2）镜像控制器程序的下载支持；

需注意的是，车辆总线及硬线数据量较大，远程通讯采用以太网通讯方式；

实训台用于提供机械支撑，也具备简单的电信号输入输出接口，能够提供基本的开发调试功能包括电信号输入输出接口，开发控制器和信号收发单元安装在实训台上；

开发控制器用于开发控制算法，开发控制器安装在实训台上，用户在开发控制器中开发某一部件的控制算法。开发控制器的输入输出信号来自PBMS所采集的真实边界数据；

镜像控制器和开发控制器完全一致的的控制单元，为开发控制的镜像，安装在车辆上。当算法在开发控制器中基于真实数据开发测试完毕后，可以将程序下载到镜像控制中观察实车控制效果；

信号收发单元为实训台端的信号收发单元，信号收发单元基于以太网通讯，包含路由器、交换机等以太网通讯链路层设备；

所述的上位机软件及安全管理系统包括上位机软件和安全管理软件；

上位机软件包括车辆程控断线及信号采集系统单元控制软件、镜像下载控制软件、本地运行环境控制软件、数据监控界面、对比分析软件；

安全管理软件包括安全项监控配置、整车安全监控；

其中，PBMS控制软件：控制PBMS运行状态；

镜像下载控制软件：用于将开发控制器的中的程序下载到镜像控制器中；

本地运行环境控制软件：基于PBMS的数据，生成本地开发控制器的边界数据；

数据监控界面：监控PBMS，记录PBMS数据流或者本地运行环境控制软件的数据流；

对比分析软件：对比分析开发控制器和真实控制器的输出结果；

安全项监控配置：配置关键安全数据。并将其下载到PBMS单元，当镜像控制器产生的数据流中的某些信号超出安全阈值时，会将其限制到安全值，并给出报警；

整车安全监控：监控整车的状态。当上位机监控到系统出现非预期的状态改变时，向PBMS发送控制命令，使系统进入安全状态。

实际车辆互联方法包括

准备阶段和开发阶段；

准备阶段包括控制器匹配、管理系统配置；

开发阶段包括数据采集、控制器策略开发、对比运行、镜像下载运行；

实际车辆互联方法的执行顺讯和内容如下：

控制器匹配：获取真实控制器的输入输出信息，如传感器、执行器电器参数，CAN通讯描述文件；

根据真实控制器的信息，选择合适的开发控制器和远端镜像控制器，该控制器需要能够在硬件上具备对传感器和执行器的驱动能力；

配置PBMS系统。工作包括硬件输入输出信号的映射；总线信号的映射；制定硬线及总线信号采集表，并配置采集项；

管理系统配置：根据PBMS的硬线及总线信号采集表，配置管理系统采集项；

根据硬线及总线信号采集表采集表，配置本地运行环境输入数据接口；

根据硬线及总线信号采集表采集表，配置本地运行环境输出数据接口；

根据硬线及总线信号采集表采集表，配置本地运行环境输出数据接口；

根据硬线及总线信号采集表采集表，配置或设计离线数据生成软件；

根据功能及总线信号采集表采集，配置关键安全项监控数据；

根据功能及总线信号采集表采集，配置或设计整车安全监控软件；

数据采集：将PBMS配置为运行真实控制器；

控制器PBMS进入数据采集状态，采集真实控制器的边界信息。如总线、电压数据；

运行车辆，BMS自动采集真实控制器的输入输出数据，并上传给管理系统的上位机；

在上位机的数据监控界面实时观察控制器的收发数据以及其它车辆数据；

根据需要，在上位机采集控制器数据及车辆数据；

控制器控制策略开发：根据数据采集步骤保存的控制器输入输出和车辆数据，立离线环境；

按照正常流程开发控制策略；

将控制策略下载到控制器中，控制器的输入输出接入到离线环境中；

重复该步骤，直到控制策略运行符合预期；

对比运行：将PBMS配置为运行真实控制器；

控制器PBMS进入数据采集状态，采集真实控制器的边界信息，如总线、电压数据；

运行车辆，PBMS自动采集真实控制器的输入输出数据，并上传给管理系统的上位机；

上位机将车辆中真实控制器的输入传递给实训台中开发控制器的输入；

上位机同时采集开发控制的输出；

对比车辆真实控制器的输出和开发控制器的输出，根据需要标定开发控制器中的参数；

镜像下载运行：在车辆为下电状态下，将PBMS配置为运行镜像控制器；

配置PBMS为数据下载状态；

通过管理系统，将开发控制中的目标文件（如Hex，S19）下载到镜像控制器中；

检查安全管软件的运行状态；

运行车辆，PBMS采集控制器和车辆数据到上位机；

开发人员观察运行结果。

本发明具有以下优点：

1、集成了纯模拟实训台和半实物实训台的优点。实训台部分简单、硬件成本低，一个台子可以复用到多种控制器的开发项目中。所用数据为真实的车辆传感器执行器数据；

2、避免了纯模拟实训台和半实物实训台的缺点。可以获取子系统在车辆整体中的运行状态。非仿真数据，数据真实、可靠。系统实时性好；

3、可以实时对比真实控制器和开发控制器的运行结果。协助控制策略的对标开发；

4、具备控制器的半实物仿真能力，辅助工程师开发出满足实际需要的控制功能；

5、镜像控制器直接运行控制程序。减少了企业的开发周期和人力、经费的消耗；

6、如果应用于教学，真实车辆数据以及真实运行效果更加直观，可以获得更好的训练效果。

Claims (8)

1.一种新能源汽车整车电控实训台与实际车辆互联方法，其特征在于，包括车辆、车辆程控断线及信号采集系统单元、实训台、开发控制器、镜像控制器、上位机软件及安全管理系统、信号收发单元；

车辆为真实车辆，车辆中设置有真实控制器，所述的车辆程控断线及信号采集系统单元、镜像控制器均设置在车辆内；

车辆程控断线及信号采集系统单元包括程控断线器和数据采集监控器，程控断线器用于切换真实控制器和镜像控制器的硬线接口，数据采集监控器用于采集真实控制器硬件的输入输出信号，程控断线器和数据采集监控器均和实训台相连；

实训台包括电信号输入输出接口，开发控制器和信号收发单元安装在实训台上；

开发控制器用于开发控制算法；

镜像控制器为和开发控制器完全一致的的控制单元，用于将开发控制器开发完成的程序下载到镜像控制器中；

信号收发单元为基于以太网通讯的实训台信号收发模块。

2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车整车电控实训台与实际车辆互联方法，其特征在于，所述的上位机软件及安全管理系统包括上位机软件和安全管理软件；

上位机软件包括车辆程控断线及信号采集系统单元控制软件、镜像下载控制软件、本地运行环境控制软件、数据监控界面、对比分析软件；

安全管理软件包括安全项监控配置、整车安全监控。

3.根据权利要求2所述的一种新能源汽车整车电控实训台与实际车辆互联方法，其特征在于，本地运行环境控制软件基于数据采集监控器的数据生成本地开发控制器的边界数据。

4.根据权利要求2或3所述的一种新能源汽车整车电控实训台与实际车辆互联方法，其特征在于，数据监控界面用于监控车辆程控断线及信号采集系统单元并记录车辆程控断线及信号采集系统单元的数据流或本地运行环境控制软件数据流。

5.根据权利要求2所述的一种新能源汽车整车电控实训台与实际车辆互联方法，其特征在于，安全项监控配置用于配置关键安全数据，关键安全数据包括安全阈值，关键安全数据用于下载至数据采集监控器中，当镜像控制器产生的数据流中的某些信号超出安全阈值时，数据采集监控器会通过程控断线器将镜像控制器的数据流限制到安全值并给出报警。

6.根据权利要求1所述的一种新能源汽车整车电控实训台与实际车辆互联方法，其特征在于，真实控制器的输入输出信号包括CAN总线信号、LIN总线信号、模拟输入信号、数字输入信号、模拟输出信号、数字输出信号。

7.根据权利要求6所述的一种新能源汽车整车电控实训台与实际车辆互联方法，其特征在于，车辆程控断线及信号采集系统单元包括预留的输入输出资源。

8.根据权利要求1所述的一种新能源汽车整车电控实训台与实际车辆互联方法，其特征在于，所述的实际车辆互联方法包括准别阶段和开发阶段；

准备阶段包括控制器匹配、管理系统配置；

开发阶段包括数据采集、控制器策略开发、对比运行、镜像下载运行；

实际车辆互联方法的执行顺讯和内容如下：

控制器匹配：根据真实控制器的信息，选择开发控制器和镜像控制器，制定硬线及总线信号采集表，配置车辆程控断线及信号采集系统单元的采集项；

管理系统配置：根据车辆程控断线及信号采集系统单元的硬线及总线信号采集表，配置管理系统采集项、本地运行环境输入数据接口、本地运行环境输出数据接口、离线数据生成软件、关键安全项监控数据、整车安全监控软件；

数据采集：运行真实控制器和车辆，数据采集监控器采集真实控制器的边界信息、输入输出数据并上传给上位机软件及安全管理系统，通过数据监控界面实时观察车辆数据；

控制器控制策略开发：根据数据采集步骤的边界信息、输入输出数据和车辆数据建立离线环境并开发控制策略，之后将控制策略下载到控制器中，将控制器的输入输出接入到离线环境中并重复该步骤，直到控制策略运行符合预期；

对比运行：运行真实控制器和车辆，数据采集监控器采集真实控制器的边界信息、输入输出数据并上传给上位机软件及安全管理系统，上位机软件及安全管理系统将输入输出数据传递给开发控制器并采集开发控制器的输出，对比输入输出数据和开发控制器的输出并以此标定开发控制器中的参数；

镜像下载运行：在车辆为下电状态下运行镜像控制器，将开发控制器中的目标文件下载到镜像控制器中，检查安全管理软件的运行状态，运行车辆，数据采集监控器的采集真实控制器和车辆数据到上位机软件及安全管理系统。

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