CN112422362B - 无线充电车载端设备的通信协议一致性测试系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无线充电车载端设备的通信协议一致性测试系统与方法，包括电源模块、原边电源变换模块、原边线圈、原边采样控制单元、工控机、通信测试模块以及检测模块。本发明所述的电动汽车无线充电车载端设备的通信协议一致性测试系统与方法，可以对电动汽车无线充电系统车载端通信协议一致性进行检测分析，包括车载端通信连接响应一致性、车载端兼容性检查响应一致性、车载端开始充电响应一致性、车载端充电状态信息响应一致性和车载端结束充电响应一致性测试，解决了目前行业内电动汽车无线充电系统车载端通信协议一致性测试系统和方法缺失的问题。

Description

无线充电车载端设备的通信协议一致性测试系统与方法
技术领域
本发明属于电动汽车无线充电测试技术领域，尤其是涉及一种无线充电车载端设备的通信协议一致性测试系统与方法。
背景技术
汽车行业未来的发展趋势是电动化、智能化、共享化和网联化。2015年以后，我国电动汽车发展进入了新的阶段，产业进入高速发展期。随着电动汽车大量进入家庭日常的使用，人们对电动汽车智能化的需求不断提升。无线充电作为电动汽车智能化发展的重要基础技术，得到了国内外汽车产业界的广泛关注和深入研究。
电动汽车无线充电系统在结构上分为地面设备和车载设备，二者之间无直接物理连接。在无线充电过程中，地面设备和车载设备之间应通过无线通信来交互信息，以实现充电过程的控制与管理。考虑到电动汽车产业发展的需求以及未来公共场所充电的便利性，无线充电场景中的地面发射端和车辆接收端很大程度是来自不同的设备生产厂家，可能存在通信协议和线圈类型等不统一的问题。地面端和车载端的无线通信协议一致性成为保证不同的地面端和车载端设备之间顺利、高效、安全交互的关键所在。但目前缺少相应的测试系统、测试方法，因此，有必要对车载端设备和地面端设备分别进行通信协议一致性测试工作。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种无线充电车载端设备的通信协议一致性测试系统与方法，以实现电动汽车无线充电车载端设备的通信协议一致性测试。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
无线充电车载端设备的通信协议一致性测试系统，包括电源模块、原边电源变换模块、原边线圈、原边采样控制单元、工控机、通信测试模块以及检测模块；
电源模块与原边电源变换模块相连接，用于给测试系统供电；
原边电源变换模块分别与电源模块、原边线圈、原边采样控制模块和检测模块相连接，用于对接入的交流电进行整流、调压、逆变成高频交流电，经补偿后输送给原边线圈；
原边线圈分别与原边电源变换模块和检测模块相连接，用于将原边电源变换模块输出的交流电以交变磁场进行发射，并通过与副边线圈电磁感应将电能输送给被测车载端设备；
原边采样控制单元分别与原边电源变换模块和工控机相连接，用于控制原边功率输出模块的输出电压，实现原边线圈电流的调节，进而满足被测车载端的充电需求；
工控机分别与原边采样控制单元、通信测试模块和检测模块相连接，并通过通信测试模块与被测车载端设备进行无线通信；
通信测试模块与工控机相连接，用于获取被测车载端发出的通信信号以及通过无线通信的方式传递工控机下发的通信协议一致性测试指令给被测车载端；
检测模块分别与工控机、原边电源变换模块和原边线圈相连接，用于实时检测原边线圈输入的电压和/或电流信号，并传送给工控机。
进一步的，用于无线充电车载端设备的通信协议一致性测试方法，包括以下步骤：
S1、测试系统和被测车载端样品布置；
S2、被测车载端样品参数配置；
S3、测试车载端通信连接响应一致性；
S4、测试车载端兼容性检查响应一致性；
S5、测试车载端开始充电响应一致性；
S6、测试车载端充电状态信息响应一致性；
S7、测试车载端结束充电响应一致性；
S8、测试结束。
进一步的，步骤S3中测试车载端通信连接响应一致性的具体流程包括：
S301、启动测试系统，打开交流电源开关；
S302、工控机判断是否收到车载端发送的注册请求，在一定时间内如果没有收到，则认为测试未通过；
S303、若收到注册请求，工控机执行鉴权认证请求指令，通过通信测试模块按周期发送鉴权认证请求消息；
S304、工控机判断是否收到车载端发送的鉴权响应，在一定时间内如果没有收到，则认为测试未通过；
S305、若收到鉴权响应，工控机停止发送鉴权认证请求消息，然后判断鉴权响应是否正确，如果不正确，则认为测试未通过；
S306、若判断鉴权响应正确，工控机执行注册响应指令，通过通信测试模块按周期发送注册响应；
S307、工控机判断是否收到车载端发送的注册成功消息，在一定时间内如果没有收到，则认为测试未通过；
S308、若收到注册成功的消息，则测试车载端通信连接响应一致性通过。
进一步的，步骤S4中测试车载端兼容性检查响应一致性的具体流程包括：
S401、工控机执行兼容性检查请求指令，通过通信测试模块按周期发送兼容性检查请求；
S402、工控机判断是否收到车载端发送的兼容性检查应答，在一定时间内如果没有收到，则认为测试未通过；
S403、若收到兼容性检查应答，工控机停止发送兼容性检查请求，然后判断车载端发送的兼容性检查应答是否正确，即兼容性检查应答中的参数与测试系统存储的参数是否匹配，如果不正确，则认为测试未通过；
S404、如果收到互操作性信息且判断正确，则测试车载端兼容性检查响应一致性通过。
进一步的，步骤S5中测试车载端开始充电响应一致性的具体流程包括：
S501、工控机执行充电准备指令，通过通信测试模块按周期发送充电准备状态信息；
S502、工控机判断是否收到车载端发送的开始充电请求，在一定时间内如果没有收到，则认为测试未通过；
S503、若收到开始充电请求，工控机停止发送充电准备状态信息，然后执行开始充电请求响应指令，通过通信测试模块按周期发送开始充电请求响应；
S504、工控机判断是否收到车载端发送的充电需要信息，在一定时间内如果没有收到，则认为测试未通过；
S505、若收到充电需要信息，检测原边线圈的输入电压值，并将检测信号上传到工控机；
S506、工控机判断检测值是否明显大于220V，如果否，则认为测试未通过；
S507、若判断是，则测试车载端开始充电响应一致性通过。
进一步的，步骤S6中测试车载端充电状态信息响应一致性的具体流程包括：
S601、工控机执行充电状态信息指令，通过通信测试模块按周期发送充电状态信息；
S602、工控机判断是否收到车载端发送的充电状态信息响应，充电状态信息响应应包含成功或失败标识，在一定时间内如果没有收到，则认为测试未通过；
S603、若收到充电状态信息响应，工控机停止发送充电状态信息，然后判断车载端发送的充电状态信息响应是否成功，如果不成功，则认为测试未通过；
S604、如果判断成功，则测试车载端充电状态信息响应一致性通过。
进一步的，步骤S7中测试车载端结束充电响应一致性的具体流程包括：
S701、车载端设置充电结束条件；
S702、工控机判断是否收到车载端发送的停止充电请求，在一定时间内如果没有收到，则认为测试未通过；
S703、若收到停止充电请求，工控机判断车载端发送的停止充电请求是否合法，如果不合法，则认为测试未通过；
S704、如果判断合法，则测试车载端结束充电响应一致性通过。
相对于现有技术，本发明所述的无线充电车载端设备的通信协议一致性测试系统与方法具有以下优势：
(1)本发明所述的无线充电车载端设备的通信协议一致性测试系统与方法，可以对电动汽车无线充电系统车载端通信协议一致性进行检测分析，包括车载端通信连接响应一致性、车载端兼容性检查响应一致性、车载端开始充电响应一致性、车载端充电状态信息响应一致性和车载端结束充电响应一致性测试，解决了目前行业内电动汽车无线充电系统车载端通信协议一致性测试系统和方法缺失的问题；
(2)本发明所述的无线充电车载端设备的通信协议一致性测试系统与方法，采用工控机对电动汽车无线充电系统车载端通信协议一致性测试系统进行统一控制和数据采集分析，可以实现对测试过程进行统一实时监控，实现测试自动化执行和结果分析，从而提高测试效率和可靠性；
(3)本发明所述的无线充电车载端设备的通信协议一致性测试系统与方法，具有结构简单、操作方便、检测效率高且可靠性好的优点。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的无线充电车载端通信协议一致性测试系统的结构示意图；
图2为本发明实施例所述的无线充电车载端通信协议一致性测试系统具体实施的结构示意图；
图3为本发明实施例所述的无线充电车载端通信协议一致性测试流程图示意图；
图4为本发明实施例所述的具体的无线充电车载端通信中通信连接响应一致性测试流程图示意图；
图5为本发明实施例所述的具体的无线充电车载端通信中兼容性检查响应一致性测试流程图示意图；
图6为本发明实施例所述的具体的无线充电车载端通信中开始充电响应一致性测试流程图示意图；
图7为本发明实施例所述的具体的无线充电车载端通信中充电状态信息响应一致性测试流程图示意图；
图8为本发明实施例所述的具体的无线充电车载端通信中充电结束响应一致性测试流程图示意图。
附图标记说明：
1-电源模块；2-原边电源变换模块；21-整流电路；22-调压电路；23-逆变电路；24-谐振补偿电路；3-原边线圈；4-原边采样控制单元；5-工控机；6-通信测试模块；61-通信测试设备；62-原边天线；7-检测模块；8-副边电源变换模块；9-电子负载；10-副边通信检测控制单元；11-原边天线；12-副边线圈。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1至图8所示，本发明设计了一种电动汽车无线充电车载端设备的通信协议一致性测试系统，包括：
电源模块1、原边电源变换模块2、原边线圈3、原边采样控制单元4、工控机5、通信测试模块6以及检测模块7；
电源模块1与原边电源变换模块2相连接，用于给测试系统供电。
优选地，电源模块1选用可编程交流电源，可根据测试需求对输入的交流电进行设置。
原边电源变换模块2分别与电源模块1、原边线圈3、原边采样控制模块和检测模块7相连接，用于对接入的交流电进行整流、调压、逆变成高频交流电，经补偿后输送给原边线圈3。
优选地，原边电源变换模块2包括但不限于整流电路21、调压电路22、逆变电路23和谐振补偿电路24。
原边线圈3分别与原边电源变换模块2和检测模块7相连接，用于将原边电源变换模块2输出的交流电以交变磁场进行发射，并通过与副边线圈12电磁感应将电能输送给被测车载端设备。
优选地，原边线圈3的结构包括但不限于圆型和双D型等。
原边采样控制单元4分别与原边电源变换模块2和工控机5相连接，用于控制原边功率输出模块的输出电压，实现原边线圈3电流的调节，进而满足被测车载端的充电需求。
优选地，原边采样控制单元4的功能包括但不限于：检测原边电源变换模块2中的电压和/或电流，并生成对应的检测信号传递给工控机5；控制调节原边电源变换模块2的输出电压和/或电流特性；接收并执行来自工控机5的控制指令。
工控机5分别与原边采样控制单元4、通信测试模块6和检测模块7相连接，并通过通信测试模块6与被测车载端设备进行无线通信。
优选地，工控机5功能包括但不限于：输入被测车载端设备参数，包括但不限于车载端ID、功率等级、谐振补偿电路24拓扑类型、线圈类型和频率范围，用于测试中参数比对分析；存储并执行通信协议一致性测试指令，下发给原边采样控制单元4来控制测试系统的动作以及通过通信测试模块6与被测车载端设备进行无线通信；解析通信测试模块6接收到的来自被测车载端设备的通信指令，并通过显示屏显示解析后的通信指令；判读接收到的通信指令，并根据判读结果下发相对应的通信协议一致性测试指令给原边采样控制单元4来控制测试系统的动作以及通过通信测试模块6与被测车载端设备进行无线通信；接收并存储检测模块7传送的检测信号，用于测试中参数比对分析。
通信测试模块6与工控机5相连接，用于获取被测车载端发出的通信信号以及通过无线通信的方式传递工控机5下发的通信协议一致性测试指令给被测车载端。
优选地，通信测试模块6包括但不限于通信测试设备61和原边天线1162。若通信测试设备61具有无线通信功能，那么通信测试模块6也可仅由通信测试设备61构成。
检测模块7分别与工控机5、原边电源变换模块2和原边线圈3相连接，用于实时检测原边线圈3输入的电压和/或电流信号，并传送给工控机5。
可选的，检测模块7包括功率分析仪和/或示波器。
上述无线通信包括但不限于使用WIFI无线通信、蓝牙通信以及Zigbee通信等。
利用上述的电动汽车无线充电车载端设备的通信协议一致性测试系统进行被测车载端设备通信协议一致性测试的方法如图3所示，包括以下步骤：
1、测试系统和被测车载端样品布置。
将测试系统中的原边线圈3与被测车载端设备中的副边线圈12对齐，线圈间隙调至满足可正常工作的要求，如140mm，并给测试系统的工控机5和检测模块7上电，被测车载端样品上电。
2、被测车载端样品参数配置。
将被测车载端样品参数输入工控机5，可选的，样品参数包括车载端ID、功率等级、谐振补偿电路拓扑类型、线圈类型和频率范围，用于后续通信协议一致性测试中参数比对分析。
3、测试车载端通信连接响应一致性。
4、测试车载端兼容性检查响应一致性。
5、测试车载端开始充电响应一致性。
6、测试车载端充电状态信息响应一致性。
7、测试车载端结束充电响应一致性。
8、测试结束。
对于步骤3，图4为测试车载端通信连接响应一致性的具体流程图，可以包括以下步骤：
301、启动测试系统，打开交流电源开关。
302、工控机5判断是否收到车载端发送的注册请求。在一定时间内如果没有收到，则认为测试未通过。可选的，一定时间为250ms。
303、若收到注册请求，工控机5执行鉴权认证请求指令，通过通信测试模块6按周期发送鉴权认证请求消息。可选的，周期为50ms(下同)。
304、工控机5判断是否收到车载端发送的鉴权响应。可选的，鉴权响应包括鉴权正确标识。在一定时间内如果没有收到，则认为测试未通过。可选的，一定时间为250ms。
305、若收到鉴权响应，工控机5停止发送鉴权认证请求消息，然后判断鉴权响应是否正确。如果不正确，则认为测试未通过。
306、若判断鉴权响应正确，工控机5执行注册响应指令，通过通信测试模块6按周期发送注册响应。
307、工控机5判断是否收到车载端发送的注册成功消息。在一定时间内如果没有收到，则认为测试未通过。可选的，一定时间为250ms。
308、若收到注册成功的消息，则测试车载端通信连接响应一致性通过。
对于步骤4，图5为测试车载端兼容性检查响应一致性的具体流程图，可以包括以下步骤：
401、工控机5执行兼容性检查请求指令，通过通信测试模块6按周期发送兼容性检查请求。
可选的，兼容性检查请求包括输入功率等级、系统频率、线圈类型、谐振补偿电路24拓扑结构和机械间隙。
402、工控机5判断是否收到车载端发送的兼容性检查应答。在一定时间内如果没有收到，则认为测试未通过。可选的，一定时间为250ms。
403、若收到兼容性检查应答，工控机5停止发送兼容性检查请求，然后判断车载端发送的兼容性检查应答是否正确，即兼容性检查应答中的参数与测试系统存储的参数是否匹配。如果不正确，则认为测试未通过。
404、如果收到互操作性信息且判断正确，则测试车载端兼容性检查响应一致性通过。
对于步骤5，图6为测试车载端开始充电响应一致性的具体流程图，可以包括以下步骤：
501、工控机5执行充电准备指令，通过通信测试模块6按周期发送充电准备状态信息。
502、工控机5判断是否收到车载端发送的开始充电请求。在一定时间内如果没有收到，则认为测试未通过。可选的，一定时间为250ms。
503、若收到开始充电请求，工控机5停止发送充电准备状态信息，然后执行开始充电请求响应指令，通过通信测试模块6按周期发送开始充电请求响应。
504、工控机5判断是否收到车载端发送的充电需要信息。在一定时间内如果没有收到，则认为测试未通过。可选的，一定时间为250ms。
505、若收到充电需要信息，检测原边线圈3的输入电压值，并将检测信号上传到工控机5。
506、工控机5判断检测值是否明显大于220V，如果否，则认为测试未通过。
507、若判断是，则测试车载端开始充电响应一致性通过。
对于步骤6，图7为测试车载端充电状态信息响应一致性的具体流程图，可以包括以下步骤：
601、工控机5执行充电状态信息指令，通过通信测试模块6按周期发送充电状态信息。
602、工控机5判断是否收到车载端发送的充电状态信息响应，充电状态信息响应应包含成功或失败标识。在一定时间内如果没有收到，则认为测试未通过。可选的，一定时间为250ms。
603、若收到充电状态信息响应，工控机5停止发送充电状态信息，然后判断车载端发送的充电状态信息响应是否成功。如果不成功，则认为测试未通过。
604、如果判断成功，则测试车载端充电状态信息响应一致性通过。
对于步骤7，图8为测试车载端结束充电响应一致性的具体流程图，可以包括以下步骤：
701、车载端设置充电结束条件。可选的，选择立刻停止充电。
702、工控机5判断是否收到车载端发送的停止充电请求。在一定时间内如果没有收到，则认为测试未通过。可选的，一定时间为250ms。
703、若收到停止充电请求，工控机5判断车载端发送的停止充电请求是否合法。如果不合法，则认为测试未通过。
704、如果判断合法，则测试车载端结束充电响应一致性通过。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.无线充电车载端设备的通信协议一致性测试系统，包括电源模块(1)、原边电源变换模块(2)、原边线圈(3)和原边采样控制单元(4),其特征在于还包括：工控机(5)、通信测试模块(6)以及检测模块(7)；
原边电源变换模块(2)分别与电源模块(1)和原边线圈(3)连接，用于将接入的交流电进行整流、调压、逆变成高频交流电后输送给原边线圈(3)；
原边线圈(3)用于将原边电源变换模块(2)输出的交流电以交变磁场进行发射，并通过与副边线圈(12)电磁感应将电能输送给被测车载端设备；
原边采样控制单元(4)与原边电源变换模块(2)进行双向通信，还连接有工控机(5)，用于通过工控机(5)控制原边电源变换模块(2)的输出参数，实现原边线圈(3)电流的调节；
检测模块(7)分别与工控机(5)、原边电源变换模块(2)和原边线圈(3)连接，用于实时检测原边线圈(3)输入的电压和/或电流信号，并传送给工控机(5)；
工控机(5)一端与原边采样控制单元(4)双向通信、通信测试模块(6)和检测模块(7)相连接，并通过通信测试模块(6)与被测车载端设备进行无线通信；
通信测试模块(6)与工控机(5)连接，用于获取被测车载端发出的通信信号以及通过无线通信的方式传递工控机(5)下发的通信协议一致性测试指令给被测车载端；
利用无线充电车载端设备的通信协议一致性测试系统进行通信协议一致性测试，包括以下步骤：
S1、测试系统和被测车载端样品布置；
S2、被测车载端样品参数配置；
S3、测试车载端通信连接响应一致性；
S4、测试车载端兼容性检查响应一致性；
S5、测试车载端开始充电响应一致性；
S6、测试车载端充电状态信息响应一致性；
S7、测试车载端结束充电响应一致性；
S8、测试结束。
2.根据权利要求1所述的无线充电车载端设备的通信协议一致性测试系统，其特征在于，步骤S3中测试车载端通信连接响应一致性的具体流程包括：
S301、启动测试系统，打开交流电源开关；
S302、工控机(5)判断是否收到车载端发送的注册请求，在一定时间内如果没有收到，则认为测试未通过；
S303、若收到注册请求，工控机(5)执行鉴权认证请求指令，通过通信测试模块(6)按周期发送鉴权认证请求消息；
S304、工控机(5)判断是否收到车载端发送的鉴权响应，在一定时间内如果没有收到，则认为测试未通过；
S305、若收到鉴权响应，工控机(5)停止发送鉴权认证请求消息，然后判断鉴权响应是否正确，如果不正确，则认为测试未通过；
S306、若判断鉴权响应正确，工控机(5)执行注册响应指令，通过通信测试模块(6)按周期发送注册响应；
S307、工控机(5)判断是否收到车载端发送的注册成功消息，在一定时间内如果没有收到，则认为测试未通过；
S308、若收到注册成功的消息，则测试车载端通信连接响应一致性通过。
3.根据权利要求1所述的无线充电车载端设备的通信协议一致性测试系统，其特征在于，步骤S4中测试车载端兼容性检查响应一致性的具体流程包括：
S401、工控机(5)执行兼容性检查请求指令，通过通信测试模块(6)按周期发送兼容性检查请求；
S402、工控机(5)判断是否收到车载端发送的兼容性检查应答，在一定时间内如果没有收到，则认为测试未通过；
S403、若收到兼容性检查应答，工控机(5)停止发送兼容性检查请求，然后判断车载端发送的兼容性检查应答是否正确，即兼容性检查应答中的参数与测试系统存储的参数是否匹配，如果不正确，则认为测试未通过；
S404、如果收到互操作性信息且判断正确，则测试车载端兼容性检查响应一致性通过。
4.根据权利要求1所述的无线充电车载端设备的通信协议一致性测试系统，其特征在于，步骤S5中测试车载端开始充电响应一致性的具体流程包括：
S501、工控机(5)执行充电准备指令，通过通信测试模块(6)按周期发送充电准备状态信息；
S502、工控机(5)判断是否收到车载端发送的开始充电请求，在一定时间内如果没有收到，则认为测试未通过；
S503、若收到开始充电请求，工控机(5)停止发送充电准备状态信息，然后执行开始充电请求响应指令，通过通信测试模块(6)按周期发送开始充电请求响应；
S504、工控机(5)判断是否收到车载端发送的充电需要信息，在一定时间内如果没有收到，则认为测试未通过；
S505、若收到充电需要信息，检测原边线圈(3)的输入电压值，并将检测信号上传到工控机(5)；
S506、工控机(5)判断检测值是否明显大于220V，如果否，则认为测试未通过；
S507、若判断是，则测试车载端开始充电响应一致性通过。
5.根据权利要求1所述的无线充电车载端设备的通信协议一致性测试系统，其特征在于，步骤S6中测试车载端充电状态信息响应一致性的具体流程包括：
S601、工控机(5)执行充电状态信息指令，通过通信测试模块(6)按周期发送充电状态信息；
S602、工控机(5)判断是否收到车载端发送的充电状态信息响应，充电状态信息响应应包含成功或失败标识，在一定时间内如果没有收到，则认为测试未通过；
S603、若收到充电状态信息响应，工控机(5)停止发送充电状态信息，然后判断车载端发送的充电状态信息响应是否成功，如果不成功，则认为测试未通过；
S604、如果判断成功，则测试车载端充电状态信息响应一致性通过。
6.根据权利要求1所述的无线充电车载端设备的通信协议一致性测试系统，其特征在于，步骤S7中测试车载端结束充电响应一致性的具体流程包括：
S701、车载端设置充电结束条件；
S702、工控机(5)判断是否收到车载端发送的停止充电请求，在一定时间内如果没有收到，则认为测试未通过；
S703、若收到停止充电请求，工控机(5)判断车载端发送的停止充电请求是否合法，如果不合法，则认为测试未通过；
S704、如果判断合法，则测试车载端结束充电响应一致性通过。
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