CN112859646A - 双行星轮混合动力硬件在环仿真系统 - Google Patents

双行星轮混合动力硬件在环仿真系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双行星轮混合动力硬件在环仿真系统，包括：上位机、实时仿真子系统、HIL硬件子系统以及待测混合动力控制器。上位机用以运行测试管理软件，实时仿真子系统与上位机电性连接。HIL硬件子系统与实时仿真子系统电性连接。待测混合动力控制器与HIL硬件子系统电性连接。其中，实时仿真子系统包括被控对象模型，且被控对象模型包括驾驶员模型、虚拟控制器模型及外围模型。其中，实时仿真子系统接收待测混合动力控制器的控制指令，同时反馈实时仿真子系统的运行结果并输出给待测混合动力控制器，从而构成闭环HIL仿真系统。借此，本发明的双行星轮混合动力硬件在环仿真系统，可以有效模拟气缸及双行星轮结构的动态过程，且测试准确。

Description

双行星轮混合动力硬件在环仿真系统
技术领域
本发明是关于硬件在环仿真技术领域，特别是关于一种双行星轮混合动力硬件在环仿真系统。
背景技术
硬件在环(HIL Hardware-in-the-Loop)测试的基本原理是通过HIL设备模拟混合动力控制器所需的传感器信号、通信信号，同时采集混合动力控制器发出的控制信号，混合动力控制器与运行在HIL设备中的整车模型构成闭环，由此实现混合动力控制器的硬件在环测试。当今，HIL硬件在环测试已成为电子控制单元开发流程中非常重要的一环。与实车测试技术相比，减少了实车路试的次数，缩短开发时间和降低成本的同时还提高了电子控制单元的软件质量，降低了整车厂的风险，与开环的测试技术相比，由于采用整车和动力系统主要零部件模型，能接近真实的实车系统，更能发现潜在的问题。
现有在双行星轮的混合动力系统的硬件在环仿真系统中，如对气缸及双行星轮模型中未加入基于气压的气缸模型及离合器等效计算等算法，则不能有效的模拟气缸及双行星轮结构的动态过程，与实车差距较大，影响硬件在环测试的测试结果。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双行星轮混合动力硬件在环仿真系统，可以有效模拟气缸及双行星轮结构的动态过程，且测试准确。
为实现上述目的，本发明提供了一种双行星轮混合动力硬件在环仿真系统，包括：上位机、实时仿真子系统、HIL硬件子系统以及待测混合动力控制器。上位机用以运行测试管理软件，实时仿真子系统与上位机电性连接。HIL硬件子系统与实时仿真子系统电性连接。待测混合动力控制器与HIL硬件子系统电性连接。其中，实时仿真子系统包括被控对象模型，且被控对象模型包括驾驶员模型、虚拟控制器模型及外围模型。其中，实时仿真子系统接收待测混合动力控制器的控制指令，同时反馈实时仿真子系统的运行结果并输出给待测混合动力控制器，从而构成闭环HIL仿真系统。其中，测试管理软件能够改变待测混合动力控制器的驾驶员部分或其他的信号，使待测混合动力控制器按照测试用例的步骤执行并计算出结果。
在本发明的一实施方式中，测试管理软件用以向实时仿真子系统发送控制指令，并同时监控实时仿真子系统的状态信息。
在本发明的一实施方式中，实时仿真子系统与HIL硬件子系统是通过I/O接口模型进行传递命令指令和状态。
在本发明的一实施方式中，驾驶员模型包括模拟驾驶员模型和自动驾驶模型，模拟驾驶员模型用以模拟驾驶员的行为。
在本发明的一实施方式中，虚拟控制器模型包括虚拟混合动力控制器模型、虚拟动力电池管理系统模型，第一虚拟驱动电机控制器模型、第二虚拟驱动电机控制器模型、虚拟发动机控制器模型及其他控制器模型。
在本发明的一实施方式中，外围模型包括发动机模型、第一驱动电机模型、第二驱动电机模型、动力电池模型、气缸模型、双行星轮模型及车辆动力学模型。
在本发明的一实施方式中，气缸模型用以计算当前主离合器和整车模式换挡器执行气缸的实际位置和气缸相关离合器的传递扭矩。
在本发明的一实施方式中，气缸模型计算当前主离合器和整车模式换挡器执行气缸的实际位置和气缸相关离合器的传递扭矩包括：根据标定的气缸行程最大最小限值得到气缸行程限值；根据空气参数、气缸参数、气缸的收缩或扩展命令及气缸的收缩或扩展气压，计算出收缩或扩展的空气流量；根据空气参数、气缸参数、气缸行程限值及收缩或扩展空气流量，计算气缸当前的位置和气缸的进出气压差；根据气缸的当前位置、气缸的进出气压差及气缸行程限值，计算出气缸相关离合器传递扭矩值。
在本发明的一实施方式中，双行星轮模型用以根据第一驱动电机模型、第二驱动电机模型及发动机的输出扭矩及气缸相关离合器传递扭矩值，计算双行星轮输出的轮边扭矩值。
与现有技术相比，根据本发明的一种双行星轮混合动力硬件在环仿真系统，可以有效模拟气缸及双行星轮结构的动态过程，不影响硬件在环测试的测试结构，且测试准确。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的双行星轮混合动力硬件在环仿真系统的方框示意图；
图2是根据本发明一实施方式的双行星轮混合动力硬件在环仿真系统的虚拟控制器模型的方框示意图；
图3是根据本发明一实施方式的双行星轮混合动力硬件在环仿真系统的外围模型的方框示意图；
图4是根据本发明一实施方式的双行星轮混合动力硬件在环仿真系统的气缸模型的逻辑框图；
图5是根据本发明一实施方式的双行星轮混合动力硬件在环仿真系统的离合器等效模型的示意图。
主要附图标记说明：
1-上位机，2-实时仿真子系统，3-HIL硬件子系统，4-待测混合动力控制器，5-被控对象模型，6-驾驶员模型，7-虚拟控制器模型，8-外围模型，9-虚拟混合动力控制器模型，10-虚拟动力电池管理系统模型，11-第一虚拟驱动电机控制器模型，12-第二虚拟驱动电机控制器模型，13-虚拟发动机控制器模型，14-其他控制器模型，15-发动机模型，16-第一驱动电机模型，17-第二驱动电机模型，18-动力电池模型，19-气缸模型，20-双行星轮模型，21-车辆动力学模型。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
图1是根据本发明一实施方式的双行星轮混合动力硬件在环仿真系统的方框示意图。图2是根据本发明一实施方式的双行星轮混合动力硬件在环仿真系统的虚拟控制器模型的方框示意图。图3是根据本发明一实施方式的双行星轮混合动力硬件在环仿真系统的外围模型的方框示意图。图4是根据本发明一实施方式的双行星轮混合动力硬件在环仿真系统的气缸模型的逻辑框图。
如图1至图4所示，根据本发明优选实施方式的一种双行星轮混合动力硬件在环仿真系统，包括：上位机1、实时仿真子系统2、HIL硬件子系统3以及待测混合动力控制器4。上位机1用以运行测试管理软件，实时仿真子系统2与上位机1电性连接。HIL硬件子系统3与实时仿真子系统2电性连接。待测混合动力控制器4与HIL硬件子系统3电性连接。其中，实时仿真子系统2包括被控对象模型5，且被控对象模型5包括驾驶员模型6、虚拟控制器模型7及外围模型8。其中，实时仿真子系统2接收待测混合动力控制器4的控制指令，同时反馈实时仿真子系统2的运行结果并输出给待测混合动力控制器4，从而构成闭环HIL仿真系统。其中，测试管理软件能够改变待测混合动力控制器4的驾驶员部分或其他的信号，使待测混合动力控制器4按照测试用例的步骤执行并计算出结果。
在本发明的一实施方式中，测试管理软件用以向实时仿真子系统2发送控制指令，并同时监控实时仿真子系统2的状态信息。实时仿真子系统2与HIL硬件子系统3是通过I/O接口模型进行传递命令指令和状态。
在本发明的一实施方式中，驾驶员模型6包括模拟驾驶员模型6和自动驾驶模型，模拟驾驶员模型6用以模拟驾驶员的行为。虚拟控制器模型7包括虚拟混合动力控制器模型9、虚拟动力电池管理系统模型10，第一虚拟驱动电机控制器模型11、第二虚拟驱动电机控制器模型12、虚拟发动机控制器模型13及其他控制器模型14。
在本发明的一实施方式中，外围模型8包括发动机模型15、第一驱动电机模型16、第二驱动电机模型17、动力电池模型18、气缸模型19、双行星轮模型20及车辆动力学模型21。气缸模型19用以计算当前主离合器和整车模式换挡器执行气缸的实际位置和气缸相关离合器的传递扭矩。
在本发明的一实施方式中，气缸模型19计算当前主离合器和整车模式换挡器执行气缸的实际位置和气缸相关离合器的传递扭矩包括：根据标定的气缸行程最大最小限值得到气缸行程限值；根据空气参数、气缸参数、气缸的收缩或扩展命令及气缸的收缩或扩展气压，计算出收缩或扩展的空气流量；根据空气参数、气缸参数、气缸行程限值及收缩或扩展空气流量，计算气缸当前的位置和气缸的进出气压差；根据气缸的当前位置、气缸的进出气压差及气缸行程限值，计算出气缸相关离合器传递扭矩值。
在本发明的一实施方式中，双行星轮模型20用以根据第一驱动电机模型16、第二驱动电机模型17及发动机的输出扭矩及气缸相关离合器传递扭矩值，计算双行星轮输出的轮边扭矩值。
在实际应用中，本发明的双行星轮混合动力硬件在环仿真系统包括四个部分：上位机1、实时仿真子系统2、HIL硬件子系统3及待测混合动力控制器4。上位机1主要运行测试管理软件，通过工业以太网跟实时仿真子系统2进行信息的交互，测试管理软件通过工业以太网向实时仿真子系统2发送控制指令，而同时也监控实时仿真子系统2状态信息。实时仿真子系统2与HIL硬件子系统3通过I/O接口模型进行传递命令指令和状态。HIL硬件子系统3与待测混合动力控制器4通过硬线和CAN线进行通讯，实时仿真子系统2接收来自待测混合动力控制系统的控制指令，同时也反馈实时仿真子系统2的运行结果并输出给待测混合动力控制器4，从而构成闭环HIL仿真系统。
在手动执行或者自动执行测试用例时，测试人员或者自动测试软件通过上位机1的测试管理软件来改变待测混合动力控制器4的驾驶员部分或其他的信号，使待测混合动力控制器4按照测试用例的步骤执行并计算出结果。
被控对象模型5主要由驾驶员模型6、虚拟控制器模型7及外围模型8三个部分组成，驾驶员模型6包括模拟驾驶员模型6和自动驾驶模型，模拟驾驶员模型6主要模拟驾驶员的行为，由上位机1的测试管理软件改变相关变量，使HIL测试台架输出信号，例如钥匙状态、油门信号及制动信号等。
如图2所示，虚拟控制器模型7主要由车辆动力架构中主要零部件的虚拟控制器组成，具体包括虚拟混合动力控制器模型9、虚拟动力电池管理系统模型10，第一虚拟驱动电机控制器模型11、第二虚拟驱动电机控制器模型12、虚拟发动机控制器模型13及其他控制器模型14，虚拟控制器模型7功能由逻辑计算及报文发送为主，逻辑计算主要用于接收到驾驶员的信号后，通过逻辑计算得到外围模型8所需要的输入信号。而虚拟混合动力控制器模型9功能只有报文接收发送和硬线信号输入输出功能。
如图3所示，外围模型8主要包括发动机模型15、第一驱动电机模型16、第二驱动电机模型17、动力电池模型18、气缸模型19、双行星轮模型20及车辆动力学模型21等。
如图4所示，气缸模型19主要用于计算当前主离合器、整车模式换挡器等执行气缸的实际位置和气缸相关离合器的传递扭矩，详细来说，气缸模型19计算气缸当前位置和离合器传递扭矩方法及步骤为：
1、根据标定的气缸行程最大最小限值得到气缸行程限值；
2、根据空气参数(气压，气温及绝热常数等)、气缸参数(最大开启面积等)、气缸的收缩/扩展命令及气缸的收缩/扩展气压，计算出收缩/扩展的空气流量；
3、再根据空气参数和气缸参数、气缸行程限值及收缩/扩展空气流量，计算出气缸当前的位置和气缸的进出气压差；
4、根据气缸当前位置、气缸的进出气压差及气缸行程限值，最后算出气缸相关离合器传递扭矩值；
双行星轮模型20中根据第一驱动电机、第二驱动电机及发动机的输出扭矩及主离合器、整车模式换挡器等气缸相关离合器传递的扭矩值，计算出双行星轮输出的轮边扭矩值，计算的步骤如下：
1、根据气缸模型19中传递扭矩值的方法计算出双行星轮中每个离合器传递的扭矩值；
2、再把第一驱动电机、第二驱动电机、发动机扭矩值及每个离合器传递的扭矩值使用下述气缸相关离合器输出扭矩值的计算方法，得到最后的输出扭矩。
气缸相关离合器输出扭矩值计算的方法如图5所示：(以双离合器为例)
图5中的双离合器实例，可以根据图中，得到：
dω1/dt＝1/J1(Tin-TC1) Δωc1＝ω1-ω2
dω2/dt＝1/J2(TC1-TC2) Δωc2＝ω2-ω3
dω3/dt＝1/J3(TC2-TTout)
根据上述公式可以得到：
dω1/dt＝1/J1(Tin-TC1)
dΔωc1/dt＝1/J1*TTin-(J1+J2)/J1J2*Tc1+1/J2*Tc2
dΔωc2/dt＝1/J2*TC1-(J2+J3)/J2J3*Tc2+1/J3*Tout
注：ω1:输入轴1转速，ω2:输入轴2转速，ω3：输入轴3转速，
Δωc1：离合器C1速差，Δωc2：离合器C2速差，
J1：输入轴1惯量，J2:输入轴2惯量，J3：输入轴3惯量，
Tc1:离合器C1传递扭矩值，Tc2：离合器C2传递扭矩值，
Tin：输入扭矩，Tout：输出扭矩。
再根据离合器C1和C2的结合和滑磨状态，再根据离合器C1和C2传递扭矩值，最后可以计算出Tout(输出扭矩)。
总之，本发明的一种双行星轮混合动力硬件在环仿真系统，可以有效模拟气缸及双行星轮结构的动态过程，不影响硬件在环测试的测试结构，且测试准确。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (9)

1.一种双行星轮混合动力硬件在环仿真系统，其特征在于，包括：
上位机，所述上位机用以运行测试管理软件；
实时仿真子系统，与所述上位机电性连接；
HIL硬件子系统，与所述实时仿真子系统电性连接；以及
待测混合动力控制器，与所述HIL硬件子系统电性连接；
其中，所述实时仿真子系统包括被控对象模型，且所述被控对象模型包括驾驶员模型、虚拟控制器模型及外围模型；
其中，所述实时仿真子系统接收所述待测混合动力控制器的控制指令，同时反馈所述实时仿真子系统的运行结果并输出给所述待测混合动力控制器，从而构成闭环HIL仿真系统；
其中，所述测试管理软件能够改变所述待测混合动力控制器的驾驶员部分或其他的信号，使所述待测混合动力控制器按照测试用例的步骤执行并计算出结果。
2.如权利要求1所述的双行星轮混合动力硬件在环仿真系统，其特征在于，所述测试管理软件用以向所述实时仿真子系统发送控制指令，并同时监控所述实时仿真子系统的状态信息。
3.如权利要求1所述的双行星轮混合动力硬件在环仿真系统，其特征在于，所述实时仿真子系统与所述HIL硬件子系统是通过I/O接口模型进行传递命令指令和状态。
4.如权利要求1所述的双行星轮混合动力硬件在环仿真系统，其特征在于，所述驾驶员模型包括模拟驾驶员模型和自动驾驶模型，所述模拟驾驶员模型用以模拟驾驶员的行为。
5.如权利要求1所述的双行星轮混合动力硬件在环仿真系统，其特征在于，所述虚拟控制器模型包括虚拟混合动力控制器模型、虚拟动力电池管理系统模型，第一虚拟驱动电机控制器模型、第二虚拟驱动电机控制器模型、虚拟发动机控制器模型及其他控制器模型。
6.如权利要求1所述的双行星轮混合动力硬件在环仿真系统，其特征在于，所述外围模型包括发动机模型、第一驱动电机模型、第二驱动电机模型、动力电池模型、气缸模型、双行星轮模型及车辆动力学模型。
7.如权利要求6所述的双行星轮混合动力硬件在环仿真系统，其特征在于，所述气缸模型用以计算当前主离合器和整车模式换挡器执行气缸的实际位置和气缸相关离合器的传递扭矩。
8.如权利要求7所述的双行星轮混合动力硬件在环仿真系统，其特征在于，所述气缸模型计算当前主离合器和整车模式换挡器执行气缸的实际位置和气缸相关离合器的传递扭矩包括：
根据标定的气缸行程最大最小限值得到气缸行程限值；
根据空气参数、气缸参数、气缸的收缩或扩展命令及气缸的收缩或扩展气压，计算出收缩或扩展的空气流量；
根据所述空气参数、所述气缸参数、所述气缸行程限值及收缩或扩展空气流量，计算气缸当前的位置和气缸的进出气压差；
根据气缸的当前位置、气缸的进出气压差及所述气缸行程限值，计算出气缸相关离合器传递扭矩值。
9.如权利要求8所述的双行星轮混合动力硬件在环仿真系统，其特征在于，所述双行星轮模型用以根据所述第一驱动电机模型、所述第二驱动电机模型及发动机的输出扭矩及所述气缸相关离合器传递扭矩值，计算双行星轮输出的轮边扭矩值。
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