CN204203651U - 一种车用电子控制器测试模拟器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种车用电子控制器测试模拟器，旨在解决目前通用型高性能硬件在环系统应用到车用电子控制器上存在功能与性能上资源利用浪费的问题，其由服务器、CompactRIO实时控制系统组成，服务器与CompactRIO实时控制系统通过以太网线连接，CompactRIO实时控制系统由CompactRIO集成化系统和CompactRIO I/O模块组成，CompactRIO集成化系统集成实时处理器和可重新配置FPGA机箱,CompactRIO集成化系统和CompactRIO I/O模块通过串行接口连接，被测电子控制器通过VCU硬件接口与CompactRIO I/O模块连接。实时控制器通过FPGA接口与FPGA机箱通信；FPGA机箱与被测车用电子控制器通过CAN总线连接。

Description

一种车用电子控制器测试模拟器

技术领域

本实用新型涉及汽车电子控制装置，具体涉及一种车用电子控制器测试模拟器。

背景技术

伴随汽车电子控制领域的飞速发展，电子控制系统日趋庞大，一台中高档轿车上安装众多的电子控制器，为了保证汽车的安全性，电子控制器的软硬件测试成为汽车电控系统开发的核心内容之一。

目前，国际主流的电子控制器模拟测试称为硬件在环，即通过专门的高性能软硬件，模拟电子控制器的各种工况条件，从而实时有效地测试出电子控制器的功能及运转过程中的可靠性。这种硬件在环的测试设备一般由具有强大运算处理能力的实时控制器、丰富的I/O接口以及完善的软件平台构成，从而可以实现各类电子控制器的仿真测试。目前国内外主要使用的汽车电子控制器硬件在环平台包括dSPACE、PXI和LabCar。这类系统在设计上通常要求适用于不同环境不同领域下搭建硬件在环平台，必须具备强大的功能与优异的性能。但是这类系统应用到车用电子控制器上缺点也非常明显：这类功能强大和性能优异的通用型硬件在环测试系统应用到单一的车用电子控制器模拟测试过程中成本高昂，对于汽车系统中大部分的电子控制器来说，必然存在大量功能与性能上的浪费。

发明内容

为了解决目前的通用型高性能硬件在环系统应用到车用电子控制器上存在功能与性能上资源利用浪费的问题，本实用新型设计一种特定型车用电子控制器模拟测试的装置。

本实用新型提供一种车用电子控制器测试模拟器，由服务器、CompactRIO实时控制系统组成，服务器与CompactRIO实时控制系统通过以太网线连接，其中，CompactRIO实时控制系统由CompactRIO集成化系统和CompactRIO I/O模块组成，CompactRIO集成化系统集成实时控制器和可重新配置FPGA(现场可编程门阵列)机箱，CompactRIO集成化系统和CompactRIO I/O模块通过串行接口连接，被测电子控制器通过VCU硬件接口与CompactRIO I/O模块连接；所述CompactRIO I/O模块包括四块数据采集卡：NI DI/O系列，用于数字信号的输入与输出；NI CAN卡,用于基于CAN总线协议的通信节点包的传输；NI AO系列,用于模拟信号的输出；NI AI系列,用于模拟信号的输入。

作为本实用新型提供的一种车用电子控制器测试模拟器的改进方案，实时控制器与FPGA机箱通过FPGA接口通讯连接；FPGA机箱与被测车用电子控制器通过CAN总线连接。

本实用新型所能达到的预期效果为：本实用新型使用NI CompactRIO实时控制系统作为一种车用电子控制器测试模拟器，这是一套低成本，同时又能满足测量精度且可根据客户需求进行自主开发的实时控制系统；

附图说明

图1是一种车用电子控制器测试模拟器硬件架构示意图

图2是一种车用电子控制器测试模拟器下位机CompactRIO实时控制系统的硬件示意图

图3是一种车用电子控制器测试模拟器各部分之间的通信方式示意图

图4是一种车用电子控制器测试模拟器实时控制器模块示意图

图5是一种车用电子控制器测试模拟器的数据传输流程图

具体实施方式

参照图1，一种车用电子控制器测试模拟器，由上位机服务器、下位机CompactRIO(美国国家仪器所生产的可重新配置嵌入式测控系统)实时控制系统组成，以完成对被测车用电子控制器的模拟测试。其中上位机与下位机之间是通过以太网线连接，下位机与被测车用电子控制器之间是通过VCU硬件接口连接。在车用电子控制器测试模拟过程中各部分硬件所需的电源启动方面，被测车用电子控制器通过12V直流电源供电，下位机CompactRIO实时控制系统则通过100-120V/200-240V交流电源供电。

参照图2,一种车用电子控制器测试模拟器的下位机CompactRIO实时控制系统由CompactRIO集成化系统和CompactRIO I/O模块两部分组成，CompactRIO集成化系统集成实时控制器和可重新配置FPGA(现场可编程门阵列)机箱，而FPGA机箱和CompactRIO I/O模块则是通过串行接口连接，而被测电子控制器通过VCU硬件接口与CompactRIO I/O模块连接。CompactRIO I/O模块包括四块数据采集卡：①NI DI/O系列，用于数字信号的输入与输出；②NI CAN卡,用于基于CAN(控制器局域网络)总线协议的通信节点包的传输；③NI AO系列,用于模拟信号的输出；④NI AI系列,用于模拟信号的输入。

参照图3，一种车用电子控制器测试模拟器各部分之间的通信连接方式：①实时控制器与上位机服务器之间的通信是通过TCP/IP及网络共享变量来完成。由于在传递大量数据时TCP/IP比网络共享变量节省资源，在对被测车用电子控制器的测试模拟过程中需要向上位机传递大量车辆运行信息，包括车速、电池电压、电流、扭矩等，而上位机向实时控制器发送的指令只包括启动开关、手刹开关、驾驶模式选择，因而本实用新型采用TCP/IP的方式向上位机传递数据，网络共享变量的方式由上位机向实时控制器传递数据，因此可以避免过多使用耗费资源的变量；②实时控制器与FPGA数据采集卡通过NI LabVIEW提供的FPGA接口实现通讯连接，从而实时地将数据传递至实时控制器上；③实时控制器与车用电子控制器如ECU(电子控制单元)的通信通过CAN(控制器局域网络)总线通信协议完成。

参照图3，一种车用电子控制器测试模拟器软件架构可以分为三部分：服务器模块、实时控制器模块和FPGA模块。FPGA模块的功能是高速生成和采集信号、收发CAN总线上的报文帧、运行一部分仿真步长要求极高的模型如电机预充电模型,然后将数据通过LabVIEW FPGA模块提供的FPGA接口的形式传递到实时控制器模块上实时运行的车辆模型中；实时控制器模块的功能是实时运行车辆模型，接收来自FPGA模块的数据，然后根据内部的控制策略解析出车辆的实时运行状态，如电机运行状态、电机扭矩、动力蓄电池状态、充电机状态等相关参数，经过通信循环将数据传发送至服务器模块并回返至FPGA模块上；服务器模块的功能是：①接收数据部分：将实时控制器模块上测得的实验数据在上位机上进行实时显示、报表自动生成、数据随机记录，②发送指令部分：向实时控制器模块发送指令，从而进行模拟测试工作。

参照图4,本实用新型中运行在实时控制器模块上的任务可以分为两部分：(1)高优先级任务，即需要在实时控制器模块实时运行的车辆模型。该模型是以电动汽车为基础，基于实验实测数据和理论公式，通过NI LabVIEW图形化编程软件，直接搭建并运行在实时控制器上的前向仿真模型，其主要功能是以车辆的前向仿真模型取代真实的车辆向被测车用电子控制器提供在各个工况下所需的测试参数。(2)低优先级任务，即运行在实时控制器上的通信循环。其具体两个方面：基于TCP/IP协议的通信循环的作用是向服务器模块即上位机传递测试数据；基于CAN总线协议的通信循环是基于CAN总线协议将数据打包成CAN总线报文帧发送至FPGA模块。本实用新型之所以能够利用低成本的CompactRIO系统搭建出满足测量精度特定型车用电子控制器测试模拟器其创新之处是考虑到所选车用电子控制器测试模拟器的实时控制器资源有限的情况下，将实时控制器模块上的任务分为高优先级任务和低优先级任务，从而提出一套通用性的实时系统下多任务处理和程序优化方案：①基于实时控制系统下多任务处理的优先级分配策略。本实用新型所搭建的模拟测试系统将运行在实时控制器上的任务划分为高优先级任务(模型循环)和低优先级任务(通信循环)，通过将实时任务设置为高优先级并利用FIFO(先入先出)在任务之间传递数据的方法，确保了系统的实时性；②实时控制系统下对程序优化的策略。本实用新型所搭建的模拟测试系统将程序部署到实时控制器时，由于采集信号的引入和实时控制器资源的有限性，因此将离线程序进行修改和优化，即针对模型循环和通信循环合理设置循环的时间步长，即将模型循环的时间步长增大到足以满足测试精度的ms级步长，而通信循环的时间步长则可以选择大于模拟循环的时间步长。

参照图5，一种车用控制器测试模拟器的数据传输流程图，可以从以下两个方面看：(1)从整车控制器的角度看，FPGA模块中的I/O通信部分采集到的数模信号发送至整车控制器，整车控制器通过内部控制策略解析车辆的实时运行状态，如电机运行状态、电机扭矩、动力蓄电池状态、充电机状态等相关参数，发送CAN总线报文帧和数字信号至FPGA模块，FPGA模块中的I/O通信部分将数字信号发送至预充电模型，而FPGA模块中的CAN通信部分根据CAN总线通信协议对CAN总线报文帧进行解析获取电机的运行状态和电机的需求扭矩，通过FPGA接口的形式发送至实时运行的车辆模型，以驱动车辆模型实时运行；(2)从被控对象(由车辆的前向仿真模型虚拟出的车辆)的角度看，在实时控制器模块上实时运行的车辆模型根据车辆运行的相关参数计算出电机、电池、整车的运行状态并经过基于CAN总线的通信循环以FPGA接口的形式传递至FPGA模块的CAN通信部分回返至整车控制器，整车控制器通过这些表征车辆运行状态的变量判断出车辆当前行驶的状态，反解出车辆的实时运行状态。

Claims (2)

1.一种车用电子控制器测试模拟器，其特征在于，由服务器、CompactRIO实时控制系统组成，服务器与CompactRIO实时控制系统通过以太网线连接，其中，CompactRIO实时控制系统由CompactRIO集成化系统和CompactRIO I/O模块组成，CompactRIO集成化系统集成实时控制器和可重新配置FPGA机箱，FPGA机箱和CompactRIO I/O模块通过串行接口连接，被测电子控制器通过VCU硬件接口与CompactRIO I/O模块连接；所述FPGA数据采集卡包括四块数据采集卡：NI DI/O系列，用于数字信号的输入与输出；NI CAN卡,用于基于CAN总线协议的通信节点包的传输；NI AO系列,用于模拟信号的输出；NI AI系列,用于模拟信号的输入。

2.按照权利要求1所述的一种车用电子控制器测试模拟器，其特征在于，所述实时控制器与FPGA机箱通过FPGA接口通讯连接；FPGA机箱与被测车用电子控制器通过CAN总线连接。