CN204480040U - 燃料电池车辆整车控制器的测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池车辆整车控制器的测试系统，该系统包括：CAN卡与测试计算机通信连接，CAN卡设有连接所测试燃料电池车辆整车控制器的一路CAN总线和二路CAN总线；信号转换板卡，设有CAN通讯接口，该CAN通讯接口与CAN卡的二路CAN总线电气连接，该信号转换板卡设有连接所测试燃料电池车辆整车控制器的信号输入接口和信号输出接口。通过CAN卡和信号转换板卡与测试计算机配合，该测试系统能以CAN总线方式连接所测试燃料电池车辆整车控制器，获取相应测试信号，通过测试计算机模拟的模型对燃料电池车辆整车控制器实现开环硬件电气接口测试、内部复杂功能测试以及故障测试，由于不需要高压，保障了测试人员安全。

Description

燃料电池车辆整车控制器的测试系统

技术领域

本实用新型涉及汽车控制器的测试领域，特别是涉及一种燃料电池车辆整车控制器的测试系统。

背景技术

燃料电池车辆是未来汽车发展的重要方向之一，具有节能、环保和运行安静的技术特点。燃料电池车辆的动力系统是燃料电池车辆与其他类型车辆区别的主要标志。一般来说，燃料电池车辆的动力系统主要包括燃料电池系统(包括燃料电池电堆、燃料电池辅助设备以及燃料电池控制器等)、动力电池(或超级电容)、电机和电机控制器以及电力电子装置(如DCDC变化器、DCAC变换器等)组成。由于动力系统复杂性，一般需要整车控制器来对整个动力系统进行管理。燃料电池车辆的整车控制器需要对多个动力源进行协调，对车辆状态进行监控，对驾驶请求进行识别和处理，对制动能量进行回收等多个功能，因此需要一个专门的设备对其进行测试，才能保证燃料电池车辆整车控制器开发的可靠性。

燃料电池车辆的整车控制器涉及与多个控制器系统，尤其是燃料电池控制系统，电机控制系统，DCDC控制系统，动力电池控制系统的协调工作，并且燃料电池车辆的整车控制器需要采集驾驶员的驾驶指令并转化为对应的转矩需求和能量需求，同时燃料电池车辆的整车控制器还负责附件系统的管理，如空调，电加热等设备。因此要对燃料电池车辆的整车控制器进行测试，必须具备真实或者虚拟的相关环境。

已有的关于燃料电池车辆的测试系统大多集中在燃料电池系统本身，如中国专利申请CN101672898A、CN104062596A。针对整车控制器的测试系统如中国专利申请CN202929475U是针对纯电动或者混合动力的车辆的整车控制器测试系统，但是针对燃料电池车辆的整车控制器还缺乏相关的测试系统。

目前存在的技术只有通用控制器的测试设备，能够对燃料电池车辆的整车控制器进行开环测试，不能实现功能层次的测试，或者接入真实的燃料电池车辆相关系统，一方面造价昂贵，另一方面存在高压接入带来的安全风险，同时当测试故障情况时，容易造成真实设备或系统损坏。

实用新型内容

基于上述现有技术所存在的问题，本实用新型提供一种燃料电池车辆整车控制器的测试系统，能够方便连接燃料电池车辆的整车控制器，获取对应的信号，实现开环的硬件电气接口测试、内部复杂功能测试以及故障测试，同时保障测试人员的安全，解决了目前市场上缺乏燃料电池车辆整车控制器专用的测试系统的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种燃料电池车辆整车控制器的测试系统，包括：

测试计算机、所述CAN卡和信号转换板卡；其中，

所述CAN卡与所述测试计算机通信连接，所述CAN卡设有连接所测试燃料电池车辆整车控制器的一路CAN总线和二路CAN总线；

所述信号转换板卡，设有CAN通讯接口，该CAN通讯接口与所述CAN卡的二路CAN总线电气连接，该信号转换板卡设有连接所测试燃料电池车辆整车控制器的信号输入接口和信号输出接口。

本实用新型的有益效果为：通过设置具有双CAN总线的CAN卡和信号转换板卡与测试计算机配合，使得该测试系统能以CAN总线方式连接所测试的燃料电池车辆整车控制器，获取相应的测试信号，进而通过测试计算机模拟的模型对燃料电池车辆整车控制器实现开环的硬件电气接口测试、内部复杂功能测试以及故障测试，由于该测试系统不需要高压，保障测试人员的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本实用新型实施例提供的燃料电池车辆整车控制器测试系统构成示意图；

图2为本实用新型实施例提供的测试系统的信号转换板卡构成示意图；

图3为本实用新型实施例提供的信号转换板卡的故障模拟电路连接示意图；

图4为本实用新型实施例提供的测试系统的测试计算机中的模型示意图；

图5为本实用新型实施例提供的测试系统测试燃料电池车辆整车控制器流程图。

具体实施方式

下面对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

如图1至3所示，本实用新型实施例提供一种燃料电池车辆整车控制器的测试系统，包括：

测试计算机、CAN卡和信号转换板卡；其中，

CAN卡与测试计算机通信连接，CAN卡设有连接所测试燃料电池车辆整车控制器的一路CAN总线和二路CAN总线；

信号转换板卡，设有CAN通讯接口，该CAN通讯接口与CAN卡的二路CAN总线电气连接，该信号转换板卡设有连接所测试燃料电池车辆整车控制器的信号输入接口、信号输出接口和故障模拟接口。

上述测试系统中，信号转换板卡包括：

CAN收发器、数据处理芯片、模拟量输出电路、数字量输出电路、模拟量采集电路、数字量采集电路和故障模拟电路；其中，

CAN收发器设置CAN通讯接口，CAN收发器与数据处理芯片通信连接；

数据处理芯片分别与模拟量输出电路、数字量输出电路、模拟量采集电路和数字量采集电路电气连接；

模拟量输出电路、数字量输出电路、模拟量采集电路和数字量采集电路分别与故障模拟电路电气连接；

故障模拟电路设有分别对应于模拟量输出电路、数字量输出电路、模拟量采集电路和数字量采集电路的信号输出接口和信号输入接口。

上述信号转换板卡的故障模拟电路如图3所示，包括：模拟量输出电路可控继电器、模拟量采集电路可控继电器、数字量输出电路可控继电器、数字量采集电路可控继电器、四个电源可控继电器和四个接地可控继电器；

其中，模拟量输出电路可控继电器电气连接在模拟量输出电路与一路输出接口之间连接的电路上；

数字量输出电路可控继电器电气连接在数字量输出电路与另一路输出接口之间连接的电路上；

模拟量采集电路可控继电器电气连接在模拟量采集电路与一路输入接口之间连接的电路上；

数字量采集电路可控继电器电气连接在数字量采集电路与另一路输入接口之间连接的电路上；

各电源可控继电器分别电气连接在电源正极与各接口之间连接的电路上；

各接地可控继电器分别电气连接在接地端与各接口之间连接的电路上。

这种由多个可控继电器组成的故障模拟电路与各电路耦合连接，能够通过控制各可控继电器，模拟各电路的不同故障模式。

上述测试系统中，测试计算机内安装有模拟仿真燃料电池车辆整车、CAN收发以及标定数据测量模型的Matlab软件的车载网络工具箱。

上述测试系统中，模拟仿真燃料电池车辆整车、CAN收发以及标定数据测量模型包括：

燃料电池整车模型和动力系统总线模拟模型和燃料电池车辆整车控制器内部数据采集模型。

上述测试系统中，燃料电池整车模型包括：模拟燃料电池系统及控制器、双向DCDC系统及控制器、动力电池系统及控制器、电机系统级控制器以及车辆动力学，附件系统和驾驶员的各模型，各模型与所测试燃料电池车辆整车控制器之间信号交互，进行闭环仿真。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的测试系统作进一步说明。

本实用新型的测试系统，采用基于总线技术实现对燃料电池车辆整车控制器进行测试，系统组成如图1所示，包括：测试计算机1、CAN卡2和信号转换板卡3，CAN卡2与信号转换板卡3连接作为被测部件的燃料电池车辆整车控制器4。

其中，测试计算机中安装Matlab软件的车载网络(Vehicle Network)工具箱，能够与常规CAN卡交互，实现PC与外围环境的节点进行总线通讯，主要功能是模拟整个燃料电池车辆，并模拟动力系统中与整车控制器相关联的其他控制器，同时测试计算机还可以通过CAN卡实现对燃料电池车辆整车控制器的标定数据测量；

所用的CAN卡可以是市场常规类型的两通道板卡，通过USB或者PCI接口与PC机连接，如Vector的CANcaseXL，一路CAN总线信号为CAN1，二路CAN总线信号为CAN2，其中CAN1为标定专用CAN网络，CAN2为动力系统CAN网络；

所用的信号转换板卡为具有一路CAN通讯接口，多路模拟数字信号输入输出的板卡，实现的功能是从CAN2总线上接收测试计算机对燃料电池车辆的整车控制器传感器物理信号，将其模拟为电信号输出给燃料电池车辆的整车控制器，同时采集燃料电池车辆整车控制器输出的执行器命令电信号(模拟量和数字量)，将其转化为物理信号，通过CAN2总线发送给测试计算机；

被测燃料电池车辆整车控制器与测试计算机之间通过CAN卡的CAN1和CAN2两路CAN连接，其中CAN1可标定为专用CAN，CAN2为动力系统CAN，与信号转换板卡通过信号线交互模拟信号和数字信号。

信号转换板卡结构如图2所示，信号转换板卡的作用是将CAN信号和电气信号进行互相转换，目的是使测试计算机能够通过CAN总线进行电气信号的设置。信号转换板卡组成部分主要包括CAN收发器31，其设有CAN通讯接口，数据处理芯片32和各电气电路33，各电气电路33包括：模拟量输出和采集电路，数字量输出和采集电路以及故障模拟电路。其中故障模拟电路主要由继电器组成，并与其他电路耦合连接，能够实现电气信号的故障模拟。这些故障包括：信号对电源短路、对地短路和开路三种故障，故障的实现通过测试计算机向信号转换板卡发送故障命令，信号转换板卡将故障命令转化为对故障模拟电路对应继电器开关的操作。故障模拟电路与各电路、电源、地连接方式如图3所示，以连接模拟输出电路的故障模拟为例，当可控继电器a闭合,可控继电器b、c打开实现该模拟输出电路无信号的故障模式，可控继电器a、b、c均打开实现该模拟输出电路信号开路故障模式，可控继电器a打开,可控继电器b闭合，可控继电器c打开实现该模拟输出电路信号对电源短路故障模式，可控继电器a打开,可控继电器b打开，可控继电器c闭合实现该模拟输出电路信号对地短路故障模式。其它电路的故障模式模拟与模拟输出电路的基本相同，在此不一一说明。

测试计算机中的模型如图4所示，测试计算机中包含一个基于Matlab/Simulink模拟仿真的燃料电池车辆模型，该模型可分为两个部分，第一个部分是燃料电池车辆整车模型及CAN1总线信号收发，第二个部分是对燃料电池车辆整车控制器的内部数据标定测量，即通过CAN2总线测量燃料电池整车控制器内部数据，为了保证数据同步，两部分模型虽然没有直接联系，但放在同一模型中，可以同时仿真，保证数据的同步性。

(一)测试计算机中环境模型及CAN1总线收发模型中包含两个大的组成部分：

1)Vehicle Network CAN收发模块部分，主要工具箱中的CAN收发模块实现燃料电池控制器CAN收发模块，DCDC控制器CAN收发模块，动力电池控制器CAN收发模块，电机控制器CAN收发模块，以及信号转换板卡的CAN收发模块，除信号转换板卡CAN收发模块之外，其他的CAN收发模块符合燃料电池整车的动力系统CAN协议定义，而信号转换板卡CAN的作用是实现测试计算机的信号向信号转换板卡信号交互的作用。

2)Simulink模型部分，主要是燃料电池车辆的Simulink模型，主要包括燃料电池系统及控制器，双向DCDC系统及控制器，动力电池系统及控制器，电机系统级控制器，以及车辆动力学，附件系统和驾驶员等模型，实现了整车的仿真，通过也整车控制器之间的信号交互，能够实现闭环的仿真。每个控制器实现的工具与具体燃料电池车辆的对应控制器功能相对应，每个车型会有不同的修改，其他车辆零部件也是需要根据实际车辆的参数进行设置。每个模拟控制器的接口与其CAN收发接口对应。而信号转换器对应的信号均为整车控制器的传感器和执行器信号，根据具体的车型定义不同会有一些区别，一般包含：油门踏板信号，制动踏板信号，档位信号，水温信号等。

(二)CAN2总线是测试计算机和燃料电池车辆的整车控制器之间的专用标定总线，目的是测试控制器内部的数据，使用Vehicle Network中的XCP标定模块通过CAN总线采集控制器内部设计好的测量数据。

利用上述测试系统对燃料电池车辆整车控制器的测试过程如下：

实际测试中，在测试PC中设定仿真条件，如车辆启动，车辆匀速运行，车辆加速运行或者燃料电池的温度，储气罐内氢气的量等条件可以实现燃料电池车辆的整车控制器闭环的测试，测试的步骤是如图5所示

(1)根据测试用例，设置Simul ink模型燃料电池车辆仿真的条件和确定测量数据，包括整车控制器发送的CAN指令，内部数据(通过标定CAN2获得)，电气输出信号(通过信号转换板卡获得)；

(2)运行仿真，获得测量数据；

(3)对比测试数据与目标数据的关系，确定测试结果的正确或错误；

(4)得到测试报告。

本实用新型的测试系统，通过两通道的CAN卡和信号转换板卡与测试计算机配合，使得该测试系统，能以总线方式连接所测试的燃料电池车辆整车控制器，获取测试信号，既能够实现开环的硬件电气接口测试，又能够实现内部复杂功能测试，还能够实现故障测试，同时该测试系统不存在高压，保障测试人员的安全。而且该系统结构相对简单，成本上比一般系统的硬件回路都要便宜，符合开发阶段对成本的要求。同时该系统也能够根据具体车辆不同进行快速配置，比一般包含了真实系统的台架具有很高的灵活性。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种燃料电池车辆整车控制器的测试系统，其特征在于，包括：

测试计算机、CAN卡和信号转换板卡；其中，

所述CAN卡与所述测试计算机通信连接，所述CAN卡设有连接所测试燃料电池车辆整车控制器的一路CAN总线和二路CAN总线；

所述信号转换板卡，设有CAN通讯接口，该CAN通讯接口与所述CAN卡的二路CAN总线电气连接，该信号转换板卡设有连接所测试燃料电池车辆整车控制器的信号输入接口和信号输出接口。

2.根据权利要求1所述的燃料电池车辆整车控制器的测试系统，其特征在于，所述信号转换板卡包括：

CAN收发器、数据处理芯片、模拟量输出电路、数字量输出电路、模拟量采集电路、数字量采集电路和故障模拟电路；其中，

所述CAN收发器设置所述CAN通讯接口，所述CAN收发器与所述数据处理芯片通信连接；

所述数据处理芯片分别与所述模拟量输出电路、数字量输出电路、模拟量采集电路和数字量采集电路电气连接；

所述模拟量输出电路、数字量输出电路、模拟量采集电路和数字量采集电路分别与所述故障模拟电路电气连接；

所述故障模拟电路设有分别对应于所述模拟量输出电路、数字量输出电路、模拟量采集电路和数字量采集电路的信号输出接口和信号输入接口。

3.根据权利要求2所述的燃料电池车辆整车控制器的测试系统，其特征在于，所述故障模拟电路包括：

模拟量输出电路可控继电器、模拟量采集电路可控继电器、数字量输出电路可控继电器、数字量采集电路可控继电器、四个电源可控继电器和四个接地可控继电器；其中，

所述模拟量输出电路可控继电器电气连接在所述模拟量输出电路与一路输出接口之间连接的电路上；

所述数字量输出电路可控继电器电气连接在所述数字量输出电路与另一路输出接口之间连接的电路上；

所述模拟量采集电路可控继电器电气连接在所述模拟量采集电路与一路输入接口之 间连接的电路上；

所述数字量采集电路可控继电器电气连接在所述数字量采集电路与另一路输入接口之间连接的电路上；

所述各电源可控继电器分别电气连接在电源正极与各接口之间连接的电路上；

所述各接地可控继电器分别电气连接在接地端与各接口之间连接的电路上。

4.根据权利要求1至3任一项所述的燃料电池车辆整车控制器的测试系统，其特征在于，所述测试计算机内安装有模拟仿真燃料电池车辆整车、CAN收发以及标定数据测量模型的Matlab软件的车载网络工具箱。

5.根据权利要求4所述的燃料电池车辆整车控制器的测试系统，其特征在于，所述模拟仿真燃料电池车辆整车、CAN收发以及标定数据测量模型包括：

燃料电池整车模型和动力系统总线模拟模型和燃料电池车辆整车控制器内部数据采集模型。

6.根据权利要求5所述的燃料电池车辆整车控制器的测试系统，其特征在于，所述燃料电池整车模型包括：模拟燃料电池系统及控制器、双向DCDC系统及控制器、动力电池系统及控制器、电机系统级控制器以及车辆动力学，附件系统和驾驶员的各模型，所述各模型与所测试燃料电池车辆整车控制器之间信号交互，进行闭环仿真。