CN210742701U

CN210742701U - 三电台架联调仿真测试系统

Info

Publication number: CN210742701U
Application number: CN201922316044.6U
Authority: CN
Inventors: 史国军; 李影博; 王亚慧; 冯金泉
Original assignee: Zhengzhou Yiang New Energy Automobile Technology Co ltd
Current assignee: Zhengzhou Yiang New Energy Automobile Technology Co ltd
Priority date: 2019-12-21
Filing date: 2019-12-21
Publication date: 2020-06-12
Anticipated expiration: 2029-12-21

Abstract

本实用新型提供三电台架联调仿真测试系统，解决了有些真实车辆环境不具备测试工况，真实动态运行环境下参数评估不准确的问题。包括整车控制器VCU、电池管理系统BMS、电机控制器MCU，整车控制器VCU、电池管理系统BMS和电机控制器MCU三者之间通过CAN线连接，其特征在于，整车控制器VCU通过信号线连接第一低压分线箱BOB，第一低压分线箱BOB通过信号线连接有VCU硬件在环仿真测试系统，所述VCU硬件在环仿真测试系统通过CAN线与整车控制器VCU、电池管理系统BMS和电机控制器MCU连接，所述第一低压分线箱BOB通过信号线连接有踏板、档位、仪表、钥匙。本实用新型优点在于：具备真实测试环境；可实现真实车辆环境不具备的测试工况；可实现真实动态运行环境下精准参数评估。

Description

三电台架联调仿真测试系统

技术领域

本实用新型涉及三电台架联调仿真测试技术领域，具体是三电台架联调仿真测试系统。

背景技术

功率级的三电台架联调仿真测试系统，具备真实测试环境，包括真实电压、电流、功率对系统可靠性影响，以及真实电磁干扰对系统稳定性影响；可实现真实车辆环境不具备的测试工况，此测试设备具有一定的技术先进性和稳定性，对于新能源核心三电控制器的功能测试更全面、测试结果更精确。

但是，有些真实车辆环境不具备测试工况，包括故障注入测试、极限工况测试、定制工况测试、重复工况测试、疲劳耐久测试；真实动态运行环境下参数评估不准确，如传感器采集数据、执行器响应时间、车辆性能参数测算、瞬态电压电流采集等。

因此，为解决上述问题，本实用新型提供三电台架联调仿真测试系统来解决此问题。

实用新型内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型提供三电台架联调仿真测试系统，有效的解决了有些真实车辆环境不具备测试工况，真实动态运行环境下参数评估不准确的问题。

三电台架联调仿真测试系统，包括整车控制器VCU、电池管理系统BMS、电机控制器MCU，所述整车控制器VCU、电池管理系统BMS和电机控制器MCU三者之间通过CAN线连接，其特征在于，所述整车控制器VCU通过信号线连接第一低压分线箱BOB，所述第一低压分线箱BOB通过信号线连接有VCU HIL仿真测试系统，所述VCU HIL仿真测试系统通过CAN线与整车控制器VCU、电池管理系统BMS和电机控制器MCU连接，所述第一低压分线箱BOB通过信号线连接有真实的踏板、档位、仪表、钥匙；

所述电池管理系统BMS通过信号线连接第二低压分线箱BOB，所述第二低压分线箱BOB通过信号线和CAN线连接有BMS HIL仿真测试系统，所述BMS HIL仿真测试系统通过网线与电池模拟器连接，所述第二低压分线箱BOB通过信号线和CAN线与高压电池包连接，所述高压电池包通过高压线连接高压分线箱BOB，所述高压分线箱BOB通过高压线与电池模拟器连接，所述高压电池包通过三相线连接有驱动电机；

所述电机控制器MCU通过信号线和高压线与驱动电机连接，所述驱动电机机械安装有测功机，所述测功机通过测功机连接线连接有电机测试台架控制台，所述电机测试台架控制台通过网线与VCU HIL仿真测试系统连接，所述电机控制器MCU通过高压线连接有充电部分。

优选的，所述所述充电部分，包括与电机控制器MCU连接的高压盒，所述高压盒通过高压线连接有车载充电机OBC，所述车载充电机OBC通过高压线连接有交流充电桩，所述高压盒通过高压线连接有直流充电桩，所述高压盒通过高压线连接有DC/DC转换器，所述DC/DC转换器通过低压线连接有低压蓄电池。

优选的，所述高压电池包和电池模拟器连接有高压程控电池BOB，所述高压程控电池BOB包括第一连接器和第二连接器，所述第一连接器与高压电池包连接，所述第一连接器通过继电器与整车接口连接；所述第二连接器与电池模拟器连接，所述第二连接器通过继电器与整车接口连接，两个所述继电器通过电线连接在继电器驱动模块上，所述继电器驱动模块连接电源，所述整车控制器VCU、电池管理系统BMS和电机控制器MCU三者分别通过CAN线与高压程控电池BOB连接。

本实用新型与现有技术相比，优点在于：

1. 具备真实测试环境，包括真实电压、电流、功率对系统可靠性影响，以及真实电磁干扰对系统稳定性影响；

2. 可实现真实车辆环境不具备的测试工况，包括故障注入测试、极限工况测试、定制工况测试、重复工况测试、疲劳耐久测试；

3. 可实现真实动态运行环境下精准参数评估，如传感器采集数据、执行器响应时间、车辆性能参数测算、瞬态电压电流采集；

4. 可实现真实动态运行环境下故障诊断及参数标定；

5. 仿真模型与VeriStand实验管理软件无缝连接，节省匹配时间，支持利用客户所撰写的测试用例进行一系列的自动化与重复性的测试与调试，提高测试效率。

附图说明

图1为本实用新型电路模块图。

图2为本实用新型高压程控电池BOB电路模块图。

图3为本实用新型高压程控电池BOB功能架构图。

图4为本实用新型低压程控BOB功能示意图。

图5为本实用新型低压程控BOB外形尺寸及接口主视示意图。

图6为本实用新型低压程控BOB外形尺寸及接口左视示意图。

图7为本实用新型低压程控BOB外形尺寸及接口俯视示意图。

图8为本实用新型低压程控BOB总体设计结构框图。

图9为本实用新型低压程控BOB电路原理图。

具体实施方式

有关本实用新型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2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实用新型的各示例性的实施例。

实施例一，本实用新型为三电台架联调仿真测试系统，包括整车控制器VCU、电池管理系统BMS、电机控制器MCU，整车控制器VCU是整个汽车的核心控制部件，相当于汽车的大脑，它采集加速踏板信号、制动踏板信号及其他部件信号，并做出相应判断后，控制下层的各部件控制器的动作，驱动汽车正常行驶；电池管理系统BMS主要就是为了智能化管理及维护各个电池单元,防止电池出现过充电和过放电,延长电池的使用寿命,监控电池的状态；电机控制器MCU的功能是根据档位、油门、刹车等指令，将动力电池所存储的电能转化为驱动电机所需的电能，来控制电动车辆的启动运行、进退速度、爬坡力度等行驶状态，或者将帮助电动车辆刹车，并将部分刹车能量存储到动力电池中，所述整车控制器VCU、电池管理系统BMS和电机控制器MCU三者之间通过CAN线连接，整车控制器VCU、电池管理系统BMS和电机控制器MCU上都设有CAN接口并通过CAN线互相连接，其特征在于，所述整车控制器VCU通过信号线连接第一低压分线箱BOB，所述第一低压分线箱BOB通过信号线连接有VCU HIL仿真测试系统，VCU HIL仿真测试系统提供整车控制器VCU需要的数字量信号（DI、DO、PWMIN、PWM OUT）、模拟量信号（AI、AO）、CAN通讯信号等，主要是提供模拟的信号，整车控制器VCU通过低压分线箱BOB 分出的信号线与VCU HiL仿真测试系统进行信号的匹配连接，整车控制器VCU能够对VCU HIL仿真测试系统发出输出的信号，而VCU HIL仿真测试系统能够给整车控制器VCU发出输入信号，即整车控制器VCU能够对VCU HIL仿真测试系统发出工作指令，使VCU HIL仿真测试系统开始工作，VCU HIL仿真测试系统在工作中的数据信号能够反馈给整车控制器VCU，使整车控制器VCU做出下一步的指令，所述VCU HIL仿真测试系统通过CAN线与整车控制器VCU、电池管理系统BMS和电机控制器MCU连接，整车控制器VCU、电池管理系统BMS和电机控制器MCU能够对VCU HIL仿真测试系统提供输出信号，反之，VCU HIL仿真测试系统也能对整车控制器VCU、电池管理系统BMS和电机控制器MCU提供输入信号，所述第一低压分线箱BOB通过信号线连接有真实的踏板、档位、仪表、钥匙，整车控制器VCU通过低压分线箱BOB 分出的信号线与真实的踏板、档位、仪表、钥匙进行信号的匹配连接，当踏板、档位、仪表、钥匙工作时，整车控制器VCU能够接收踏板、档位、仪表、钥匙反馈的信号，低压分线箱BOB能够实现真实部件（踏板、档位、仪表、钥匙）与模拟信号之间的切换；

所述电池管理系统BMS通过信号线连接第二低压分线箱BOB，所述第二低压分线箱BOB通过信号线和CAN线连接有BMS HIL仿真测试系统，BMS HIL仿真测试系统提供电池管理系统BMS需要的数字量信号（DI、DO、PWM IN、PWM OUT）、模拟量信号（AI、AO）、CAN通讯信号、电阻信号、电池单体等，主要是提供模拟的信号，电池管理系统BMS通过低压分线箱BOB 分出的信号线与BMS HIL仿真测试系统进行信号的匹配连接，电池管理系统BMS能够对BMSHIL仿真测试系统发出输出的信号，而BMS HIL仿真测试系统能够给电池管理系统BMS发出输入信号，即电池管理系统BMS能够对BMS HIL仿真测试系统发出工作指令，使BMS HIL仿真测试系统开始工作，BMS HIL仿真测试系统在工作中的数据信号能够反馈给电池管理系统BMS，使电池管理系统BMS做出下一步的指令，所述BMS HIL仿真测试系统通过网线与电池模拟器连接，BMS HIL仿真测试系统能够对电池模拟器发出控制信号，电池模拟器能够向BMSHIL仿真测试系统发出反馈信号，所述第二低压分线箱BOB通过信号线和CAN线与高压电池包连接，电池管理系统BMS通过第二低压分线箱BOB分出的信号线与高压电池包连接，且低压分线箱BOB与高压电池包之间连接CAN线，工作时可以直接用高压电池包与电池管理系统BMS连接进行信号的交互，所述高压电池包通过高压线连接高压分线箱BOB，所述高压分线箱BOB通过高压线与电池模拟器连接，通过高压分线箱BOB能够在真实高压电池包与电池模拟器进行切换，使得电池管理系统BMS能够在高压电池包与电池模拟器二者之间进行切换，工作时我们可以选择电池模拟器+BMS HIL仿真测试系统（两者通过以太网进行连接，实现BMS HIL仿真测试系统对电池模拟器进行控制），或者直接用真实的高压电池包与电池管理系统BMS进行供电或者信号交互，所述高压电池包通过三相线连接有驱动电机，高压分线箱BOB也通过三相线与驱动电机连接供电，使驱动电机工作，还可以提供真实的单体电压和温度、总电压、总电流等真实信息的反馈；

所述电机控制器MCU通过信号线和高压线与驱动电机连接，电机控制器MCU通过高压线为驱动电机提供电源，电机控制器MCU能够向驱动电机发出控住信号，并控制驱动电机的工作状态，驱动电机工作时的状态会通过信号线传输给电机控制器MCU，所述驱动电机的转动轴上机械安装有测功机，驱动电机带动测功机转动，测功机相当于负载或者整车质量，通过测功机模拟整车工作情况，所述测功机通过测功机连接线连接有电机测试台架控制台，测功机通过测功机信号线向电机测试台架控制台发出信号，所述电机测试台架控制台通过网线与VCU HIL仿真测试系统连接，VCU HIL仿真测试系统通过网线与电机控制台架测试系统相连，进而实现对测功机的控制，所述电机控制器MCU通过高压线连接有充电部分，充电部分可以对高压电池包进行充电。

实施例二，在实施例一的基础上，所述充电部分，包括与电机控制器MCU连接的高压盒，高压盒通过高压线连接高压分线箱BOB，高压电池包通过高压分线箱BOB、高压盒、电机控制器MCU为驱动电机提供电源，所述高压盒通过高压线连接有车载充电机OBC，所述车载充电机OBC通过高压线连接有交流充电桩，交流充电桩可以连接外部交流电源，车载充电机OBC将交流电转换成直接电对高压电池包进行充电，所述高压盒通过高压线连接有直流充电桩，直流充电桩连接外部直流电源，直流充电桩能够直接为高压电池包进行充电，所述高压盒通过高压线连接有DC/DC转换器，所述DC/DC转换器通过低压线连接有低压蓄电池，DC/DC转换器能够将高压电转换为12V或24V的低压电为整车的低压电器供电，也可以为低压蓄电池进行充电。

实施例三，在实施例一的基础上，所述高压电池包和电池模拟器连接有高压程控电池BOB，除了上述的测试方式外，还可通过高压程控电池BOB切换真实电池包和电池模拟器来对整车进行测试，所述高压程控电池BOB主要负责实现真实电池包和电池模拟器切换，包括第一连接器和第二连接器，所述第一连接器与高压电池包连接，所述第一连接器通过第一继电器与整车接口连接，第一继电器能够实现电路通道的通断，能够实现通过真实的高压电池包对整车进行测试；所述第二连接器与电池模拟器连接，所述第二连接器通过第二继电器与整车接口连接，第二继电器能够实现电路通道的通断，能够实现通过电池模拟器对整车进行测试；所述第一继电器和第二继电器通过电线连接在继电器驱动模块上，继电器驱动模块能够控制第一继电器和第二继电器工作，所述继电器驱动模块连接电源，此处电源为外部12V低压供电电源，所述整车控制器VCU、电池管理系统BMS和电机控制器MCU三者分别通过CAN线与继电器驱动模块连接，允许用户将三者在真实部件/信号或者模拟设备/信号之间进行切换，实现不同的实验目的，完成很多在实验环境下无法完成的极限工况测试和边界条件测试。

三电台架系统的各个模块都通过程控BOB相连，允许用户将各个子系统在真实部件/信号或者模拟设备/信号之间进行切换，实现不同的实验目的，完成很多在实验环境下无法完成的极限工况测试和边界条件测试。通过真实的电机测试台架结合整车仿真测试系统，满足部件级测试和整车级测试需求，可以最大限度的模拟实际车辆运行，检验各关键部件的协调工作，以达到在实验室环境对新能源汽车驱动系统各项性能进行整车级集成测试的目的，尽早的发现问题，解决问题，提升开发和测试效率。

程控BOB系统主要负责完成切换汽车真实部件与仿真模拟设备的切换，包括高压程控电池BOB、低压程控BOB。

高压程控电池BOB：用于切换电池模拟器和真实电池包主正、主负两路功率线与整车台架的连接。

低压程控BOB：用于切换BMS的信号线与HIL系统与整车线束的连接。

电池BOB设计依据与目的：

实现切换真实电池包和电池模拟器二选一接入到整车台架；

继电器程控方式：CAN；

BOB面板配有指示灯，可实时显示当前状态；

自检方式：手动自检（万用表测量）。

高压程控电池BOB功能架构图如附图4所示。

低压程控BOB设计依据及目的：

(1)通过切换继电器的方式实现实车线束端和BMS端与HIL端三者中任意两者的连接：

状态1（默认状态）：连接整车线束与BMS端；

状态2：连接HIL与BMS端，整车线束端接下拉电阻；

状态3：连接实车线束与HIL，电子控制单元ECU端接下拉电阻；

(2)当实车线束和BMS端管脚悬空时接下拉电阻到地，防止干扰信号进入BMS和实车线束；

(3)兼容不同类型信号的设计方式；

(4)具备硬件断路接口、采集接口；

(5)继电器程控方式：CAN；

(6)每个通道上都配有下拉电阻和对地电容，用作滤波；

自检方式：软件配合硬件开机使用前测试。

低压程控BOB功能示意图如附图5所示。

低压程控BOB实施方案：

低压程控BOB箱内安装程控BOB板卡，板卡上设计有120通道，可根据上位机发来的程序控制命令，实现实车线束端和BMS端与HIL系统端三者中任意两者的连接，完成通道的切换与信号的传输。

运行环境要求：

1)海拔高度：≤2500m；

2)工作温度：-40℃～+85℃；

3)相对湿度：最湿月月平均最大相对湿度不大于90%（该月月平均最低温度为25℃）；

4)安装条件：安装在能防风、沙、雨、雪直接侵袭的车体内或室内；

系统供电电源：

采用DC12V直流供电为系统内部的微处理器单元及控制电路供电。

功能：

1)具有1路CAN总线通信功能；

2)CAN支持CAN2.0B协议；接口最大速率：1Mbps；传输延迟不大于10ms；

3)每个通道由2个继电器组成，实现实车线束端、BMS端、HIL系统端三者中任意两者的连接。

4)通道数量：120路；

5)通过指示灯进行设定状态指示功能：电源指示灯、系统运行指示灯、状态指示灯；电源指示灯在电源上电时亮起、系统运行指示灯在正常工作时闪烁；状态指示灯显示当前通道的状态。

6)每个通道上都配有下拉电阻和对地电容，用作滤波。

技术参数：

通道承受电压：DC36V，电流：5A。

外形尺寸及接口：

外形尺寸：437*400*176(mm)（如附图6所示）；

内部板卡尺寸：200*300（mm）；

外部接口：

a)电源接入接口：GX16-5P航插；

b)CAN通信接口：DB9；

c)实车信号输入接口：EDAC-120P；BMS控制器信号输入接口：EDAC-120P；HIL系统信号输入接口：EDAC-120P；信号测量接口：EDAC-120P；硬件断路接口：香蕉座；

指示灯：电源指示灯、系统运行指示灯、通道状态指示灯。

低压程控BOB总体设计结构框图如附图7所示。

BOB箱前面板安装有香蕉座、指示灯；后面板3个EDAC、1个电源航插、1个开关。

电路原理图如附图8所示：（备注LED1、LED2实际是一个双色LED灯可呈现红、绿、黄3种颜色）。

状态1：继电器1不动作，继电器2不动作，实车与BMS端端接通，LED亮黄灯（红绿混色）；

状态2：继电器1不动作，继电器2动作，BMS端与HIL接通，实车接下拉电阻，LED亮红灯；

状态3：继电器1动作，继电器2不动作，HIL与实车接通，BMS端接下拉电阻，LED亮绿灯；

低压程控BOB内部包含了4块程控BOB板卡，每块板卡包含30个通道，各通道可独立控制。

核心器件选型：

单片机：选用STM32F103，内部集成有1路CAN控制器，最多可有112个GPIO口；

CAN通信接口电路：选用致远电子的带有隔离及接口防护功能的CAN隔离模块CTM8251A；

继电器驱动芯片：ULN2803；

电源变换电路：DC12V转3.3V采用金升阳电源模块B1203S-1WR2；

继电器：选择IM06DTS，品牌：泰科；

继电器主要参数：额定电流5A；

最大切换电压250AC/220VDC；

机械寿命：10⁸

工作温度：-40℃～+85℃；

接插件EDAC、香蕉座、DB9、GX16-5P航插、XH2.54-10、VH3.96-8P。

部分关键接插件额定电流和接触阻抗如下：

EDAC：品牌：EDAC，额定电流：8.5A；接触阻抗：10 mΩMax；

香蕉座和香蕉插头：品牌：艾迈斯；额定电流：10A，接触电阻：0.8mΩMax；香蕉插头插拔次数：500次；

条形连接器VH3.96：品牌：歌普，额定电压：220V AC/DC；额定电流：7A；接触阻抗：10 mΩMax；

GX16-5P：额定电压250V，额定电流10A，接触电阻：≤5 mΩ。

高压程控BOB实施方案：

高压程控BOB箱内安装了CAN总线控制继电器模块，可根据上位机发来的程序控制命令实现通道的通断控制，高压程控BOB包含电池BOB，电池BOB主要负责实现真实电池包和电池模拟器切换。

运行环境要求：

1)海拔高度：≤2500m；

2)工作温度：-40℃～+85℃；

4)安装条件：安装在能防风、沙、雨、雪直接侵袭的车体内或室内。

系统供电电源：

采用DC12V直流供电为系统内部控制电路供电。

功能：

1)具有1路CAN总线通信功能；

3)每个通道控制继电器通断，实现真实电池和电池模拟器之间的切换。

技术参数：

1)系统供电12VDC；

2)电池BOB承受电压：DC750V，电流：550A。

外形尺寸及接口：

外部接口：

a)电源接入接口：GX16-2P航插；

b)CAN通信接口：DB9；

c)指示灯：电源指示灯、通道状态指示灯（状态指示灯面板安装）可实时显示当前连接状态，绿灯亮为接通状态，不亮为断开状态。

核心器件选型：

继电器驱动模块：CAN总线控制继电器模块；（信科KBK1104成品4路或8路可选）

继电器：EV200AAANA；品牌：TE；连续带载电流：500+A；额定电压12-900VDC

连接器：DC12V：GX16-2P航插；CAN通信接口：DB9；其余接插件待定。

具体使用时：

1. 采用真实的高压电池包对真实的踏板、档位、仪表、钥匙进行测试时的工况：钥匙信号唤醒整车控制器VCU、电池管理系统BMS、电机控制器MCU，整车控制器VCU发上高压指令给电池管理系统BMS，电池管理系统BMS发继电器闭合指令给高压盒里的继电器，主负、主正继电器依次闭合，人为踏板开度给到整车控制器VCU，整车控制器VCU发需求扭矩给电机控制器MCU，电机控制器MCU发控制信号给逆变器，逆变器将电池包直流电转换为交流电给到驱动电机，驱动电机拖动测功机模拟的负载进行运转；

2. 当采用BMS HIL仿真测试系统和电池模拟器对虚拟的踏板、档位、仪表、钥匙进行测试时的工况：VCU HIL仿真测试系统模拟钥匙信号唤醒整车控制器VCU、电池管理系统BMS、电机控制器MCU，整车控制器VCU发上高压指令给电池管理系统BMS，电池管理系统BMS发继电器闭合指令给高压盒里的继电器，主负、主正继电器依次闭合，VCU HIL仿真测试系统模拟踏板开度给到整车控制器VCU，整车控制器VCU发需求扭矩给电机控制器MCU，电机控制器MCU发控制信号给逆变器，逆变器将电池模拟器直流电转换为交流电给到驱动电机，驱动电机拖动测功机模拟的负载进行运转。

实用新型与现有技术相比，优点在于：

4. 可实现真实动态运行环境下故障诊断及参数标定；

5.节省匹配时间，支持利用客户所撰写的测试用例进行一系列的自动化与重复性的测试与调试，提高测试效率。

Claims

1.三电台架联调仿真测试系统，包括整车控制器VCU、电池管理系统BMS、电机控制器MCU，所述整车控制器VCU、电池管理系统BMS和电机控制器MCU三者之间通过CAN线连接，其特征在于，所述整车控制器VCU通过信号线连接第一低压分线箱BOB，所述第一低压分线箱BOB通过信号线连接有VCU HIL仿真测试系统，所述VCU HIL仿真测试系统通过CAN线与整车控制器VCU、电池管理系统BMS和电机控制器MCU连接，所述第一低压分线箱BOB通过信号线连接有真实的踏板、档位、仪表、钥匙；

2.根据权利要求1所述的三电台架联调仿真测试系统，其特征在于，所述充电部分，包括与电机控制器MCU连接的高压盒，所述高压盒通过高压线连接有车载充电机OBC，所述车载充电机OBC通过高压线连接有交流充电桩，所述高压盒通过高压线连接有直流充电桩，所述高压盒通过高压线连接有DC/DC转换器，所述DC/DC转换器通过低压线连接有低压蓄电池。

3.根据权利要求1所述的三电台架联调仿真测试系统，其特征在于，所述高压电池包和电池模拟器连接有高压程控电池BOB，所述高压程控电池BOB包括第一连接器和第二连接器，所述第一连接器与高压电池包连接，所述第一连接器通过继电器与整车接口连接；所述第二连接器与电池模拟器连接，所述第二连接器通过继电器与整车接口连接，两个所述继电器通过电线连接在继电器驱动模块上，所述继电器驱动模块连接电源，所述整车控制器VCU、电池管理系统BMS和电机控制器MCU三者分别通过CAN线与高压程控电池BOB连接。