一種電動汽車整車控制器的硬體在環實驗系統的製作方法
2023-10-17 12:21:44
專利名稱：一種電動汽車整車控制器的硬體在環實驗系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及電動汽車技術領域，特別涉及一種電動汽車整車控制器的硬體在環實驗系統。
背景技術：
電動汽車為一種使用電能驅動電機作為動力系統的汽車，由於其具有高環保性，其在生活中的應用越來越廣泛。整車控制器是整個電動車整車控制系統的核心控制部件，它可以根據加速踏板的位置、檔位、制動踏板力、空調開關等駕駛員的指令和電池的S0C、溫度等狀態變量來計算出運行所需要的驅動功率、轉矩等參數，從而協調各部件的運行，保障車輛正常行駛，此外還可以通過再生制動來實現能量回收，提高效率。所以說，整車控制器的設計好壞直接影響汽·車的動力性、經濟性、安全性和其他性能。現在仿真技術大量應用於電動汽車的設計及其開發當中，特別是汽車動力系統。仿真技術引入汽車動力系統的開發，加快了汽車設計開發速度。按照參與仿真模型的不同分為物理仿真、數學仿真及硬體在環仿真。由於數學仿真必須首先得到研究對象的數學描述，同時在建立數學模型和仿真模型時不可避免的進行一些假設簡化，由於缺少物理水平的真實功能，數學仿真實現的只可能是系統的部分仿真，而難以做到對研究對象的功能全部真實再現；物理仿真必須造出模型實物及相應的測試環境，過程緩慢，代價昂貴；硬體在環仿真綜合了物理仿真和數學仿真兩者的優點，充分利用計算機建模的簡易性，減少了費用，便於對系統的模型部分進行靈活快捷的仿真、變更，保證實現了在改變參數的同時就可詳細觀察系統性能的變化，同時對系統中的一些非考察重點的複雜環節，可直接將其硬體連入整個仿真系統，配合其它模型的實時仿真運轉，而不必花費過多的精力去對系統的全部細節進行數學建模，因此不僅能準確地反映真實系統的特性，而且保持了數學仿真的低成本、重複性好等優點。硬體在環仿真實現了物理硬體和軟體模型的互換，從而可以在原型車不存在的情況下進行部件和整車的實驗。由於dSPACE系統具有以下優點組合性強、過渡性好、對產品實時控制器的支持性強、基於PC機Windows作業系統、實時性好、可靠性高，所以國內很多研究單位在開發整車控制器時都採用基於dSPACE的硬體在環仿真技術。但是，由於dSPACE價格昂貴，所以為了節省成本國內很多研究機構放棄使用dSPACE系統，探索使用其他方法來完成硬體在環仿真。由於現有的CAN通信網路傳輸速度比較慢，如果單總線上的節點很多的話，總線負載率比較高，導致丟數現象比較嚴重。所以考慮到負載率的問題，使用單總線CAN通信網路來完成信息流和能量流的通信無法保證仿真系統實時性和準確性。因此，如何搭建有效、快速、成本低廉的整車控制器硬體在環方陣平臺，是本領域內技術人員亟待解決的技術問題。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種可以準確、快速的檢驗整車控制器的正確性的硬體在環仿真實驗系統。為解決上述技術問題，本發明所採取的技術方案是一種電動汽車整車控制器的硬體在環仿真實驗系統，包括待測整車控制器、模擬控制器和監控試驗臺；其特徵在於所述待測整車控制器、模擬控制器與監控試驗臺之間的控制信息和能量流信息分別通過信息流CAN總線和能量流CAN總線進行交互。其中，所述模擬控制器包括驅動電機模擬控制器、變速器模擬控制器、附件模擬控制器、增程器模擬控制器、動力蓄電池模擬控制器和整車模擬控制器。其中，所述各模擬控制器均由相互電連接的微控制器、兩個CAN收發器及其附屬電路組成，微控制器中內置CAN控制器，其中的一個CAN收發器連接到能量流CAN總線，另一個CAN收發器連接到信息流CAN總線；並且各微控制器中分別嵌入了所模擬汽車部件的數學模型。其中，所述待測整車控制器通過兩個CAN收發器分別連接到能量流CAN總線和信息流CAN總線。其中，所述監控試驗臺通過兩個CAN通訊卡分別連接到能量流CAN總線和信息流CAN總線。其中，所述微控制器為單片機或DSP晶片。採用上述技術方案所產生的有益效果在於
本發明包括兩條CAN總線一條是信息流CAN總線，該CAN總線與實車上CAN總線一致，主要完成各個控制器之間控制信息的交互；另一條是能量流CAN總線，實現各個部件之間能量流的交互，能量流CAN總線可以模擬實車中各部件通過電纜連接完成能量流的交互。本發明可以準確、快速的檢驗整車控制器的正確性，達到可移植性和可擴展性，實現整車控制器的原型開發；降低了仿真系統成本，解決了單總線CAN通信網絡應用於仿真系統的實時性和準確性問題，提高了仿真系統的性能。本發明結構比較簡單，易操作和實現，可以按照用戶自定義的模擬模型對不同的整車控制器進行實時測試。實驗證明，本發明能夠簡化整車控制器的開發過程，降低硬體設計和軟體設計的工作量，使用具有很高的靈活性。
圖1為本發明的結構組成框 圖2是本發明的硬體連接圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。如圖1所示為本發明的結構組成框圖。本發明為一種電動汽車整車控制器的硬體在環仿真實驗系統，包括待測整車控制器、模擬控制器和監控試驗臺；待測整車控制器、模擬控制器與監控試驗臺之間的控制信息和能量流信息分別通過信息流CAN總線和能量流CAN總線進行交互。其中，待測整車控制器作為被測對象，為實車所用整車控制器；監控試驗臺主要用於監控各個控制器的運行狀態，保存數據信息和模擬駕駛員操作；模擬控制器主要用於模擬汽車各個部件的運行，包括驅動電機模擬控制器、變速器模擬控制器、附件模擬控制器、增程器模擬控制器、動力蓄電池模擬控制器和整車模擬控制器；每個模擬控制器的微控制器中均嵌入了所模擬汽車部件的數學模型，運行運算結果通過CAN總線與其他控制器實現共享。上述各模擬控制器均由相互電連接的微控制器、兩個CAN收發器及其附屬電路組成，微控制器中內置CAN控制器，其中的一個CAN收發器連接到能量流CAN總線，另一個CAN收發器連接到信息流CAN總線，並且各微控制器中分別嵌入了所模擬汽車部件的數學模型；待測整車控制器通過兩個CAN收發器分別連接到能量流CAN總線和信息流CAN總線；監控試驗臺通過兩個CAN通訊卡分別連接到能量流CAN總線和信息流CAN總線，並且監控試驗臺與CAN通訊卡之間為PCI總線連接。模擬控制器的控制晶片即微控制器可以根據模型的複雜程度進行選擇，簡單的模型可以採用單片機來完成，複雜的模型可以採用DSP來 完成。可以利用MATLAB將汽車各個部件模型離散化，然後嵌入微控制器的程序中。 本發明包括兩條CAN總線一條是信息流CAN總線，該CAN總線與實車上CAN總線一致，主要完成各個控制器之間控制信息的交互；實車中，汽車各個部件通過電纜連接，完成能量流的交互，但是在本發明中，汽車各個部件用其控制模型來代替，所以為了完成各個部件之間能量流的交互，增加一條能量流CAN總線，實現各個部件之間能量流的交互。本發明中，監控試驗臺可以在LABVIEW上完成。在上位機上利用LABVIEW開發監控程序，監控各個部件的運行狀態，並且可以模擬駕駛員的操作。與實車一致，通過同時上電來完成各個控制器之間的同步。模擬整車平臺的數學模型由增程器模型、驅動電機模型、變速器模型、動力蓄電池模型、附件模型、整車模型即車輛動力學模型組成。先在MATLAB/Simulink上仿真驗證各個模型的正確性，然後離散化嵌入到各個模擬控制器，並且通過CAN總線網絡與實際待測的整車控制器構成一個硬體在環仿真測試系統。本發明的實現方法
第一步完成各個部件的建模，並且將模型離散化嵌入到模擬控制器中；
第二步按照圖2所示完成硬體連接，由24V電池電源提供各模擬控制器和待測整車控制器的電源，開關閉合完成各控制器的同步，上位機上採用Labview軟體開發的監控平臺對仿真系統進行監控；
第三步啟動待測整車控制器，運行控制程序；
第四步通過LABVIEW模擬，發送給整車控制器各種控制命令，如啟動、加速、制動等； 第五步通過監控試驗臺記錄仿真測試過程中產生的各種信號數據。通過調整LABVIEW模擬信號，可以實現各種不同信號規範，方便工程人員根據實際情況實時對整車控制器進行多次測試。將本發明應用到實際的整車控制器開發過程中後，有以下顯著的優點1)降低了整車控制器的開發難度，縮短了整車控制器軟硬體的開發周期，提高了整車控制器的性能，在一定程度上解決不能頻繁進行實車試驗的問題；2)降低了實車試驗的難度，提高了實車試驗的效率和安全性，節約了實車試驗的成本，降低了實車試驗的風險；3)平臺具有通用性，可以根據需要進行不同的仿真測試，並不局限於整車控制器的開發，具有廣發的應用前
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權利要求
1.一種電動汽車整車控制器的硬體在環實驗系統，包括待測整車控制器、模擬控制器和監控試驗臺；其特徵在於所述待測整車控制器、模擬控制器與監控試驗臺之間的控制信息和能量流信息分別通過信息流CAN總線和能量流CAN總線進行交互。
2.根據權利要求I所述的一種電動汽車整車控制器的硬體在環實驗系統，其特徵在於所述模擬控制器包括驅動電機模擬控制器、變速器模擬控制器、附件模擬控制器、增程器模擬控制器、動力蓄電池模擬控制器和整車模擬控制器。
3.根據權利要求2所述的一種電動汽車整車控制器的硬體在環實驗系統，其特徵在於所述各模擬控制器均由相互電連接的微控制器、兩個CAN收發器及其附屬電路組成，微控制器中內置CAN控制器，其中的一個CAN收發器連接到能量流CAN總線，另一個CAN收發器連接到信息流CAN總線；並且各微控制器中分別嵌入了所模擬汽車部件的數學模型。
4.根據權利要求I所述的一種電動汽車整車控制器的硬體在環實驗系統，其特徵在於所述待測整車控制器通過兩個CAN收發器分別連接到能量流CAN總線和信息流CAN總線。
5.根據權利要求I所述的一種電動汽車整車控制器的硬體在環實驗系統，其特徵在於所述監控試驗臺通過兩個CAN通訊卡分別連接到能量流CAN總線和信息流CAN總線。
6.根據權利要求3所述的一種電動汽車整車控制器的硬體在環實驗系統，其特徵在於所述微控制器為單片機或DSP晶片。
全文摘要
本發明公開了一種電動汽車整車控制器的硬體在環實驗系統，包括待測整車控制器、模擬控制器和監控試驗臺；待測整車控制器、模擬控制器與監控試驗臺之間的控制信息和能量流信息分別通過信息流CAN總線和能量流CAN總線進行交互。本發明可以準確、快速的檢驗整車控制器的正確性，達到可移植性和可擴展性，實現整車控制器的原型開發；降低了仿真系統成本，解決了單總線CAN通信網絡應用於仿真系統的實時性和準確性問題，提高了仿真系統的性能。本發明結構比較簡單，易操作和實現，可以按照用戶自定義的模擬模型對不同的整車控制器進行實時測試。
文檔編號G05B23/02GK102880171SQ20121038897
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月15日 優先權日2012年10月15日
發明者陳培哲, 程夕明, 尹義林, 林佔輝, 張亞光 申請人:保定長安客車製造有限公司