CN102880171B - 一种电动汽车整车控制器的硬件在环实验*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车整车控制器的硬件在环实验***，包括待测整车控制器、模拟控制器和监控试验台；待测整车控制器、模拟控制器与监控试验台之间的控制信息和能量流信息分别通过信息流CAN总线和能量流CAN总线进行交互。本发明可以准确、快速的检验整车控制器的正确性，达到可移植性和可扩展性，实现整车控制器的原型开发；降低了仿真***成本，解决了单总线CAN通信网络应用于仿真***的实时性和准确性问题，提高了仿真***的性能。本发明结构比较简单，易操作和实现，可以按照用户自定义的模拟模型对不同的整车控制器进行实时测试。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种电动汽车整车控制器的硬件在环实验***。
背景技术
电动汽车为一种使用电能驱动电机作为动力***的汽车，由于其具有高环保性，其在生活中的应用越来越广泛。
整车控制器是整个电动车整车控制***的核心控制部件，它可以根据加速踏板的位置、档位、制动踏板力、空调开关等驾驶员的指令和电池的SOC、温度等状态变量来计算出运行所需要的驱动功率、转矩等参数，从而协调各部件的运行，保障车辆正常行驶，此外还可以通过再生制动来实现能量回收，提高效率。所以说，整车控制器的设计好坏直接影响汽车的动力性、经济性、安全性和其他性能。
现在仿真技术大量应用于电动汽车的设计及其开发当中，特别是汽车动力***。仿真技术引入汽车动力***的开发，加快了汽车设计开发速度。按照参与仿真模型的不同分为物理仿真、数学仿真及硬件在环仿真。由于数学仿真必须首先得到研究对象的数学描述，同时在建立数学模型和仿真模型时不可避免的进行一些假设简化，由于缺少物理水平的真实功能，数学仿真实现的只可能是***的部分仿真，而难以做到对研究对象的功能全部真实再现；物理仿真必须造出模型实物及相应的测试环境，过程缓慢，代价昂贵；硬件在环仿真综合了物理仿真和数学仿真两者的优点，充分利用计算机建模的简易性，减少了费用，便于对***的模型部分进行灵活快捷的仿真、变更，保证实现了在改变参数的同时就可详细观察***性能的变化，同时对***中的一些非考察重点的复杂环节，可直接将其硬件连入整个仿真***，配合其它模型的实时仿真运转，而不必花费过多的精力去对***的全部细节进行数学建模，因此不仅能准确地反映真实***的特性，而且保持了数学仿真的低成本、重复性好等优点。硬件在环仿真实现了物理硬件和软件模型的互换，从而可以在原型车不存在的情况下进行部件和整车的实验。
由于dSPACE***具有以下优点：组合性强、过渡性好、对产品实时控制器的支持性强、基于PC机Windows操作***、实时性好、可靠性高，所以国内很多研究单位在开发整车控制器时都采用基于dSPACE的硬件在环仿真技术。但是，由于dSPACE价格昂贵，所以为了节省成本国内很多研究机构放弃使用dSPACE***，探索使用其他方法来完成硬件在环仿真。
由于现有的CAN通信网路传输速度比较慢，如果单总线上的节点很多的话，总线负载率比较高，导致丢数现象比较严重。所以考虑到负载率的问题，使用单总线CAN通信网路来完成信息流和能量流的通信无法保证仿真***实时性和准确性。
因此，如何搭建有效、快速、成本低廉的整车控制器硬件在环方阵平台，是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可以准确、快速的检验整车控制器的正确性的硬件在环仿真实验***。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种电动汽车整车控制器的硬件在环仿真实验***，包括待测整车控制器、模拟控制器和监控试验台；其特征在于：所述待测整车控制器、模拟控制器与监控试验台之间的控制信息和能量流信息分别通过信息流CAN总线和能量流CAN总线进行交互。
其中，所述模拟控制器包括驱动电机模拟控制器、变速器模拟控制器、附件模拟控制器、增程器模拟控制器、动力蓄电池模拟控制器和整车模拟控制器。
其中，所述各模拟控制器均由相互电连接的微控制器、两个CAN收发器及其附属电路组成，微控制器中内置CAN控制器，其中的一个CAN收发器连接到能量流CAN总线，另一个CAN收发器连接到信息流CAN总线；并且各微控制器中分别嵌入了所模拟汽车部件的数学模型。
其中，所述待测整车控制器通过两个CAN收发器分别连接到能量流CAN总线和信息流CAN总线。
其中，所述监控试验台通过两个CAN通讯卡分别连接到能量流CAN总线和信息流CAN总线。
其中，所述微控制器为单片机或DSP芯片。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明包括两条CAN总线：一条是信息流CAN总线，该CAN总线与实车上CAN总线一致，主要完成各个控制器之间控制信息的交互；另一条是能量流CAN总线，实现各个部件之间能量流的交互，能量流CAN总线可以模拟实车中各部件通过电缆连接完成能量流的交互。
本发明可以准确、快速的检验整车控制器的正确性，达到可移植性和可扩展性，实现整车控制器的原型开发；降低了仿真***成本，解决了单总线CAN通信网络应用于仿真***的实时性和准确性问题，提高了仿真***的性能。本发明结构比较简单，易操作和实现，可以按照用户自定义的模拟模型对不同的整车控制器进行实时测试。实验证明，本发明能够简化整车控制器的开发过程，降低硬件设计和软件设计的工作量，使用具有很高的灵活性。
附图说明
图1为本发明的结构组成框图；
图2是本发明的硬件连接图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示为本发明的结构组成框图。本发明为一种电动汽车整车控制器的硬件在环仿真实验***，包括待测整车控制器、模拟控制器和监控试验台；待测整车控制器、模拟控制器与监控试验台之间的控制信息和能量流信息分别通过信息流CAN总线和能量流CAN总线进行交互。其中，待测整车控制器作为被测对象，为实车所用整车控制器；监控试验台主要用于监控各个控制器的运行状态，保存数据信息和模拟驾驶员操作；模拟控制器主要用于模拟汽车各个部件的运行，包括驱动电机模拟控制器、变速器模拟控制器、附件模拟控制器、增程器模拟控制器、动力蓄电池模拟控制器和整车模拟控制器；每个模拟控制器的微控制器中均嵌入了所模拟汽车部件的数学模型，运行运算结果通过CAN总线与其他控制器实现共享。
上述各模拟控制器均由相互电连接的微控制器、两个CAN收发器及其附属电路组成，微控制器中内置CAN控制器，其中的一个CAN收发器连接到能量流CAN总线，另一个CAN收发器连接到信息流CAN总线，并且各微控制器中分别嵌入了所模拟汽车部件的数学模型；待测整车控制器通过两个CAN收发器分别连接到能量流CAN总线和信息流CAN总线；监控试验台通过两个CAN通讯卡分别连接到能量流CAN总线和信息流CAN总线，并且监控试验台与CAN通讯卡之间为PCI总线连接。模拟控制器的控制芯片即微控制器可以根据模型的复杂程度进行选择，简单的模型可以采用单片机来完成，复杂的模型可以采用DSP来完成。可以利用MATLAB将汽车各个部件模型离散化，然后嵌入微控制器的程序中。
本发明包括两条CAN总线：一条是信息流CAN总线，该CAN总线与实车上CAN总线一致，主要完成各个控制器之间控制信息的交互；实车中，汽车各个部件通过电缆连接，完成能量流的交互，但是在本发明中，汽车各个部件用其控制模型来代替，所以为了完成各个部件之间能量流的交互，增加一条能量流CAN总线，实现各个部件之间能量流的交互。
本发明中，监控试验台可以在LABVIEW上完成。在上位机上利用LABVIEW开发监控程序，监控各个部件的运行状态，并且可以模拟驾驶员的操作。与实车一致，通过同时上电来完成各个控制器之间的同步。模拟整车平台的数学模型由增程器模型、驱动电机模型、变速器模型、动力蓄电池模型、附件模型、整车模型即车辆动力学模型组成。先在MATLAB/Simulink上仿真验证各个模型的正确性，然后离散化嵌入到各个模拟控制器，并且通过CAN总线网络与实际待测的整车控制器构成一个硬件在环仿真测试***。
本发明的实现方法：
第一步：完成各个部件的建模，并且将模型离散化嵌入到模拟控制器中；
第二步：按照图2所示完成硬件连接，由24V电池电源提供各模拟控制器和待测整车控制器的电源，开关闭合完成各控制器的同步，上位机上采用Labview软件开发的监控平台对仿真***进行监控；
第三步：启动待测整车控制器，运行控制程序；
第四步：通过LABVIEW模拟，发送给整车控制器各种控制命令，如启动、加速、制动等；
第五步：通过监控试验台记录仿真测试过程中产生的各种信号数据。
通过调整LABVIEW模拟信号，可以实现各种不同信号规范，方便工程人员根据实际情况实时对整车控制器进行多次测试。
将本发明应用到实际的整车控制器开发过程中后，有以下显著的优点：1）降低了整车控制器的开发难度，缩短了整车控制器软硬件的开发周期，提高了整车控制器的性能，在一定程度上解决不能频繁进行实车试验的问题；2）降低了实车试验的难度，提高了实车试验的效率和安全性，节约了实车试验的成本，降低了实车试验的风险；3）平台具有通用性，可以根据需要进行不同的仿真测试，并不局限于整车控制器的开发，具有广发的应用前景。
Claims (4)
1.一种电动汽车整车控制器的硬件在环仿真实验***，包括待测整车控制器、模拟控制器和监控试验台；其特征在于：所述待测整车控制器、模拟控制器与监控试验台之间的控制信息和能量流信息分别通过信息流CAN总线和能量流CAN总线进行交互，所述模拟控制器包括驱动电机模拟控制器、变速器模拟控制器、附件模拟控制器、增程器模拟控制器、动力蓄电池模拟控制器和整车模拟控制器，所述各模拟控制器均由微控制器、两个CAN收发器及其附属电路组成，所述的微控制器相互电连接，微控制器中内置CAN控制器，其中的一个CAN收发器连接到能量流CAN总线，另一个CAN收发器连接到信息流CAN总线；并且各微控制器中分别嵌入了所模拟汽车部件的数学模型。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车整车控制器的硬件在环仿真实验***，其特征在于：所述待测整车控制器通过两个CAN收发器分别连接到能量流CAN总线和信息流CAN总线。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车整车控制器的硬件在环仿真实验***，其特征在于：所述监控试验台通过两个CAN通讯卡分别连接到能量流CAN总线和信息流CAN总线。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车整车控制器的硬件在环仿真实验***，其特征在于：所述微控制器为单片机或DSP芯片。
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