CN111026073A - 纯电动整车级的电控***hil测试***的设计方法 - Google Patents

纯电动整车级的电控***hil测试***的设计方法 Download PDF

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时鹏
宋四云
李晓弘
方蔚
唐豪
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    • G05B23/0218—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults
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Abstract

本发明公开了一种纯电动整车级的电控***HIL测试***的设计方法，包括以下步骤：步骤1.上位机子***被控对象建模；步骤2.上位机虚拟控制器建模；步骤3.各虚拟控制器与其被控对象进行子***级的联合调试：步骤4.上位机整车电控***级联合调试；步骤5.HIL半实物仿真***；步骤6.HIL半实物仿真测试***调试，调试通过后，该纯电动整车电控***HIL测试***设计完成。本发明解决了单控制器的HIL测试及部分控制器的联合HIL测试环节中被测对象的仿真模型及测试环境与实车测试环境差异大的问题，以及提升了HIL测试***的灵活性。

Description

纯电动整车级的电控***HIL测试***的设计方法
技术领域
本发明属于HIL测试技术领域，具体涉及一种纯电动整车级的电控***HIL测试***的设计方法。
背景技术
HIL 测试（硬件在环测试）是新能源车整车控制策略V 流程开发中***集成测试重要的验证方式。除了能够缩短控制器的开发周期和降低开发成本外，HIL 测试环节先于实车测试，利用硬件在环测试环境可进行部分极限工况测试，能够避免在实车测试时的风险；同时可快速模拟与复现故障模式，解决实车上故障注入测试的风险与难点。它通过搭建测试模型，模拟整车控制器运行的虚拟工作环境，通过变化各种不同的输入条件，观察控制器的输出，验证逻辑关系是否按照预期设计要求实现。其主要工作原理参见图1。
目前，HIL测试***在新能源汽车领域得到广泛应用。HIL测试***多用于单控制器的测试，如整车控制器、电池管理***、电机控制器等。HIL测试***也被部分企业应用于纯电动汽车大三电（电控、电机、电池）联合测试。也有部分企业实施基于车身域控制器的HIL测试。但单控制器的HIL测试与部分控制器的联合HIL测试，存在被测对象的仿真模型及测试环境与实车测试环境有很大的差异，测试数据与实车一致性差，同时不能实际监测被控对象的行为表现问题。
因此，有必要开发一种新的纯电动整车级的电控***HIL测试***的设计方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种纯电动整车级的电控***HIL测试***的设计方法，以解决单控制器的HIL测试及部分控制器的联合HIL测试环节中被测对象的仿真模型及测试环境与实车测试环境差异大的问题，以及提升HIL测试***的灵活性。
本发明所述的一种纯电动整车级的电控***HIL测试***的设计方法，包括以下步骤：
步骤1.上位机子***被控对象建模：在上位机上对纯电动汽车动力***整车动力学模型及被控对象模型进行建模，包括：电机模型、电池模型、电源模型、减速器模型、制动***模型、转向柱模型、冷却***模型、热管理***模型、车身***部件模型、整车动力学模型；
步骤2. 上位机虚拟控制器建模：在上位机上对整车电控***的各控制器建立虚拟模型，包括：虚拟整车控制器、虚拟电驱动***总成控制器、虚拟电池管理***、虚拟电源补给***总成控制器、虚拟集成化电子驻车制动***、虚拟电动助力转向***控制器、虚拟空调控制器、虚拟热管理***控制器和虚拟集成车身控制器；
步骤3.各虚拟控制器与其被控对象进行子***级的联合调试：在上位机上对单个的虚拟控制器及其被控对象模型进行离线闭环调试，包括：虚拟电驱动***总成控制器与电机模型的离线闭环调试、虚拟电池管理***与电池模型的离线闭环调试、虚拟电源补给***总成控制器与电源模型的离线闭环调试、虚拟集成化电子驻车制动***与制动***模型的离线闭环调试、虚拟电动助力转向***控制器与转向柱模型的离线闭环调试、虚拟空调控制器与冷却***模型的离线闭环调试、虚拟热管理***控制器与热管理***模型的离线闭环调试、虚拟集成车身控制器与车身***部件模型的离线闭环调试；各子***离线闭环调试通过后进入步骤4；
步骤4. 上位机整车电控***级联合调试：在上位机上对全部虚拟控制器及被控对象模型按照整车***架构进行集成和仿真调试，在整车电控***级联合调试通过后进入步骤5；
步骤5. HIL半实物仿真***：将各待测整车电控***控制器外部电气接口与程控线束转接盒进行连接，将被控对象传感器外部电气接口与程控线束转接盒进行连接，将被控对象执行器外部电气接口与程控线束转接盒进行连接，将HIL测试设备的电气接口与程控线束转接盒进行连接，在上位机中的环境模型中搭建IO接口模型和残余总线网络仿真模型，通过上位机中环境模型虚拟开关将各虚拟控制器全部切换为真实整车电控***控制器；
步骤6.HIL半实物仿真测试***调试：通过HIL测试设备的控制命令控制程控线束转接盒，使被控对象传感器和被控对象执行器与整车电控***控制器连通，进行真实控制器、传感器、执行器与虚拟车辆的联合调试；调试通过后，该纯电动整车电控***HIL测试***设计完成。
进一步，所述步骤3中，各子***离线闭环调试通过的标准为：各虚拟子***不报故障，能实现各子***基本的功能。
进一步，所述步骤4还包括，将虚拟整车控制器与各调试完成的子***进行离线闭环调试，整个虚拟***在上位机环境中的联合调试。
进一步，所述步骤4中，整车电控***联合调试通过的标准为：整车电控***涉及到的全部虚拟控制器及被控对象模型联合调试后不报任何故障，车辆模型能在上位机中正常运行。
本发明具有以下优点：
（1）针对整车控制***进行HIL测试设计，能够解决纯电动整车级的电控***HIL测试设计方法的空白，解决了单控制器的HIL测试及部分控制器的联合HIL测试环节中被测对象的仿真模型及测试环境与实车测试环境差异大的问题，不仅优化测试数据与实车测试的一致性，也能够实际监测被控对象的行为表现，发现单控制器HIL测试环节中无法发现的各子***交互匹配的问题，减少了问题遗漏，减轻了实车测试负担。
（2）能够将对驾驶员较危险的实车故障注入测试、极限工况测试前移到安全的HIL测试环节；同时不仅能够快速模拟与复现故障模式，解决实车上故障注入测试的风险与难点，而且也能够将实车测试中发现的各子***软件问题在HIL测试***中复现，降低了问题整改的成本，提高了***验证的效率。
（3）能够在试验室环境下对整车***功能进行全面、有效的静态测试。不仅能够一键切换实现被测控制器及被控对象在实体与虚拟之间切换，还能够一键切换实现手动测试与自动测试之间的切换，大大提升了HIL测试***的灵活性。
附图说明
图1为单控制器HIL测试***的工作原理图；
图2为本发明所述的纯电动整车级的电控***HIL测试***原理图；
图3为本发明的逻辑流程图；
图中：1-HIL测试设备；2-上位机；3-整车电控***控制器；4-被控对象传感器；5-被控对象执行器；6-程控线束转接盒。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种纯电动整车级的电控***HIL测试***的设计方法，包括以下步骤：
步骤1.上位机子***被控对象建模：在上位机2上使用Matlab/Simulink软件，对纯电动汽车动力***整车动力学模型及被控对象模型进行建模，包括：电机模型、电池模型、电源模型、减速器模型、制动***模型、转向柱模型、冷却***模型、热管理***模型、车身***部件模型、整车动力学模型，各子***的模型都是工作机理模型，能够对真实零部件及其传感器、执行器的工作特性进行仿真模拟。
步骤2. 上位机虚拟控制器建模：在上位机2上使用Matlab/Simulink软件，对整车电控***控制器3分别建立虚拟模型，包括：虚拟整车控制器（VCU）、虚拟电驱动***总成控制器（EDU）、虚拟电池管理***（BMS）、虚拟电源补给***总成控制器（PDU）、虚拟集成化电子驻车制动***（EPBi）、虚拟电动助力转向***控制器（EPS）、虚拟空调控制器（AC）、虚拟热管理***控制器（TMS）、虚拟集成车身控制器（IBCM）。
骤3.各虚拟控制器与其被控对象进行子***级的联合调试：在上位机2机上使用Matlab/Simulink软件，对单个的虚拟控制器及其被控对象模型进行离线闭环调试，包括：虚拟电驱动***总成控制器（EDU）与电机模型的离线闭环调试、虚拟电池管理***（BMS）与电池模型的离线闭环调试、虚拟电源补给***总成控制器（PDU）与电源模型的离线闭环调试、虚拟集成化电子驻车制动***（EPBi）与制动***模型的离线闭环调试、虚拟电动助力转向***控制器（EPS）与转向柱模型的离线闭环调试、虚拟空调控制器（AC）与冷却***模型的离线闭环调试、虚拟热管理***控制器（TMS）与热管理***模型的离线闭环调试、虚拟集成车身控制器（IBCM）与车身***部件模型的离线闭环调试。
各子***离线闭环调试通过的标准为：各虚拟子***不报故障，能够实现各子***基本的功能；
步骤4. 上位机整车电控***级联合调试：在上位机2上使用Matlab/Simulink软件，对全部虚拟控制器及被控对象模型按照整车布置架构进行集成和仿真调试，在此步骤中，需要将虚拟整车控制器（VCU）与各调试完成的子***进行离线闭环调试，整个虚拟***在上位机2环境中的联合调试。
整车电控***联合调试通过的标准为：整车电控***涉及到的全部虚拟控制器及被控对象模型联合调试后不报任何故障，车辆模型可以在上位机2中正常运行；
步骤5. HIL半实物仿真***（将调试通过的虚拟车辆环境切换至HIL半实物仿真***）：将各待测整车电控***控制器3外部电气接口与程控线束转接盒6进行连接，将被控对象传感器4外部电气接口与程控线束转接盒6进行连接，将被控对象执行器5外部电气接口与程控线束转接盒6进行连接，将HIL测试设备1的电气接口与程控线束转接盒6进行连接，在上位机2中的环境模型中搭建IO接口模型和残余总线网络仿真模型，通过上位机2中环境模型虚拟开关将各虚拟控制器全部切换为真实整车电控***控制器3。
步骤6.HIL半实物仿真测试***调试：通过HIL测试设备1的控制命令控制程控线束转接盒6，使被控对象传感器4和被控对象执行器5与整车电控***控制器3连通，进行真实控制器、传感器、执行器与虚拟车辆的联合调试。因为在步骤5中，上位机2环境模型中已经使用虚拟控制器对虚拟车辆模型进行过闭环调试了，因此HIL半实物仿真环境中的闭环调试时间会被大大地节约。
在步骤6调试通过后，该纯电动整车电控***HIL测试***设计完成，达到手动测试状态，通过HIL测试设备1的控制命令控制程控线束转接盒6，使被控对象传感器4和被控对象执行器5与整车电控***控制器3断开，使HIL测试设备1中的电气接口与整车电控***控制器3连通，通过上位机2的试验管理管理软件和自动测试软件即可自动测试状态。
本发明将纯电动整车电控***的所有控制器及关重高压部件电机、电池、电源采用真实部件进行联合测试，用于纯电动整车控制***功能测试、诊断测试与***集成验证。此HIL测试设计方法按照实车线束搭建台架，按照真实部件在实车的位置布置，对实车全部控制器单元及其被控对象、相关执行器、传感器进行集成，对整车动力学进行建模处理搭建测试***。此HIL测试***能在试验室环境下对整车***功能进行全面、有效的静态测试。不仅能够一键切换实现被测控制器及被控对象在实体与虚拟之间切换，还能够一键切换实现手动测试与自动测试之间的切换，大大提升了HIL测试***的灵活性。

Claims (4)

1.一种纯电动整车级的电控***HIL测试***的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.上位机子***被控对象建模：在上位机上对纯电动汽车动力***整车动力学模型及被控对象模型进行建模，包括：电机模型、电池模型、电源模型、减速器模型、制动***模型、转向柱模型、冷却***模型、热管理***模型、车身***部件模型、整车动力学模型；
步骤2. 上位机虚拟控制器建模：在上位机上对整车电控***的各控制器建立虚拟模型，包括：虚拟整车控制器、虚拟电驱动***总成控制器、虚拟电池管理***、虚拟电源补给***总成控制器、虚拟集成化电子驻车制动***、虚拟电动助力转向***控制器、虚拟空调控制器、虚拟热管理***控制器和虚拟集成车身控制器；
步骤3.各虚拟控制器与其被控对象进行子***级的联合调试：在上位机上对单个的虚拟控制器及其被控对象模型进行离线闭环调试，包括：虚拟电驱动***总成控制器与电机模型的离线闭环调试、虚拟电池管理***与电池模型的离线闭环调试、虚拟电源补给***总成控制器与电源模型的离线闭环调试、虚拟集成化电子驻车制动***与制动***模型的离线闭环调试、虚拟电动助力转向***控制器与转向柱模型的离线闭环调试、虚拟空调控制器与冷却***模型的离线闭环调试、虚拟热管理***控制器与热管理***模型的离线闭环调试、虚拟集成车身控制器与车身***部件模型的离线闭环调试；各子***离线闭环调试通过后进入步骤4；
步骤4. 上位机整车电控***级联合调试：在上位机上对全部虚拟控制器及被控对象模型按照整车***架构进行集成和仿真调试，在整车电控***级联合调试通过后进入步骤5；
步骤5. HIL半实物仿真***：将各待测整车电控***控制器外部电气接口与程控线束转接盒进行连接，将被控对象传感器外部电气接口与程控线束转接盒进行连接，将被控对象执行器外部电气接口与程控线束转接盒进行连接，将HIL测试设备的电气接口与程控线束转接盒进行连接，在上位机中的环境模型中搭建IO接口模型和残余总线网络仿真模型，通过上位机中环境模型虚拟开关将各虚拟控制器全部切换为真实整车电控***控制器；
步骤6.HIL半实物仿真测试***调试：通过HIL测试设备的控制命令控制程控线束转接盒，使被控对象传感器和被控对象执行器与整车电控***控制器连通，进行真实控制器、传感器、执行器与虚拟车辆的联合调试；调试通过后，该纯电动整车电控***HIL测试***设计完成。
2.根据权利要求1所述的纯电动整车级的电控***HIL测试***的设计方法，其特征在于：所述步骤3中，各子***离线闭环调试通过的标准为：各虚拟子***不报故障，能实现各子***基本的功能。
3.根据权利要求1或2所述的纯电动整车级的电控***HIL测试***的设计方法，其特征在于：所述步骤4还包括，将虚拟整车控制器与各调试完成的子***进行离线闭环调试，整个虚拟***在上位机环境中的联合调试。
4.根据权利要求3所述的纯电动整车级的电控***HIL测试***的设计方法，其特征在于：所述步骤4中，整车电控***联合调试通过的标准为：整车电控***涉及到的全部虚拟控制器及被控对象模型联合调试后不报任何故障，车辆模型能在上位机中正常运行。
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