CN111221326A - 基于Simulink实时仿真***实现硬件在环测试控制的***及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于Simulink实时仿真***实现硬件在环测试控制的***，包括PC机、CAN卡、电子控制单元控制器和信号采集板卡，所述的CAN卡与PC机相连接，所述的电子控制单元控制器与CAN卡通过CAN总线进行信息交互，所述的信号采集板卡与电子控制单元控制器通过硬线信号进行信息交互，所述的信号采集板卡与PC机相连接。本发明还涉及一种实现基于Simulink实时仿真***的硬件在环测试控制的方法。采用了本发明的基于Simulink实时仿真***实现硬件在环测试控制的***及其方法，不需要仿真硬件平台，降低测试成本。本发明的测试平台体积小，***结构清晰、硬件安装及操作简单。本发明测试平台开发周期短、复用性强，可满足同一个ECU不同型号、多个ECU不同组合的测试，提高测试效率。

Description

基于Simulink实时仿真***实现硬件在环测试控制的***及 其方法
技术领域
本发明涉及车辆机械领域，尤其涉及新能源汽车仿真技术领域，具体是指一种基于Simulink实时仿真***实现硬件在环测试控制的***及其方法。
背景技术
硬件在环测试作为V模式开发流程中重要的一环，常借助仿真硬件平台来运行被测ECU的运行环境仿真模型，通过接口实现与被测ECU的通信，使得被测ECU能在一个虚拟的运行环境中工作，实现对被测ECU的功能测试和策略验证。
但是常规的硬件在环测试存在弊端如下：
(1)现有技术方案需要的仿真硬件平台，价格昂贵。
(2)现有技术方案的***结构复杂，所需的开发周期长且操作复杂。
(3)现有的硬件在环仿真平台的体积大，试验设备较多，硬件安装环节复杂，导致测试平台的复用性相对较弱。
Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态***建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性***、非线性***、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。
Simulink提供一个动态***建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的***。
本发明即为巧妙利用Simulink具有的实时仿真功能，与CAN卡、信号采集板卡、被测ECU构成新型的硬件在环***，可克服现有技术的弊端。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足操作简便、结构简单、适用范围较为广泛的基于Simulink实时仿真***实现硬件在环测试控制的***及其方法。
为了实现上述目的，本发明的基于Simulink实时仿真***实现硬件在环测试控制的***及其方法如下：
该基于Simulink实时仿真***实现硬件在环测试控制的***，其主要特点是，所述的***包括PC机、CAN卡、电子控制单元控制器和信号采集板卡，所述的CAN卡与PC机相连接，所述的电子控制单元控制器与CAN卡通过CAN总线进行信息交互，所述的信号采集板卡与电子控制单元控制器通过硬线信号进行信息交互，所述的信号采集板卡与PC机相连接。
较佳地，所述的PC机安装有Simulink仿真模型、CAN卡工具箱和信号采集工具箱，所述的CAN卡工具箱与CAN卡相连接，所述的信号采集工具箱与信号采集板卡相连接。
较佳地，所述的信号采集板卡包括数字量输入输出模块、模数及数模转换模块和脉冲宽度调制模块，所述的数字量输入输出模块、模数及数模转换模块和脉冲宽度调制模块均与PC机和电子控制单元控制器相连接。
该利用上述***实现基于Simulink实时仿真***的硬件在环测试控制的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)配置通用的输入输出板卡和CAN卡；
(2)在Simulink中搭建被测电子控制单元外部仿真模型，模拟被测电子控制单元控制器的实际运行环境；
(3)通过工具箱设计在环测试***的人机交互界面；
(4)关联图形用户接口中的组件与模型中对应的变量和参数；
(5)将仿真模式设置为实时仿真模式；
(6)运行Simulink实时仿真***，对被测电子控制单元进行硬件在环测试。
较佳地，所述的步骤(1)中配置通用的IO板卡和CAN卡的步骤具体为：对模拟量和数字量进行资源分配，以及对CAN通道进行设置。
较佳地，所述的步骤(2)中通过模块化实现被测电子控制单元外部仿真模型的搭建。
较佳地，所述的步骤(3)中的人机交互界面用于对整个测试***进行控制和监测。
采用了本发明的基于Simulink实时仿真***实现硬件在环测试控制的***及其方法，与现有技术方案相比，本发明不需要仿真硬件平台，降低测试成本。本发明的测试平台体积小，***结构清晰、硬件安装及操作简单。本发明测试平台开发周期短、复用性强，可满足同一个ECU不同型号、多个ECU不同组合的测试，提高测试效率。
附图说明
图1为本发明的基于Simulink实时仿真***实现硬件在环测试控制的***的结构图。
图2为本发明的实现基于Simulink实时仿真***的硬件在环测试控制的方法的流程图。
图3为本发明的基于Simulink实时仿真***实现硬件在环测试控制的***的实施例的结构图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
本发明的该基于Simulink实时仿真***实现硬件在环测试控制的***，其中包括PC机、CAN卡、电子控制单元控制器和信号采集板卡，所述的CAN卡与PC机相连接，所述的电子控制单元控制器与CAN卡通过CAN总线进行信息交互，所述的信号采集板卡与电子控制单元控制器通过硬线信号进行信息交互，所述的信号采集板卡与PC机相连接。
作为本发明的优选实施方式，所述的PC机安装有Simulink仿真模型、CAN卡工具箱和信号采集工具箱，所述的CAN卡工具箱与CAN卡相连接，所述的信号采集工具箱与信号采集板卡相连接。
作为本发明的优选实施方式，所述的信号采集板卡包括数字量输入输出模块、模数及数模转换模块和脉冲宽度调制模块，所述的数字量输入输出模块、模数及数模转换模块和脉冲宽度调制模块均与PC机和电子控制单元控制器相连接。
本发明的该利用上述***实现基于Simulink实时仿真***的硬件在环测试控制的方法，其中包括以下步骤：
(1)配置通用的输入输出板卡和CAN卡；
(2)在Simulink中搭建被测电子控制单元外部仿真模型，模拟被测电子控制单元控制器的实际运行环境；
(3)通过工具箱设计在环测试***的人机交互界面；
(4)关联图形用户接口中的组件与模型中对应的变量和参数；
(5)将仿真模式设置为实时仿真模式；
(6)运行Simulink实时仿真***，对被测电子控制单元进行硬件在环测试。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(1)中配置通用的IO板卡和CAN卡的步骤具体为：对模拟量和数字量进行资源分配，以及对CAN通道进行设置。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(2)中通过模块化实现被测电子控制单元外部仿真模型的搭建。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3)中的人机交互界面用于对整个测试***进行控制和监测。
现有的硬件在环测试***需要仿真硬件平台，而仿真硬件平台价格昂贵。并且现有的硬件在环测试***结构复杂，在硬件安装及使用操作方面不存在优势。本发明充分利用Simulink实时仿真***，并结合CAN卡、信号采集板卡与被测控制器组成一种新型的硬件在环测试方案。此方案能很好地解决现有技术存在的弊端，进一步提升硬件在环测试的优势。
本发明的具体实施方式中，提供了一种基于Simulink实时仿真***的硬件在环测试***及方法，包括PC机、ECU控制器、CAN卡、信号采集板卡。
其中PC机上安装有MATLAB(Simulink、App Designer)、CAN卡工具箱、信号采集工具箱；
信号采集板卡包括数字量IO模块、AD/DA模块、PWM模块等，通过硬线信号与ECU进行信息交互；
CAN卡与ECU之间通过CAN总线进行信息交互。该技术方案的实施步骤如下：
(1)配置通用的IO板卡和CAN卡，包括对模拟量、数字量等资源分配，CAN通道设置；
(2)在Simulink中搭建被测ECU外部仿真模型，模拟被测ECU实际运行环境；
(3)在MATLAB中借助App Designer工具箱设计硬件在环测试***的人机交互界面(GUI)，用于在测试过程中对整个测试***进行控制和监测；
(4)将GUI中的组件与模型中对应的变量和参数进行关联；
(5)设置Simulink的仿真模式为实时仿真模式；
(6)运行Simulink实时仿真***，对被测ECU进行硬件在环测试。
PC机模拟仿真硬件平台，实时运行被测ECU运行环境仿真模型，仿真模型输出的报文信号通过CAN卡发送给被测ECU，被测ECU输出的报文信号通过CAN卡发送给仿真模型，实现被测ECU和运行环境仿真模型之间的信息交互；
测试***的GUI界面主要用于人机交互，方便用户在测试过程中对整个测试***进行控制和监测。GUI界面包括指令发送模块、实时数据显示和记录模块、故障状态的注入和监控模块。测试过程中通过指令发送模块发送指令给运行环境仿真模型，通过实时数据显示和记录模块显示相关参量的变化，通过故障状态的注入和监控模块为测试***注入故障，再观察待测ECU的工作状态。
本硬件在环测试***可以进行算法功能验证、诊断功能验证、网络通讯验证、集成测试验证、极限工况测试、实车问题复现。同时还可模拟各种复杂的工况，模拟各种类型的***故障。
本发明以纯电动车整车控制器(VCU)为被测对象进行硬件在环测试作为具体实施例，本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
按照图3所示的各部件关系进行VCU-HIL测试***的硬件安装。基于Simulink实时仿真***的硬件在环测试***包括PC机、整车控制器、Vector的CANcase VN1640、NI-DAQmx信号采集板卡。其中PC机上安装有MATLAB(Simulink、App Designer)、CANoe工具箱、NI-DAQmx工具箱；信号采集板卡包括数字量IO模块、AD/DA模块、PWM模块。其中信号采集板卡通过硬线信号与整车控制器进行信息交互；CANcase VN1640与整车控制器之间通过CAN总线进行信息交互。该技术方案的实施步骤如下：
(1)配置通用的IO板卡和CAN卡，包括对模拟量、数字量等资源分配，CAN通道设置；
(2)搭建VCU的运行环境模型：本发明设计的纯电动车仿真模型基于MATLAB/Simulink搭建，根据纯电动车VCU硬件在环测试***的测试需求和功能，采用模块化的建模方法完成仿真模型的搭建。该模型包括纯电动车的主要零部件和附件功能模块。根据实现的功能不同，可将仿真模型划分为整车动力学模型、电机模型、电池模型、真空泵等各附件模型。
(3)使用App Designer工具箱，设计测试***的人机交互界面(GUI)：纯电动车VCU硬件在环测试***的GUI界面主要用于人机交互，方便用户在测试过程中对整个测试***进行控制和监测。实现的功能主要包括驾驶指令的发送、车辆实时数据的显示和记录、故障状态的注入及监控。
(4)将GUI中组件与模型中对应变量和参数进行关联：将第3步中设计的GUI界面中的组件与第2步中模型内相对应的变量和参数进行关联，通过操作GUI界面组件即可改变模型中相关参量，同时GUI界面相关组件可以实时显示相关联参量的变化。
(5)设置Simulink的仿真模式为实时仿真模式。
(6)对被测ECU进行硬件在环测试。
采用了本发明的基于Simulink实时仿真***实现硬件在环测试控制的***及其方法，与现有技术方案相比，本发明不需要仿真硬件平台，降低测试成本。本发明的测试平台体积小，***结构清晰、硬件安装及操作简单。本发明测试平台开发周期短、复用性强，可满足同一个ECU不同型号、多个ECU不同组合的测试，提高测试效率。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (7)

1.一种基于Simulink实时仿真***实现硬件在环测试控制的***，其特征在于，所述的***包括PC机、CAN卡、电子控制单元控制器和信号采集板卡，所述的CAN卡与PC机相连接，所述的电子控制单元控制器与CAN卡通过CAN总线进行信息交互，所述的信号采集板卡与电子控制单元控制器通过硬线信号进行信息交互，所述的信号采集板卡与PC机相连接。
2.根据权利要求1所述的基于Simulink实时仿真***实现硬件在环测试控制的***，其特征在于，所述的PC机安装有Simulink仿真模型、CAN卡工具箱和信号采集工具箱，所述的CAN卡工具箱与CAN卡相连接，所述的信号采集工具箱与信号采集板卡相连接。
3.根据权利要求1所述的基于Simulink实时仿真***实现硬件在环测试控制的***，其特征在于，所述的信号采集板卡包括数字量输入输出模块、模数及数模转换模块和脉冲宽度调制模块，所述的数字量输入输出模块、模数及数模转换模块和脉冲宽度调制模块均与PC机和电子控制单元控制器相连接。
4.一种利用权利要求1所述的***实现基于Simulink实时仿真***的硬件在环测试控制的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)配置通用的输入输出板卡和CAN卡；
(2)在Simulink中搭建被测电子控制单元外部仿真模型，模拟被测电子控制单元控制器的实际运行环境；
(3)通过工具箱设计在环测试***的人机交互界面；
(4)关联图形用户接口中的组件与模型中对应的变量和参数；
(5)将仿真模式设置为实时仿真模式；
(6)运行Simulink实时仿真***，对被测电子控制单元进行硬件在环测试。
5.根据权利要求4所述的实现基于Simulink实时仿真***的硬件在环测试控制的方法，其特征在于，所述的步骤(1)中配置通用的IO板卡和CAN卡的步骤具体为：对模拟量和数字量进行资源分配，以及对CAN通道进行设置。
6.根据权利要求4所述的实现基于Simulink实时仿真***的硬件在环测试控制的方法，其特征在于，所述的步骤(2)中通过模块化实现被测电子控制单元外部仿真模型的搭建。
7.根据权利要求4所述的实现基于Simulink实时仿真***的硬件在环测试控制的方法，其特征在于，所述的步骤(3)中的人机交互界面用于对整个测试***进行控制和监测。
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