本實用新型涉及車輛仿真技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種車輛多控制器仿真測試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前在整車控制器測試領(lǐng)域，基于硬件在環(huán)HIL(Hardware-In-the-Loop，HIL)測試技術(shù)的控制器測試系統(tǒng)已經(jīng)十分成熟。

本申請的發(fā)明人在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的HIL測試系統(tǒng)存在以下問題：目前HIL測試系統(tǒng)主要針對常規(guī)動力汽車(即使用傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)驅(qū)動的汽車)，而且即使在用于新能源車輛的研發(fā)測試時，HIL通常也是基于物理外特性進(jìn)行建模仿真，對于新能源汽車動力系統(tǒng)中的電機(jī)、電池及逆變器等的各類電力及電力電子器件而言，簡單的物理外特性仿真雖然可以有效地體現(xiàn)模型的整體功能，但是往往忽略了其內(nèi)部的基本電磁特性，因此在新能源的電力以及電力電子器件的仿真方面，現(xiàn)有的HIL仿真系統(tǒng)存在較大不足。并且，現(xiàn)有的HIL仿真測試系統(tǒng)由于在硬件或者系統(tǒng)構(gòu)架方面存在限制而無法滿足對新能源車輛電力部分進(jìn)行詳細(xì)模型的仿真。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型實施方式的目的在于提供一種車輛多控制器仿真測試系統(tǒng)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對整車多控制器的仿真測試，而且能夠同時實現(xiàn)對于車輛的電機(jī)控制器的基本電磁特性的仿真測試，提高整車多控制器仿真測試的測試覆蓋率。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的實施方式提供了一種車輛多控制器仿真測試系統(tǒng)，包含：用于提供整車仿真模型和電機(jī)仿真模型并運行整車多控制器仿真測試的上位機(jī)；分別與所述上位機(jī)通信連接的整車仿真機(jī)以及電機(jī)仿真機(jī)；所述整車仿真機(jī)用于以第一步長運行所述整車仿真模型，所述電機(jī)仿真機(jī)用于以第二步長運行所述電機(jī)仿真模型；其中，所述第一步長大于所述第二步長；所述電機(jī)仿真模型用于模擬車輛電力電子器件的基本電磁特性；所述整車仿真機(jī)通信連接于所述電機(jī)仿真機(jī)；車輛的電機(jī)控制器通信連接于所述電機(jī)仿真機(jī)；車輛的整車控制器、電池模擬器以及電池管理系統(tǒng)通信連接于所述整車仿真機(jī)。

本實用新型實施方式相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，車輛多控制器仿真測試系統(tǒng)包括用于提供整車仿真模型和電機(jī)仿真模型并運行整車多控制器仿真測試的上位機(jī)、分別與上位機(jī)通信連接的整車仿真機(jī)以及電機(jī)仿真機(jī)，其中，整車仿真機(jī)能夠以第一步長運行上位機(jī)提供的整車仿真模型，電機(jī)仿真機(jī)能夠以第二步長運行上位機(jī)提供的電機(jī)仿真模型，且電機(jī)仿真模型用于模擬車輛電力電子器件的基本電磁特性，即電機(jī)仿真模型不僅模擬電機(jī)整體的物理外特性，而且能夠模擬車輛的電力電子器件的詳細(xì)模型的基本電磁特性，從而可以實現(xiàn)車輛的電力電子器件的全面仿真測試。因此，本實施方式通過一個上位機(jī)以及兩個以相互獨立的步長運行的仿真機(jī)實現(xiàn)了對于整車的多控制器的仿真測試，并且不僅能夠?qū)φ嚹Ｐ瓦M(jìn)行仿真，而且能夠?qū)Π姍C(jī)的新能源車輛的電力電子器件進(jìn)行詳細(xì)模型的仿真，提高了車輛仿真測試的覆蓋率。

另外，所述電機(jī)仿真機(jī)為現(xiàn)場可編程邏輯門陣列電路?，F(xiàn)場可編程邏輯門陣列電路采用并行處理技術(shù)，運行速度較高，使得仿真步長即第二步長可以達(dá)到500ns(納秒)左右。

另外，所述現(xiàn)場可編程邏輯門陣列電路與所述整車仿真機(jī)通過PCIe接口連接?，F(xiàn)場可編程邏輯門陣列電路與整車仿真機(jī)通過PCIe接口進(jìn)行信息交互，傳輸速度快，并且現(xiàn)場可編程邏輯門陣列與整車仿真機(jī)可以集成在一臺計算機(jī)內(nèi)，有利于簡化測試系統(tǒng)。

另外，所述整車仿真機(jī)與所述電機(jī)仿真機(jī)通過IEEE1394接口連接。兩臺相互獨立的仿真機(jī)通過IEEE1394接口通信保證了整車仿真模型和電機(jī)仿真模型之間的信息交互。

另外，所述整車仿真機(jī)與所述車輛的整車控制器、電池模擬器以及電池管理系統(tǒng)通過CAN接口連接。CAN接口是車輛中使用廣泛的通信接口，使用CAN接口實現(xiàn)車輛的整車控制器、電池模擬器以及電池管理系統(tǒng)與整車仿真機(jī)的通信，使得測試系統(tǒng)的通信環(huán)境與實際車輛的通信環(huán)境相一致，仿真更準(zhǔn)確。

另外，所述電機(jī)仿真機(jī)與所述車輛的電機(jī)控制器通過模擬量和數(shù)字量輸入輸出接口連接。

另外，所述第一步長為1毫秒，所述第二步長為50微秒。

附圖說明

圖1是根據(jù)本實用新型第一實施方式車輛多控制器仿真測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本實用新型第二實施方式車輛多控制器仿真測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型的各實施方式進(jìn)行詳細(xì)的闡述。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在本實用新型各實施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，即使沒有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現(xiàn)本申請所要求保護(hù)的技術(shù)方案。

本實用新型的第一實施方式涉及一種車輛多控制器仿真測試系統(tǒng)。其可以應(yīng)用于新能源車輛的仿真測試。

如圖1所示，是本實施方式的車輛多控制器仿真測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，其包括：上位機(jī)、整車仿真機(jī)、電機(jī)仿真機(jī)以及待測車輛的控制器。其中，待測車輛的控制器包括：車輛的整車控制器HCU、電池管理系統(tǒng)BMS(Battery Management System，電池管理系統(tǒng)，簡稱BMS)以及電機(jī)控制器MCU。其中，整車控制器HCU是車輛整個混合動力系統(tǒng)的主控制器，整車仿真機(jī)和電機(jī)仿真機(jī)分別與上位機(jī)通信連接。整車仿真機(jī)與電機(jī)仿真機(jī)之間通信連接。車輛的整車控制器HCU、電池模擬器BAT以及電池管理系統(tǒng)BMS均通信連接于整車仿真機(jī)，電機(jī)控制器MCU通信連接于電機(jī)仿真機(jī)。

其中，上位機(jī)用于提供整車仿真模型和電機(jī)仿真模型并運行整車多控制器仿真測試。上位機(jī)具有以太網(wǎng)通信接口，上位機(jī)的以太網(wǎng)接口通過網(wǎng)線連接于交換機(jī)，交換機(jī)通過網(wǎng)線連接于整車仿真機(jī)和電機(jī)仿真機(jī)，這樣上位機(jī)和整車仿真機(jī)以及電機(jī)仿真機(jī)之間可以使用TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議)協(xié)議進(jìn)行通信。例如，上位機(jī)通過TCP/IP協(xié)議向整車仿真機(jī)提供整車仿真模型，向電機(jī)仿真機(jī)提供電機(jī)仿真模型。

整車仿真機(jī)用于以第一步長運行整車仿真模型，電機(jī)仿真機(jī)用于以第二步長運行電機(jī)仿真模型，其中，第一步長大于第一步長。在實際應(yīng)用中，第一步長例如為1毫秒(ms)，第二步長例如為50微秒(us)。其中，整車仿真模型用于模擬構(gòu)建的整車的動力總成模型、部分控制器模型(例如發(fā)動機(jī)控制器ECU、變速箱控制器TCU等)、整車動力學(xué)模型和輸入輸出I/O模型，通過整車仿真模型可以較好地模擬實際車輛運行時的真實情況，并能夠?qū)囕v起步、停車、換擋等情況下的動態(tài)特性進(jìn)行仿真，整車仿真模型還可以包括故障類型模擬，用于模擬車輛控制器的故障處理能力。電機(jī)仿真模型用于模擬車輛電力電子器件的基本電磁特性。電機(jī)仿真模型可以采用Simulink內(nèi)置的永磁同步電機(jī)模型，仿真步長取為50us，該步長下的電機(jī)仿真模型可以正確反映電機(jī)的動態(tài)特性，能夠滿足新能源車輛的電機(jī)、電池以及其他電力、電子器件的詳細(xì)模型的仿真需要。本實施方式中，整車仿真機(jī)和電機(jī)仿真機(jī)分別采用獨立的仿真計算機(jī)，整車仿真機(jī)和電機(jī)仿真機(jī)的主要區(qū)別在于兩者的處理器(Central Processing Unit，CPU)的運算步長不同。

由于整車仿真模型和電機(jī)仿真模型分別在兩臺仿真機(jī)(整車仿真機(jī)和電機(jī)仿真機(jī))中運行，且具有不同的仿真步長，因此整車仿真模型和電機(jī)仿真模型之間的數(shù)據(jù)交互必須得到保證，即整車仿真機(jī)和電機(jī)仿真機(jī)之間必須具有一定的數(shù)據(jù)交互能力，本實施方式中，整車仿真機(jī)和電機(jī)仿真機(jī)之間通過IEEE1394接口進(jìn)行連接，實現(xiàn)不同仿真步長的整車仿真模型和電機(jī)仿真模型之間的實時通信。IEEE1394是一種外部串行總線標(biāo)準(zhǔn)，其傳輸速率可達(dá)800Mbps(兆位每秒)。

其中，整車仿真機(jī)和車輛的整車控制器HCU、電池模擬器BAT以及電池管理系統(tǒng)BMS之間通過CAN通信接口連接。電機(jī)仿真機(jī)和車輛的電機(jī)控制器MCU之間通過模擬量和數(shù)字量輸入輸出I/O接口連接。

本實施方式中，上位機(jī)負(fù)責(zé)整個仿真測試系統(tǒng)的仿真模型的開發(fā)、測試系統(tǒng)運行管理、數(shù)據(jù)收集及分析。車輛的多個控制器通過通信接口與整車仿真機(jī)和電機(jī)仿真機(jī)連接，實現(xiàn)對整車仿真模型和電機(jī)仿真模型的控制。整個測試系統(tǒng)運行時，通過上位機(jī)監(jiān)測車輛模型(即整車仿真模型和電機(jī)仿真模型)的運行狀態(tài)，從而可以實現(xiàn)對多控制器功能及性能的測試。在仿真的過程中也可以通過上位機(jī)對車輛模型參數(shù)進(jìn)行修改，上位機(jī)中還可以集成車輛模型參數(shù)的標(biāo)定功能。

本實施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用步長相互獨立的仿真機(jī)分別運行整車仿真模型和電機(jī)仿真模型，由于電機(jī)仿真模型的仿真步長小于整車仿真模型的仿真步長，且電機(jī)仿真模型能夠模擬車輛的電機(jī)、電池以及電力、電子器件的基本電磁特性，而非僅模擬其物理外特性，所以使得仿真測試能夠涵蓋電機(jī)控制器的電磁特性測試，提高了車輛控制器仿真測試的涵蓋率。同時，該仿真測試系統(tǒng)還可以涵蓋車輛控制器的通訊功能的仿真測試。

本實用新型的第二實施方式涉及一種車輛多控制器仿真測試系統(tǒng)。第二實施方式在第一實施方式的基礎(chǔ)上做出進(jìn)一步改進(jìn)，主要改進(jìn)之處在于：在第二實施方式中，電機(jī)仿真機(jī)采用現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA(Field Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程邏輯門陣列，F(xiàn)PGA)電路?，F(xiàn)場可編程邏輯門陣列電路作為電機(jī)仿真機(jī)能夠提供更小的仿真步長，從而可以充分滿足電機(jī)控制器的仿真精度的需要。

如圖2所示，本實施方式的車輛多控制器仿真測試系統(tǒng)包括：

上位機(jī)、整車仿真機(jī)、電機(jī)仿真機(jī)以及待測車輛的控制器。其中，待測車輛的控制器包括：車輛的整車控制器HCU、電池管理系統(tǒng)BMS(Battery Management System，電池管理系統(tǒng)，簡稱BMS)以及電機(jī)控制器MCU。其中，整車控制器HCU是車輛整個混合動力系統(tǒng)的主控制器，整車仿真機(jī)和電機(jī)仿真機(jī)分別與上位機(jī)通信連接。其中，電機(jī)仿真機(jī)采用現(xiàn)場可編程邏輯門陣列電路。整車仿真機(jī)與電機(jī)仿真機(jī)之間通過PCIe接口連接。車輛的整車控制器HCU、電池模擬器BAT以及電池管理系統(tǒng)BMS均通信連接于整車仿真機(jī)，電機(jī)控制器MCU通信連接于電機(jī)仿真機(jī)。

其中，上位機(jī)用于提供整車仿真模型和電機(jī)仿真模型并運行整車多控制器仿真測試。上位機(jī)具有以太網(wǎng)通信接口，上位機(jī)的以太網(wǎng)接口通過網(wǎng)線連接于交換機(jī)，交換機(jī)通過網(wǎng)線連接于整車仿真機(jī)和電機(jī)仿真機(jī)，這樣上位機(jī)和整車仿真機(jī)以及電機(jī)仿真機(jī)之間可以使用TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議)協(xié)議進(jìn)行通信。例如，上位機(jī)通過TCP/IP協(xié)議向整車仿真機(jī)提供整車仿真模型，向電機(jī)仿真機(jī)提供電機(jī)仿真模型。

整車仿真機(jī)用于以第一步長運行整車仿真模型，電機(jī)仿真機(jī)用于以第二步長運行電機(jī)仿真模型，其中，第一步長大于第一步長。在實際應(yīng)用中，第一步長例如為1毫秒(ms)，第二步長例如為500ns(納秒)。整車仿真模型用于模擬構(gòu)建的整車的動力總成模型、部分控制器模型(例如發(fā)動機(jī)控制器ECU、變速箱控制器TCU等)、整車動力學(xué)模型和輸入輸出I/O模型，通過整車仿真模型可以較好地模擬實際車輛運行時的真實情況，并能夠?qū)囕v起步、停車、換擋等情況下的動態(tài)特性進(jìn)行仿真，整車仿真模型還可以包括故障類型模擬，用于模擬車輛控制器的故障處理能力。電機(jī)仿真模型用于模擬車輛電力、電子器件的基本電磁特性。電機(jī)仿真模型可以采用Simulink內(nèi)置的永磁同步電機(jī)模型，仿真步長取為500ns，因此其可以針對50khz(千赫茲)左右的電力電子系統(tǒng)進(jìn)行仿真，進(jìn)一步提高仿真精度，從而能夠較為充分地滿足新能源車輛的電機(jī)、電池以及其他電力電子器件的詳細(xì)模型的仿真需要。

本實施方式中，由于電機(jī)仿真機(jī)采用現(xiàn)場可編程邏輯門陣列電路，因此電機(jī)仿真機(jī)可以集成在整車仿真機(jī)內(nèi)，而整車仿真機(jī)和電機(jī)仿真機(jī)之間可以通過PCIe接口通信。相對第一實施方式中采用兩臺相互獨立的仿真機(jī)而言，本實施方式的硬件設(shè)計更加集中，資源利用率更高。并且，由于兩者可以通過PCIe接口通信，而PCIe通信接口的帶寬可以達(dá)到10GB/S，因此使得整車仿真模型和電機(jī)仿真模型之間的數(shù)據(jù)交互更流暢。

其中，整車仿真機(jī)和車輛的整車控制器HCU、電池模擬器BAT以及電池管理系統(tǒng)BMS之間通過CAN通信接口連接。電機(jī)仿真機(jī)和車輛的電機(jī)控制器MCU之間通過輸入輸入I/O接口連接。

本實施方式中，上位機(jī)負(fù)責(zé)整個仿真測試系統(tǒng)的仿真模型的開發(fā)、測試系統(tǒng)運行管理、數(shù)據(jù)收集及分析。車輛的多個控制器通過通信接口與整車仿真機(jī)和電機(jī)仿真機(jī)連接，實現(xiàn)對整車仿真模型和電機(jī)仿真模型的控制。整個測試系統(tǒng)運行時，通過上位機(jī)監(jiān)測車輛模型(即整車仿真模型和電機(jī)仿真模型)的運行狀態(tài)，從而可以實現(xiàn)對多控制器功能及性能的測試。在仿真的過程中也可以通過上位機(jī)對車輛模型參數(shù)進(jìn)行修改，上位機(jī)中還可以集成車輛模型參數(shù)的標(biāo)定功能。

本實施方式的電機(jī)仿真機(jī)由于采用現(xiàn)場可編程邏輯門陣列電路，仿真步長進(jìn)一步減小，仿真精度進(jìn)一步提高，且由于不同步長的仿真機(jī)可以集成入一臺套的仿真計算機(jī)內(nèi)，使得仿真機(jī)之間的通信效率更高，硬件資源利用率更高。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，上述各實施方式是實現(xiàn)本實用新型的具體實施例，而在實際應(yīng)用中，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本實用新型的精神和范圍。