一種新能源整車異構網(wǎng)絡仿真器及控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及汽車電子與汽車通信領域，特別涉及一種新能源整車異構網(wǎng)絡仿真器及控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著國際上能源緊張和環(huán)境污染問題的日益惡化，發(fā)展新能源汽車是有效緩解能源和環(huán)境壓力的必然選擇?，F(xiàn)代新能源汽車電控系統(tǒng)的功能越來越復雜，產(chǎn)品更新速度也越來越快，理所當然就要求電控單元開發(fā)周期越來越短。傳統(tǒng)的串行模式開發(fā)方法已難以滿足汽車電控系統(tǒng)軟件開發(fā)的要求。
[0003]在傳統(tǒng)的串行模式開發(fā)方法下，首先需要根據(jù)需求進行相應的功能定義，然后進行硬件設計，使用C語言進行面向硬件的代碼編寫，然后完成軟硬件和外部接口集成，最后進行系統(tǒng)測試。通過在系統(tǒng)調試過程中去發(fā)現(xiàn)問題，如果硬件電路出現(xiàn)問題，則必須重新硬件設計來解決，然后對軟件做相應修改。這樣下去，就必然導致花很長時間才得以驗證，且開發(fā)周期過長。
[0004]而且，新能源汽車總線越來越復雜，傳統(tǒng)的單一網(wǎng)絡已逐漸淘汰并不能適應社會的發(fā)展需求，需要一個平臺控制器能夠支持復雜異構網(wǎng)絡，同時，由于平臺控制器上提供豐富的外設端口，外連各類子系統(tǒng)網(wǎng)絡，需要高速實現(xiàn)并行任務的運行，急需采用多核單片機的電控系統(tǒng)。所以，這就需要一種新能源整車異構網(wǎng)絡仿真器，實現(xiàn)整車產(chǎn)品的測試和驗證。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點與不足，提供一種新能源整車異構網(wǎng)絡仿真器，基于配有多核單片機為主控芯片的控制與通信電路，實現(xiàn)面向異構網(wǎng)絡的網(wǎng)關控制功能，高速完成CAN、LIN、Ethernet、USB、SPI等不同總線網(wǎng)絡間的消息轉換，對整車車載網(wǎng)絡進行監(jiān)控，對新能源車電氣子系統(tǒng)構成的異構網(wǎng)絡進行全局優(yōu)化。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于，提供一種新能源整車異構網(wǎng)絡仿真器的控制方法。
[0007]為了達到上述第一目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0008]一種新能源整車異構網(wǎng)絡仿真器，包括多核單片機、E⑶功率輸出驅動電路、E⑶信號調理輸入電路、E⑶標準輸入/輸出接口 GP10、CAN接口、LIN接口、SPI接口、以太網(wǎng)接口以及USB接口 ；所述多核單片機上的SPI接口、USB接口、以太網(wǎng)接口、CAN接口、LIN接口通過物理網(wǎng)絡相聯(lián)；ECU功率輸出驅動電路與多核單片機的ECU標準輸入/輸出接口 GP1相連，ECU信號調理輸入電路與多核單片機的模/數(shù)轉換通道相連。
[0009]作為優(yōu)選的，所述多核單片機為F28M35X，所述F28M35X內部由C2000子系統(tǒng)與ARMCortex M子系統(tǒng)構成，C2000子系統(tǒng)與ARM Cortex M子系統(tǒng)通過片內的IPC RAM共享信息。
[0010]作為優(yōu)選的，所述異構網(wǎng)絡仿真器包括二路CAN、二路LIN、二路SP1、一路Ethernet以及一路USB的通訊接口。
[0011]作為優(yōu)選的，根據(jù)需求在MATLAB/Simulink環(huán)境下建立整個系統(tǒng)的仿真模型，依據(jù)子系統(tǒng)各部件動態(tài)運行規(guī)律的微分方程及模擬算法，模擬出相應子系統(tǒng)的傳感器信號；并將自定義的高層協(xié)議庫加載到對應的仿真需求模型中；通過自動代碼生成技術從Simulink模型中生成可在自定義的硬件目標下運行的代碼，再通過編譯鏈接，將可執(zhí)行代碼下載到目標板中，從而將仿真模型替代實物控制器和總線子系統(tǒng)，實現(xiàn)整車系統(tǒng)的半實物仿真。
[0012]作為優(yōu)選的，異構網(wǎng)絡仿真器，可實現(xiàn)多個核間的模擬仿真系統(tǒng)的實時并行運行，C28x核上模仿BMS的SPI通信，體現(xiàn)電池BMS的運行狀態(tài)；CAN_A上模擬運行電機控制器；CAN_B上模擬運行發(fā)動機控制器；LIN上模擬運行車身控制器，通過仿真模塊替代實物，實時仿真各電氣子系統(tǒng)的運行，檢測外部新能源車各控制子系統(tǒng)的協(xié)調運行，實現(xiàn)整車產(chǎn)品聯(lián)合測試。
[0013]作為優(yōu)選的，所述異構網(wǎng)絡仿真器上通過并行運行KWP2000協(xié)議和J1939協(xié)議，完成CAN總線上的車載網(wǎng)絡診斷和消息的通信。
[0014]為了達到上述第二目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0015]一種新能源整車異構網(wǎng)絡仿真器的控制方法，包括下述步驟:
[0016](I)根據(jù)需求在MATLAB/Simulink環(huán)境下建立控制系統(tǒng)的純仿真模型，并完成數(shù)學仿真模型定型；
[0017](2)根據(jù)第(I)步完成的數(shù)學仿真模型，通過對模型進行修改、設計定型、將模型中部分數(shù)學化的模型用實物代替作半實物實時仿真，原來的用數(shù)學方法表達的輸入、輸出信號模型用實際的I/o板替換，然后對硬件目標進行描述；即完成異構網(wǎng)絡仿真器上部分子系統(tǒng)的模擬仿真，為實現(xiàn)整車系統(tǒng)的半實物仿真打下基礎；
[0018](3)將自定義的高層協(xié)議庫，并將自定義的協(xié)議加載到MATLAB中的集成庫里；
[0019](4)通過自動代碼生成技術從Simulink模型中生成可在自定義的硬件目標下運行的代碼，再通過編譯鏈接，將可執(zhí)行代碼下載到目標板中，即的異構網(wǎng)絡仿真器中，由多核單片機實時計算各仿真模型，并可以在線修改數(shù)學仿真模型，最后確定模型，實現(xiàn)異構網(wǎng)絡的總線仿真，完成了整車系統(tǒng)的半實物仿真，驗證異構網(wǎng)絡仿真器的性能和各子系統(tǒng)協(xié)調正常運行。
[0020]作為優(yōu)選的，步驟⑴中，所述純仿真模型包括發(fā)動機控制模型、BMS模型、電機控制模型、車身控制模型等仿真模型。
[0021]作為優(yōu)選的，步驟(2)中，采用代碼生成器根據(jù)Simulink模型、數(shù)據(jù)文檔和領域規(guī)則等信息生成嵌入式分布控制系統(tǒng)代碼；所述數(shù)據(jù)文檔包括控制系統(tǒng)中關鍵參數(shù)及中間狀態(tài)的數(shù)據(jù)描述信息；所述領域規(guī)則由系統(tǒng)模型中的模塊間連接信息或者正則表達式表述，并封裝在生成的程序中。
[0022]作為優(yōu)選的，步驟(3)中，所述高層協(xié)議包括KWP2000、J1939及XCP協(xié)議。
[0023]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點和有益效果:
[0024](I)本發(fā)明采用F28M35X多核單片機，使異構網(wǎng)絡仿真器具有豐富的異構網(wǎng)絡連接能力，實時獲取電動車內與車外的信息，從而協(xié)調控制電動車，使之處于最優(yōu)運行狀態(tài)。
[0025](2)本發(fā)明自動代碼生成更加有效的代碼重用，僅依賴于代碼生成的模板、模型或者其它文件，代碼質量較為一致，且解決的問題是直接面向問題域，使得用戶能夠將精力集中在設計上而不是編寫C代碼上。
[0026](3)本發(fā)明基于多核MCU的異構網(wǎng)絡仿真器，可實現(xiàn)多個模擬仿真系統(tǒng)的實時并行運行，模擬仿真BMS系統(tǒng)運行的同時，還模擬仿真發(fā)動機的運行；也可以運行J1939通訊協(xié)議的同時，還運行KWP2000協(xié)議，通訊高效，大大滿足實時性要求。
[0027](4)本發(fā)明新能源汽車異構網(wǎng)絡仿真器，可修改參數(shù)達到理想控制器的動態(tài)特性、靜態(tài)特性和非線性因素，從而模擬控制器的各種運行狀況；同時也可以模擬仿真出控制器故障，驗證J1939協(xié)議和KWP2000協(xié)議的功能，完善協(xié)議的集成。
【附圖說明】
[0028]圖1是異構網(wǎng)絡仿真器與整車各電氣子系統(tǒng)連接示意圖；
[0029]圖2是異構網(wǎng)絡仿真器具體實現(xiàn)過程示意圖；
[0030]圖3是異構網(wǎng)絡仿真器內部結構圖；
[0031]圖4是異構網(wǎng)絡仿真器內部功能模塊圖；
[0032]圖5是以電池組溫度為例的故障模擬原理示意圖；
[0033]圖6是異構網(wǎng)絡仿真器多核并發(fā)運行工作原理流程圖。
【具體實施方式】
[0034]下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0035]實施例
[0036]如圖1所示，一種面向異構網(wǎng)絡仿真器與整車各電氣子系統(tǒng)，包括TI公司Concert系列多核單片機F28M35x (C2000核+ARM核)、E⑶功率輸出驅動與信號調理輸入電路、E⑶標準輸入/輸出接口 GP1、CAN接口、LIN接口、SPI接口、以太網(wǎng)接口以及USB接口。所述單片機上的SP1、USB,以太網(wǎng)、CAN、LIN物理網(wǎng)絡相聯(lián)。E⑶功率輸出驅動電路與單片機的通用輸入/輸出接口(GP1)相連，E⑶信號調理模擬輸入電路與單片機的模/數(shù)轉換通道相連。
[0037]所述多核單片機為F28M35X，其內部由C2000子系統(tǒng)與ARM Cortex M子系統(tǒng)構成。電動車整車各個電氣系統(tǒng)的信息都實時匯集到該多核單片機的各個子核上。C2000與ARM通過片內的IPC RAM共享信息，具有豐富的網(wǎng)關管理能力，從而協(xié)調控制電動車上電機、電池、輔助電氣、發(fā)動機等相關電氣系統(tǒng)。
[0038]如圖2所示，異構網(wǎng)絡仿真器具體實現(xiàn)過程示意圖。首先在MATLAB/Simulink環(huán)境下，基于基本組件模塊庫，添加電機、發(fā)動機、BMS、車身控制仿真模塊，以及高層協(xié)議庫KWP2000和J1939協(xié)議，建立純數(shù)學仿真模型，根據(jù)需求將模型中部分數(shù)學化的模型用實物代替，實現(xiàn)半實物實時仿真，而模擬發(fā)動機、電機、BMS、車身等控制單元的實時并行運行。在搭建系統(tǒng)模型后，通過自動代碼生成技術從Simulink模型中生成可在自定義的硬件目標下運行的代碼，代碼生成器根據(jù)Simulink模型、數(shù)據(jù)文檔和領域規(guī)則