本發(fā)明涉及整車性能測試系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種燃料電池汽車動力性能測試系統(tǒng)的多網(wǎng)冗余方法。

背景技術(shù)：

燃料電池汽車，由于其具有零排放、高效、清潔燃料可再生等優(yōu)勢，被作為汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要研發(fā)方向。在燃料電池汽車研發(fā)過程中，需要對其環(huán)境適應(yīng)性、道路行駛工況適應(yīng)性、動力系統(tǒng)耐久可靠性以及整車綜合性能等進(jìn)行測試，考慮實車試驗風(fēng)險高、投入大且試驗重復(fù)性較差，因此，需要一套集燃料電池發(fā)動機(包括單體、堆等)被測部件、實車核心動力部件，以及實車道路環(huán)境模擬系統(tǒng)為一體的實驗室測試設(shè)備，用以實現(xiàn)對被測燃料電池發(fā)動機主要運行工況的模擬，取得被測系統(tǒng)在車輛各種行駛工況下的完整數(shù)據(jù)，從而獲得燃料電池發(fā)動機及其附件系統(tǒng)的全面工作性能參數(shù)，為燃料電池汽車動力系統(tǒng)驗證提供試驗支撐。

上述燃料電池汽車動力系統(tǒng)測試系統(tǒng)通過以太網(wǎng)控制所有功能模塊的業(yè)務(wù)執(zhí)行，并根據(jù)測試要求給各個功能模塊發(fā)送指令，控制及監(jiān)測整個系統(tǒng)的測試過程，因此需要選擇最合適的冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)。

專利CN102801542A公開了一種基于通訊網(wǎng)管的通訊冗余容錯系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括上行匯聚網(wǎng)絡(luò)、上位機以及通訊網(wǎng)關(guān)等設(shè)備。當(dāng)任何一個網(wǎng)關(guān)、端口、線路出現(xiàn)故障時，其備份網(wǎng)關(guān)、端口、線路均可以自動被投入使用，而無需在PC端應(yīng)用軟件上做任何的配置或改變。

專利102710484A公開了一種環(huán)形冗余的實時以太網(wǎng)通訊方法，它通過通訊末節(jié)點的自動仲裁機制兼容鏈狀網(wǎng)絡(luò)，采用冗余數(shù)據(jù)發(fā)送的方式降低誤碼傳輸帶來的影響，并且在中間網(wǎng)絡(luò)斷開或節(jié)點故障之后能自動組成兩個鏈狀網(wǎng)絡(luò)維持系統(tǒng)的正常運行，從而大大提高系統(tǒng)的可靠性。

專利CN103401696A公開了一種工業(yè)設(shè)備中的雙網(wǎng)絡(luò)冗余通訊系統(tǒng)及通訊方法，該冗余通訊系統(tǒng)包含多個主、備控制系統(tǒng)，并均設(shè)有冗余處理模塊，用于冗余網(wǎng)絡(luò)通訊狀態(tài)的監(jiān)控、冗余仲裁、主從通訊鏈路的自動切換和網(wǎng)絡(luò)故障消除后的自愈。解決現(xiàn)有工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域冗余通訊方式成本高、網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)局限性大的問題。

專利CN1915703公開了一種具有冗余容錯的燃料電池汽車動力驅(qū)動系統(tǒng)，冗余雙動力驅(qū)動模式由兩套組成完全相同，并聯(lián)運行驅(qū)動車輛行駛的動力源組成，車輛控制器用以實現(xiàn)動力系統(tǒng)的功率平衡控制和容錯控制。

以上專利均沒有涉及燃料電池汽車動力系統(tǒng)或僅僅針對燃料電池汽車驅(qū)動系統(tǒng)的冗余容錯方法，同時也并未涉及燃料電池汽車動力系統(tǒng)測試的通訊架構(gòu)冗余技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種冗余雙網(wǎng)絡(luò)、負(fù)荷平衡、可靠度高、應(yīng)用范圍廣的燃料電池汽車動力性能測試系統(tǒng)的多網(wǎng)冗余方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種燃料電池汽車動力性能測試系統(tǒng)的多網(wǎng)冗余方法，包括以下步驟：

1)建立燃料電池汽車動力性能測試系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)；

2)采用雙網(wǎng)絡(luò)冗余的方式構(gòu)建冗余通信網(wǎng)絡(luò)，包括主通訊網(wǎng)絡(luò)和備份通訊網(wǎng)絡(luò)，燃料電池汽車動力性能測試系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)中的通信節(jié)點上的網(wǎng)卡和集線器均設(shè)有主備兩套，并且分別通過每套網(wǎng)卡和集線器與主通訊網(wǎng)絡(luò)或備份通訊網(wǎng)絡(luò)通信。

所述的步驟1)中，燃料電池汽車動力性能測試系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)為星形分布式通訊網(wǎng)絡(luò)，包括系統(tǒng)協(xié)調(diào)管理子網(wǎng)、核心測試業(yè)務(wù)子網(wǎng)、數(shù)據(jù)傳輸及處理子網(wǎng)、車載兼容子網(wǎng)和測試設(shè)備控制局域網(wǎng)，所述的系統(tǒng)協(xié)調(diào)管理子網(wǎng)采用以太網(wǎng)通訊，核心測試業(yè)務(wù)子網(wǎng)采用MODBUS通訊，數(shù)據(jù)傳輸及處理子網(wǎng)采用反射內(nèi)存交換機通訊，車載兼容子網(wǎng)采用CAN通訊，測試設(shè)備控制局域網(wǎng)通過EtherCat通訊。

所述的燃料電池汽車動力性能測試系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)中的通信節(jié)點包括：

燃料電池發(fā)動機整車測試模塊監(jiān)控計算機、燃料電池系統(tǒng)仿真模塊計算機、燃料電池系統(tǒng)仿真模塊執(zhí)行計算機、燃料電池發(fā)動機整車測試模塊電源控制機柜、綜合儀器主控模塊計算機、數(shù)據(jù)庫工作站、綜合儀器主控模塊模型執(zhí)行實時執(zhí)行計算機、綜合儀器主控模塊總線數(shù)據(jù)處理執(zhí)行計算機、燃料電池發(fā)動機整車測試模塊執(zhí)行計算機、電驅(qū)動匹配測試模塊計算機、燃料電池發(fā)動機匹配測試與附件測試模塊執(zhí)行計算機、電堆匹配測試模塊計算機、噪聲環(huán)境模塊計算機、振動環(huán)境模塊計算機、溫度濕度壓力環(huán)境模塊計算機、燃料電池發(fā)動機匹配測試與附件測試模塊模型執(zhí)行實時計算機和燃料電池發(fā)動機整車測試模塊EtherCAT通訊實時計算機。

所述的數(shù)據(jù)庫工作站通過以太網(wǎng)分別與燃料電池發(fā)動機整車測試模塊監(jiān)控計算機、燃料電池系統(tǒng)仿真模塊計算機、燃料電池系統(tǒng)仿真模塊執(zhí)行計算機、綜合儀器主控模塊計算機、綜合儀器主控模塊模型執(zhí)行實時執(zhí)行計算機、綜合儀器主控模塊總線數(shù)據(jù)處理執(zhí)行計算機、燃料電池發(fā)動機匹配測試與附件測試模塊模型執(zhí)行實時計算機、電堆匹配測試模塊計算機、噪聲環(huán)境模塊計算機、振動環(huán)境模塊計算機和溫度濕度壓力環(huán)境模塊計算機通訊，所述的電驅(qū)動匹配測試模塊計算機與測功機、燃料電池發(fā)動機匹配測試與附件測試模塊模型執(zhí)行實時計算機與燃料電池發(fā)動機匹配測試與附件測試模塊執(zhí)行計算機之間均通過MODBUS通訊，所述的燃料電池發(fā)動機匹配測試與附件測試模塊執(zhí)行計算機與附件測試試驗臺傳感器、燃料電池系統(tǒng)仿真模塊執(zhí)行計算機與燃料電池汽車車載傳感器之間均通過CAN通訊，所述的反射內(nèi)存交換機分別與綜合儀器主控模塊模型執(zhí)行實時執(zhí)行計算機、燃料電池系統(tǒng)仿真模塊執(zhí)行計算機、燃料電池發(fā)動機整車測試模塊執(zhí)行計算機和燃料電池發(fā)動機匹配測試與附件測試模塊模型執(zhí)行實時計算機通訊，所述的電驅(qū)動匹配測試模塊計算機與綜合儀器主控模塊總線數(shù)據(jù)處理執(zhí)行計算機、燃料電池發(fā)動機整車測試模塊執(zhí)行計算機與和燃料電池發(fā)動機整車測試模塊EtherCAT通訊實時計算機之間通過EtherCat通訊。

當(dāng)燃料電池汽車動力性能測試系統(tǒng)的冗余通信網(wǎng)絡(luò)中通信節(jié)點的主網(wǎng)卡、主集線器或主通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時，通信節(jié)點則判定不可用，切換至備網(wǎng)卡、備集線器或備份通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。

所述的主通訊網(wǎng)絡(luò)和備份通訊網(wǎng)絡(luò)之間采用負(fù)載平衡避免網(wǎng)絡(luò)擁塞。

所述的燃料電池汽車動力性能測試系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)根據(jù)通訊內(nèi)容分別設(shè)置優(yōu)先級為：

業(yè)務(wù)/任務(wù)調(diào)度與通訊：Ethernet高于ModBUS；

系統(tǒng)控制通訊指令：ModBUS高于Ethernet；

系統(tǒng)運行通訊狀態(tài)：ModBUS高于反射內(nèi)存高于Ethernet；

低速實驗數(shù)據(jù)交互：反射內(nèi)存高于ModBUS和EtherCAT；

高速實驗數(shù)據(jù)交互：反射內(nèi)存；

車載總線通訊：CAN；

設(shè)備控制通訊：EtherCAT。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

一、冗余雙網(wǎng)絡(luò)：通過使用雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，單個元件的失效不會影響到整個系統(tǒng)，因此從通信設(shè)備的角度，消除了可靠性瓶頸，可以實現(xiàn)整個系統(tǒng)長時間地連續(xù)可靠運行；

二、負(fù)荷平衡：通過在兩個網(wǎng)絡(luò)之間采用負(fù)荷平衡機制，可以有效減少網(wǎng)絡(luò)承載，避免網(wǎng)絡(luò)擁塞；

三、可靠度高：針對燃料電池汽車動力系統(tǒng)性能測試系統(tǒng)，其網(wǎng)絡(luò)部件均由硬件構(gòu)成，可靠性較高，因此相較于單網(wǎng)卡和雙網(wǎng)卡的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可靠度更高；

四、應(yīng)用范圍廣：適用于所有種類的燃料電池汽車動力系統(tǒng)關(guān)鍵部件以及整套系統(tǒng)測試，應(yīng)用范圍廣泛。

附圖說明

圖1燃料電池汽車動力系統(tǒng)動態(tài)性能測試系統(tǒng)的通訊架構(gòu)示意圖。

圖2雙網(wǎng)絡(luò)冗余結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3業(yè)務(wù)信令收發(fā)策略示意圖。

圖4實驗數(shù)據(jù)收發(fā)策略示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實施例：

本發(fā)明提供一種燃料電池汽車動力系統(tǒng)動態(tài)性能測試系統(tǒng)的多網(wǎng)絡(luò)可靠性通訊機制設(shè)計，燃料電池汽車動力系統(tǒng)動態(tài)性能測試系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，內(nèi)部的節(jié)點名稱及功能如表1所示，燃料電池汽車動力系統(tǒng)動態(tài)性能測試系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的雙網(wǎng)絡(luò)冗余結(jié)構(gòu)如圖2所示。

表1燃料電池汽車動力性能測試系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的節(jié)點名稱及功能

本發(fā)明包含業(yè)務(wù)信令收發(fā)策略和實驗數(shù)據(jù)收發(fā)策略。

業(yè)務(wù)信令屬于事件觸發(fā)型，通過EtherNET網(wǎng)絡(luò)(優(yōu)選網(wǎng)絡(luò))向目標(biāo)系統(tǒng)發(fā)出業(yè)務(wù)信令，得到應(yīng)答后再發(fā)送業(yè)務(wù)操作數(shù)據(jù)，過程如圖3“情況1”所示。

當(dāng)出現(xiàn)無法收到應(yīng)答信息的情況時，說明業(yè)務(wù)通訊出現(xiàn)異常(阻塞或者不在線)，在既定時間(死線時間)會觸發(fā)“重發(fā)機制”，再次向向目標(biāo)系統(tǒng)發(fā)出業(yè)務(wù)信令，如果在既定時間收到回復(fù)信息則繼續(xù)運行其他程序，并記錄重發(fā)事件，過程如圖3“情況2”所示。

當(dāng)出現(xiàn)重發(fā)無法修復(fù)問題，通過其他狀態(tài)獲取系統(tǒng)仍然在線時，啟動備用信道發(fā)送業(yè)務(wù)指令。同時啟動原信道故障報警模式。過程如圖3“情況3”所示。

雙冗余模式下系統(tǒng)的糾錯能力和可靠性在非實時信令發(fā)送的過程中效果十分明顯。

實驗數(shù)據(jù)屬于時間驅(qū)動型數(shù)據(jù)，并發(fā)性強而且很難糾錯。對于狀態(tài)數(shù)據(jù)或者模型數(shù)據(jù)我們設(shè)計的多網(wǎng)冗余技術(shù)可以校驗系統(tǒng)數(shù)據(jù)的有效性。

如圖4“情況1”：數(shù)據(jù)正常更新于兩個同速率不同介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)中。

如圖4“情況2”：當(dāng)次要數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異常，系統(tǒng)將忽略異常信息；當(dāng)主要數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)異常，系統(tǒng)將條件性跳轉(zhuǎn)到次要數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)中。

如圖4“情況3”：當(dāng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異常判定條件是基于系統(tǒng)授時后的“絕對時間”和心跳脈沖。當(dāng)心跳脈沖有效時，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)參數(shù)按照預(yù)先優(yōu)先級提供給系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先級定義如表2所示：

·業(yè)務(wù)/任務(wù)調(diào)度與通訊：Ethernet>＝ModBUS(空閑/負(fù)荷優(yōu)先)

·系統(tǒng)控制通訊(指令)：ModBUS>Ethernet

·系統(tǒng)運行通訊(狀態(tài))：ModBUS>R-Memory>Ethernet

·實驗數(shù)據(jù)交互(低速)：R-Memory>ModBUS/EtherCAT

·實驗數(shù)據(jù)交互(高速)：R-Memory

·車載總線通訊：CAN

·設(shè)備控制通訊：EtherCAT

設(shè)置網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先級能夠在利用通訊冗余提高系統(tǒng)可靠性的同時，保證數(shù)據(jù)傳輸過程中的實時性和同步性。

如圖4“情況4”：當(dāng)心跳脈沖失效或者絕對時間超出允許偏差時，系統(tǒng)將進(jìn)入故障診斷狀態(tài)。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的仲裁由通訊處理主機完成。

表2通訊結(jié)構(gòu)中冗余設(shè)計的優(yōu)先級