一種車用電子控制器測試模擬器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種車用電子控制器測試模擬器，旨在解決目前通用型高性能硬件在環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用到車用電子控制器上存在功能與性能上資源利用浪費的問題，其由服務(wù)器、CompactRIO實時控制系統(tǒng)組成，服務(wù)器與CompactRIO實時控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)線連接，CompactRIO實時控制系統(tǒng)由CompactRIO集成化系統(tǒng)和CompactRIO I/O模塊組成，CompactRIO集成化系統(tǒng)集成實時處理器和可重新配置FPGA機(jī)箱,CompactRIO集成化系統(tǒng)和CompactRIO I/O模塊通過串行接口連接，被測電子控制器通過VCU硬件接口與CompactRIO I/O模塊連接。實時控制器采用TCP/IP向服務(wù)器傳遞數(shù)據(jù)，服務(wù)器采用網(wǎng)絡(luò)共享變量向?qū)崟r控制器傳遞數(shù)據(jù)；實時控制器通過FPGA接口與FPGA機(jī)箱通信；FPGA機(jī)箱與被測車用電子控制器的通信通過基于CAN總線通信協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸和模數(shù)信號的輸入/輸出完成。
【專利說明】一種車用電子控制器測試模擬器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及汽車電子控制裝置，具體涉及一種車用電子控制器測試模擬器。

【背景技術(shù)】
[0002]伴隨汽車電子控制領(lǐng)域的飛速發(fā)展，電子控制系統(tǒng)日趨龐大，一臺中高檔轎車上安裝眾多的電子控制器，為了保證汽車的安全性，電子控制器的軟硬件測試成為汽車電控系統(tǒng)開發(fā)的核心內(nèi)容之一。
[0003]目前，國際主流的電子控制器模擬測試稱為硬件在環(huán)，即通過專門的高性能軟硬件，模擬電子控制器的各種工況條件，從而實時有效地測試出電子控制器的功能及運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的可靠性。這種硬件在環(huán)的測試設(shè)備一般由具有強(qiáng)大運(yùn)算處理能力的實時控制器、豐富的I/o接口以及完善的軟件平臺構(gòu)成，從而可以實現(xiàn)各類電子控制器的仿真測試。目前國內(nèi)外主要使用的汽車電子控制器硬件在環(huán)平臺包括dSPACE、PXI和LabCar。這類系統(tǒng)在設(shè)計上通常要求適用于不同環(huán)境不同領(lǐng)域下搭建硬件在環(huán)平臺，必須具備強(qiáng)大的功能與優(yōu)異的性能。但是這類系統(tǒng)應(yīng)用到車用電子控制器上缺點也非常明顯:這類功能強(qiáng)大和性能優(yōu)異的通用型硬件在環(huán)測試系統(tǒng)應(yīng)用到單一的車用電子控制器模擬測試過程中成本高昂，對于汽車系統(tǒng)中大部分的電子控制器來說，必然存在大量功能與性能上的浪費。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決目前的通用型高性能硬件在環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用到車用電子控制器上存在功能與性能上資源利用浪費的問題，本發(fā)明設(shè)計一種特定型車用電子控制器模擬測試的裝置。
[0005]本發(fā)明提供一種車用電子控制器測試模擬器，由服務(wù)器、CompactR1實時控制系統(tǒng)組成，服務(wù)器與CompactR1實時控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)線連接，其中，CompactR1實時控制系統(tǒng)由CompactR1集成化系統(tǒng)和CompactR1 I/O模塊組成，CompactR1集成化系統(tǒng)集成實時處理器和可重新配置FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)機(jī)箱，CompactR1集成化系統(tǒng)和CompactR1 I/O模塊通過串行接口連接，被測電子控制器通過VCU硬件接口與CompactR1I/O模塊連接J^^iCompactR1 I/O模塊包括四塊數(shù)據(jù)采集卡:NI DI/0系列，用于數(shù)字信號的輸入與輸出；NI CAN卡，用于基于CAN總線協(xié)議的通信節(jié)點包的傳輸；NI AO系列，用于模擬信號的輸出；NI Al系列，用于模擬信號的輸入。
[0006]作為本發(fā)明提供的一種車用電子控制器測試模擬器的改進(jìn)方案，實時控制器采用TCP/IP的方式向服務(wù)器傳遞數(shù)據(jù)，服務(wù)器采用網(wǎng)絡(luò)共享變量的方式向?qū)崟r控制器CompactR1傳遞數(shù)據(jù)；實時控制器與FPGA機(jī)箱的通信通過FPGA接口實現(xiàn)；FPGA機(jī)箱與被測車用電子控制器的通信通過基于CAN總線通信協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸和模數(shù)信號的輸入/輸出完成。
[0007]作為本發(fā)明提供的一種車用電子控制器測試模擬器的改進(jìn)方案，該車用電子控制器測試模擬器的軟件架構(gòu)包括服務(wù)器模塊、實時控制器模塊和FPGA模塊；其中，
[0008]服務(wù)器模塊包括:接收數(shù)據(jù)部分，用于將實時控制器模塊上測得的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行實時顯示、報表自動生成、數(shù)據(jù)隨機(jī)記錄；發(fā)送指令部分，用于向?qū)崟r控制器模塊發(fā)送指令，從而進(jìn)行模擬測試工作；
[0009]實時控制器模塊包括車輛模型和通信循環(huán)，實時控制器模塊用于實時運(yùn)行車輛模型，接收來自FPGA模塊的數(shù)據(jù)，然后根據(jù)內(nèi)部的控制策略解析出車輛的實時運(yùn)行狀態(tài)，如電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、電機(jī)扭矩、動力蓄電池狀態(tài)、充電機(jī)狀態(tài)等相關(guān)參數(shù)，經(jīng)過通信循環(huán)將數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器模塊并回返至FPGA模塊；
[0010]FPGA模塊用于生成和采集信號、收發(fā)CAN總線上的報文幀、運(yùn)行一部分模型(如電機(jī)預(yù)充電模型)，然后將數(shù)據(jù)以FPGA接口的形式傳遞到實時控制器模塊上實時運(yùn)行的車輛模型中。
[0011]作為本發(fā)明提供的一種車用電子控制器測試模擬器的進(jìn)一步改進(jìn)方案，所述實時控制模塊的車輛模型用于以車輛的前向仿真模型取代真實的車輛，向被測車用電子控制器提供在各個工況下所需的測試參數(shù)；所述實時控制模塊的通信循環(huán)包括:基于TCP/IP協(xié)議的通信循環(huán)，其用于向服務(wù)器模塊傳遞測試數(shù)據(jù)；基于CAN總線協(xié)議的通信循環(huán)，其用于向FPGA模塊發(fā)送報文幀。
[0012]將從以下幾個方面闡述本發(fā)明所能達(dá)到的預(yù)期效果:
[0013]1.本發(fā)明使用NI CompactR1實時控制系統(tǒng)作為一種車用電子控制器測試模擬器，這是一套低成本，同時又能滿足測量精度且可根據(jù)客戶需求進(jìn)行自主開發(fā)的實時控制系統(tǒng)；
[0014]2.在考慮到所選車用電子控制器測試模擬器的實時控制器資源有限的情況下，通過一整套通用性的實時系統(tǒng)下多任務(wù)處理和程序優(yōu)化措施，包括實時系統(tǒng)下合理分配程序運(yùn)行的優(yōu)先級、合理選擇程序運(yùn)行位置、合理設(shè)置循環(huán)的時間步長等措施，從而達(dá)到節(jié)省資源，減輕實時控制器的負(fù)荷的目的以保證車用電子控制器測試模擬過程中的實時性要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是一種車用電子控制器測試模擬器硬件架構(gòu)示意圖
[0016]圖2是一種車用電子控制器測試模擬器下位機(jī)CompactR1實時控制系統(tǒng)的硬件示意圖
[0017]圖3是一種車用電子控制器測試模擬器各部分之間的通信方式示意圖
[0018]圖4是一種車用電子控制器測試模擬器實時控制器模塊示意圖
[0019]圖5是一種車用電子控制器測試模擬器的數(shù)據(jù)傳輸流程圖

【具體實施方式】
[0020]參照圖1，一種車用電子控制器測試模擬器，由上位機(jī)服務(wù)器、下位機(jī)CompactR1(美國國家儀器所生產(chǎn)的可重新配置嵌入式測控系統(tǒng))實時控制系統(tǒng)組成，以完成對被測車用電子控制器的模擬測試。其中上位機(jī)與下位機(jī)之間是通過以太網(wǎng)線連接，下位機(jī)與被測車用電子控制器之間是通過VCU硬件接口連接。在車用電子控制器測試模擬過程中各部分硬件所需的電源啟動方面，被測車用電子控制器通過12V直流電源供電，下位機(jī)CompactR1實時控制系統(tǒng)則通過100-120V/200-240V交流電源供電。
[0021]參照圖2，一種車用電子控制器測試模擬器的下位機(jī)CompactR1實時控制系統(tǒng)由CompactR1集成化系統(tǒng)和CompactR1 I/O模塊兩部分組成，CompactR1集成化系統(tǒng)集成實時處理器和可重新配置FPGA (現(xiàn)場可編程門陣列)機(jī)箱，而FPGA機(jī)箱和CompactR1 I/O模塊則是通過串行接口連接，而被測電子控制器通過V⑶硬件接口與CompactR1 I/O模塊連接。CompactR1 I/O模塊包括四塊數(shù)據(jù)采集卡:①NI DI/0系列，用于數(shù)字信號的輸入與輸出CAN卡，用于基于CAN(控制器局域網(wǎng)絡(luò))總線協(xié)議的通信節(jié)點包的傳輸；③NI AO系列，用于模擬信號的輸出；@NI Al系列，用于模擬信號的輸入。
[0022]參照圖3，一種車用電子控制器測試模擬器各部分之間的通信方式:①實時控制器與上位機(jī)服務(wù)器之間的通信是通過TCP/IP及網(wǎng)絡(luò)共享變量來完成。由于在傳遞大量數(shù)據(jù)時TCP/IP比網(wǎng)絡(luò)共享變量節(jié)省資源，在對被測車用電子控制器的測試模擬過程中需要向上位機(jī)傳遞大量車輛運(yùn)行信息，包括車速、電池電壓、電流、扭矩等，而上位機(jī)向?qū)崟r控制器發(fā)送的指令只包括啟動開關(guān)、手剎開關(guān)、駕駛模式選擇，因而本發(fā)明采用TCP/IP的方式向上位機(jī)傳遞數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)共享變量的方式由上位機(jī)向?qū)崟r控制器傳遞數(shù)據(jù)，因此可以避免過多使用耗費資源的變量實時控制器與FPGA數(shù)據(jù)采集卡的通信通過NI LabVIEff提供的FPGA接口實現(xiàn)，從而實時地將數(shù)據(jù)傳遞至實時控制器上實時控制器與車用電子控制器如ECU(電子控制單元)的通信通過CAN(控制器局域網(wǎng)絡(luò))總線通信協(xié)議完成。
[0023]參照圖3，一種車用電子控制器測試模擬器軟件架構(gòu)可以分為三部分:服務(wù)器模塊、實時控制器模塊和FPGA模塊。FPGA模塊的功能是高速生成和采集信號、收發(fā)CAN總線上的報文幀、運(yùn)行一部分仿真步長要求極高的模型如電機(jī)預(yù)充電模型，然后將數(shù)據(jù)通過LabVIEff FPGA模塊提供的FPGA接口的形式傳遞到實時控制器模塊上實時運(yùn)行的車輛模型中；實時控制器模塊的功能是實時運(yùn)行車輛模型，接收來自FPGA模塊的數(shù)據(jù)，然后根據(jù)內(nèi)部的控制策略解析出車輛的實時運(yùn)行狀態(tài)，如電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、電機(jī)扭矩、動力蓄電池狀態(tài)、充電機(jī)狀態(tài)等相關(guān)參數(shù)，經(jīng)過通信循環(huán)將數(shù)據(jù)傳發(fā)送至服務(wù)器模塊并回返至FPGA模塊上；服務(wù)器模塊的功能是:①接收數(shù)據(jù)部分:將實時控制器模塊上測得的實驗數(shù)據(jù)在上位機(jī)上進(jìn)行實時顯示、報表自動生成、數(shù)據(jù)隨機(jī)記錄，②發(fā)送指令部分:向?qū)崟r控制器模塊發(fā)送指令，從而進(jìn)行模擬測試工作。
[0024]參照圖4，本發(fā)明中運(yùn)行在實時控制器模塊上的任務(wù)可以分為兩部分:(I)高優(yōu)先級任務(wù)，即需要在實時控制器模塊實時運(yùn)行的車輛模型。該模型是以電動汽車為基礎(chǔ)，基于實驗實測數(shù)據(jù)和理論公式，通過NI LabVIEff圖形化編程軟件，直接搭建并運(yùn)行在實時控制器上的前向仿真模型，其主要功能是以車輛的前向仿真模型取代真實的車輛向被測車用電子控制器提供在各個工況下所需的測試參數(shù)。(2)低優(yōu)先級任務(wù)，即運(yùn)行在實時控制器上的通信循環(huán)。其具體兩個方面:基于TCP/IP協(xié)議的通信循環(huán)的作用是向服務(wù)器模塊即上位機(jī)傳遞測試數(shù)據(jù)；基于CAN總線協(xié)議的通信循環(huán)是基于CAN總線協(xié)議將數(shù)據(jù)打包成CAN總線報文幀發(fā)送至FPGA模塊。本發(fā)明之所以能夠利用低成本的CompactR1系統(tǒng)搭建出滿足測量精度特定型車用電子控制器測試模擬器其創(chuàng)新之處是考慮到所選車用電子控制器測試模擬器的實時控制器資源有限的情況下，將實時控制器模塊上的任務(wù)分為高優(yōu)先級任務(wù)和低優(yōu)先級任務(wù)，從而提出一套通用性的實時系統(tǒng)下多任務(wù)處理和程序優(yōu)化方案:①基于實時控制系統(tǒng)下多任務(wù)處理的優(yōu)先級分配策略。本發(fā)明所搭建的模擬測試系統(tǒng)將運(yùn)行在實時控制器上的任務(wù)劃分為高優(yōu)先級任務(wù)(模型循環(huán))和低優(yōu)先級任務(wù)(通信循環(huán))，通過將實時任務(wù)設(shè)置為高優(yōu)先級并利用FIFO(先入先出)在任務(wù)之間傳遞數(shù)據(jù)的方法，確保了系統(tǒng)的實時性；②實時控制系統(tǒng)下對程序優(yōu)化的策略。本發(fā)明所搭建的模擬測試系統(tǒng)將程序部署到實時控制器時，由于采集信號的引入和實時控制器資源的有限性，因此將離線程序進(jìn)行修改和優(yōu)化，即針對模型循環(huán)和通信循環(huán)合理設(shè)置循環(huán)的時間步長，即將模型循環(huán)的時間步長增大到足以滿足測試精度的ms級步長，而通信循環(huán)的時間步長則可以選擇大于模擬循環(huán)的時間步長。
[0025]參照圖5，一種車用控制器測試模擬器的數(shù)據(jù)傳輸流程圖，可以從以下兩個方面看:(1)從整車控制器的角度看，F(xiàn)PGA模塊中的I/O通信部分采集到的數(shù)模信號發(fā)送至整車控制器，整車控制器通過內(nèi)部控制策略解析車輛的實時運(yùn)行狀態(tài)，如電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、電機(jī)扭矩、動力蓄電池狀態(tài)、充電機(jī)狀態(tài)等相關(guān)參數(shù)，發(fā)送CAN總線報文幀和數(shù)字信號至FPGA模塊，F(xiàn)PGA模塊中的I/O通信部分將數(shù)字信號發(fā)送至預(yù)充電模型，而FPGA模塊中的CAN通信部分根據(jù)CAN總線通信協(xié)議對CAN總線報文幀進(jìn)行解析獲取電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和電機(jī)的需求扭矩，通過FPGA接口的形式發(fā)送至實時運(yùn)行的車輛模型，以驅(qū)動車輛模型實時運(yùn)行；(2)從被控對象(由車輛的前向仿真模型虛擬出的車輛)的角度看，在實時控制器模塊上實時運(yùn)行的車輛模型根據(jù)車輛運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)計算出電機(jī)、電池、整車的運(yùn)行狀態(tài)并經(jīng)過基于CAN總線的通信循環(huán)以FPGA接口的形式傳遞至FPGA模塊的CAN通信部分回返至整車控制器，整車控制器通過這些表征車輛運(yùn)行狀態(tài)的變量判斷出車輛當(dāng)前行駛的狀態(tài)，反解出車輛的實時運(yùn)行狀態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.一種車用電子控制器測試模擬器，其特征在于，由服務(wù)器、CompactR1實時控制系統(tǒng)組成，服務(wù)器與CompactR1實時控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)線連接，其中，CompactR1實時控制系統(tǒng)由CompactR1集成化系統(tǒng)和CompactR1 I/O模塊組成，CompactR1集成化系統(tǒng)集成實時處理器和可重新配置FPGA機(jī)箱，F(xiàn)PGA機(jī)箱和CompactR1 I/O模塊通過串行接口連接，被測電子控制器通過VCU硬件接口與CompactR1 I/O模塊連接；所述FPGA數(shù)據(jù)采集卡包括四塊數(shù)據(jù)采集卡:NI DI/0系列，用于數(shù)字信號的輸入與輸出；NI CAN卡，用于基于CAN總線協(xié)議的通信節(jié)點包的傳輸；NI AO系列，用于模擬信號的輸出；NI Al系列，用于模擬信號的輸入。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種車用電子控制器測試模擬器，其特征在于，實時控制器CompactR1采用TCP/IP的方式向服務(wù)器傳遞數(shù)據(jù)，服務(wù)器采用網(wǎng)絡(luò)共享變量的方式向?qū)崟r控制器CompactR1傳遞數(shù)據(jù)；實時控制器與FPGA機(jī)箱的通信通過FPGA接口實現(xiàn)；FPGA機(jī)箱與被測車用電子控制器的通信通過基于CAN總線通信協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸和模數(shù)信號的輸入/輸出完成。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種車用電子控制器測試模擬器，其特征在于，該車用電子控制器測試模擬器的軟件架構(gòu)包括服務(wù)器模塊、實時控制器模塊和FPGA模塊；其中， 服務(wù)器模塊包括:接收數(shù)據(jù)部分，用于將實時控制器模塊上測得的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行實時顯示、報表自動生成、數(shù)據(jù)隨機(jī)記錄；發(fā)送指令部分，用于向?qū)崟r控制器模塊發(fā)送指令，從而進(jìn)行模擬測試工作； 實時控制器模塊包括車輛模型和通信循環(huán)，實時控制器模塊用于實時運(yùn)行車輛模型，接收來自FPGA模塊的數(shù)據(jù)，然后根據(jù)內(nèi)部的控制策略解析出車輛的實時運(yùn)行狀態(tài)，如電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、電機(jī)扭矩、動力蓄電池狀態(tài)、充電機(jī)狀態(tài)等相關(guān)參數(shù)，經(jīng)過通信循環(huán)將數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器模塊并回返至FPGA模塊； FPGA模塊用于生成和采集信號、收發(fā)CAN總線上的報文幀、運(yùn)行一部分模型，然后將數(shù)據(jù)以FPGA接口的形式傳遞到實時控制器模塊上實時運(yùn)行的車輛模型中。
4.按照權(quán)利要求3所述的一種車用電子控制器測試模擬器，其特征在于，所述實時控制模塊的車輛模型用于以車輛的前向仿真模型取代真實的車輛，向被測車用電子控制器提供在各個工況下所需的測試參數(shù)； 所述實時控制模塊的通信循環(huán)包括:基于TCP/IP協(xié)議的通信循環(huán)，其用于向服務(wù)器模塊傳遞測試數(shù)據(jù)；基于CAN總線協(xié)議的通信循環(huán)，其用于接收來自FPGA模塊的報文幀和向被測車用電子控制器發(fā)送報文幀。
【文檔編號】G05B17/02GK104298129SQ201410639518
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月11日
【發(fā)明者】袁新枚, 李海湘, 李君 , 董超, 王闖, 孫科 申請人:吉林大學(xué)