純電動客車整車控制器半物理仿真系統及其控制方法

《純電動客車整車控制器半物理仿真系統及其控制方法》是安徽安凱汽車股份有限公司於2015年6月19日申請的專利，該專專利公布號：CN104914856A，專利公布日：2015年9月16日，發明人是：袁明、陳順東、李韌、吳成加、王軍、宣鎧銳、王志偉。

《純電動客車整車控制器半物理仿真系統及其控制方法》所述的純電動客車整車控制器半物理仿真系統及其控制方法，包括用於構建客車模型、並對客車模型控制參數進行修正以形成物理閉環的上位機，用於傳輸數據的信號互動裝置，及用於接收上位機客車模型數據並對該數據進行處理的整車控制器VCU，所述上位機通過信號互動裝置與整車控制器VCU互動連線。該發明為純電動客車整車控制器的硬體檢測、控制策略在環仿真、故障信息查找、參數配置最佳化提供了一套完整的解決方案，為設計人員提供了一種高效率、低費用的整車控制器仿真驗證方式，並在解決純電動客車整車控制系統的軟硬體開發難度降低、安全性提升、穩定性增強等方面提供了一個良好的開端。

2021年8月16日，《純電動客車整車控制器半物理仿真系統及其控制方法》獲得安徽省第八屆專利獎優秀獎。

（概述圖為《純電動客車整車控制器半物理仿真系統及其控制方法》的摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：純電動客車整車控制器半物理仿真系統及其控制方法
• 公布號：CN104914856A
• 公布日：2015年9月16日
• 申請號：201510345716X
• 申請日：2015年6月19日
• 申請人：安徽安凱汽車股份有限公司
• 地址：安徽省合肥市包河區花園大道23號
• 發明人：袁明、陳順東、李韌、吳成加、王軍、宣鎧銳、王志偉
• Int.Cl.：G05B23/02(2006.01)I
• 專利代理機構：合肥天明專利事務所
• 代理人：金凱
• 類別：發明專利

專利背景

純電動客車是一種節約能源、無污染的“零排放”汽車，具有高效、環保、節能、低噪音、零污染等優點，截至2015年6月，純電動客車是主流推廣的新能源汽車技術，是一種未來汽車發展趨勢。由於具備這些優勢特點，全球汽車廠商都不斷加大投資研發推廣純電動汽車，新能源汽車特別是純電動汽車的研發在全球汽車產業中處於一種炙熱狀態。中國在“十五”期間，設立了“863”電動汽車重大科技專項，取得了一些成果。在一些關鍵技術如：整車控制系統及控制策略、電池管理均衡系統、安全可靠性等方面取得了一定的成果。整車控制器作為純電動客車的中樞神經，是整車裝備工程、測量系統、信息互動以及控制策略等各方面技術的集成。純電動客車整車控制器由於承擔了整車各個子系統的統籌控制工作，對方方面面的協調統籌都一定程度的增加了設計任務的難度。設計難度的增加，導致設計出的整車控制器存在一些不確定的隱患問題，截至2015年6月，有關純電動客車整車控制器的仿真測試的相關研究比較少，2015年6月以前的技術資料主要給出了相對巨觀的整車控制器硬體電路設計的解決路徑，但未給出較為系統方便的整車控制器檢測檢驗技術，以及整車控制策略算法的驗證方式，對整車控制器的性能測試缺乏實際的套用方案。

發明內容

專利目的

《純電動客車整車控制器半物理仿真系統及其控制方法》要解決的技術問題是提供純電動客車整車控制器半物理仿真系統及其控制方法，通過該系統可以為設計人員提供了一種高效率、低費用的整車控制器仿真驗證方式；並在純電動客車整車控制系統的軟硬體開發難度降低、安全性提升、穩定性增強等方面提供了一個良好的開端。

技術方案

《純電動客車整車控制器半物理仿真系統及其控制方法》包括用於構建客車模型、並對客車模型控制參數進行修正以形成物理閉環的上位機，用於傳輸數據的信號互動裝置，及用於接收上位機客車模型數據並對該數據進行處理的整車控制器VCU，所述上位機通過信號互動裝置與整車控制器VCU互動連線。所述上位機包括用於在仿真環境下根據整車參數及通訊協定搭建的數學模型，用於將接收解析的通訊信息在客車數學模型中運行、並顯示運行狀態和輸出反饋信息的VCU仿真環境，及用於提供VCU仿真環境和客車數學模型載體的PC機；所述上位通過PCAN與信號互動裝置互動連線。所述信號互動裝置包括用於信號的採集與處理、並對指令進行接收和傳送的系統模組，用於將進出系統模組信號進行處理以提高信號採集精度以及保護系統模組的信號調理模組，用於向整車提供電源的供電模組及用於存儲不同車型整車控制程式的可標定參數的存儲模組。所述系統模組包括主控制MCU、輔助控制MCU，所述主控制MCU通過DSPI方式與輔助控制MCU互動連線，所述主控制MCU通過SPI與存儲模組通訊連線。所述信號調理模組包括濾波電路、運放跟隨電路、光耦隔離電路、鉗位保護電路，所述濾波電路的輸入端外接信號的輸入，其輸出端與運放跟隨電路的輸入端相連，所述運放跟隨電路的輸出端通過光耦隔離電路與鉗位保護電路的輸入端相連，所述鉗位保護電路的輸出端與系統模組的輸入端相連。

所述主控制MCU的型號為MPC5534，輔助控制MCU的型號為S9S08DZ60，所述存儲模組採用鐵電FM33256。《純電動客車整車控制器半物理仿真系統及其控制方法》包括以下步驟：

（1）上位機按照待測控制器、整車配置等參數信息搭建VCU仿真環境、構建客車數學模型，並將構建的數學模型的運行控制參數通過信號互動裝置傳送給整車控制器；

（2）整車控制器將接收到的參數信息進行運算處理，並將該運算的結果通過信號互動裝置傳送給上位機；

（3）上位機讀取客車數學模型的運行狀態參數信息，並根據當前所接收到的運算結果信息對客車數學模型進行修正，形成物理閉環系統，並將最終修正結果數據通過上位機顯示出來；

（4）若整車控制器做出的回響是錯誤的，上位機根據接收到的數據信息進行故障類型判斷，並將該故障信息通過上位機進行顯示；若回響是正確的，通過輸入不同類別的指令信息，進行循環數據實驗，並存儲最優數據參數信息。

改善效果

《純電動客車整車控制器半物理仿真系統及其控制方法》通過純電動客車整車控制器半物理仿真系統，為純電動客車整車控制器的硬體檢測、控制策略在環仿真、故障信息查找、參數配置最佳化提供了一套完整的解決方案，為設計人員提供了一種高效率、低費用的整車控制器仿真驗證方式，並在解決純電動客車整車控制系統的軟硬體開發難度降低、安全性提升、穩定性增強等方面提供了一個良好的開端。

附圖說明

圖1是《純電動客車整車控制器半物理仿真系統及其控制方法》的系統框圖；

圖2是《純電動客車整車控制器半物理仿真系統及其控制方法》的信號互動裝置的系統框圖。

技術領域

《純電動客車整車控制器半物理仿真系統及其控制方法》涉及純電動客車整車控制器技術領域，具體涉及純電動客車整車控制器半物理仿真系統及其控制方法。

權利要求

1.《純電動客車整車控制器半物理仿真系統及其控制方法》特徵在於：包括用於構建客車模型、並對客車模型控制參數進行修正以形成物理閉環的上位機，用於傳輸數據的信號互動裝置，及用於接收上位機客車模型數據並對該數據進行處理的整車控制器VCU，所述上位機通過信號互動裝置與整車控制器VCU互動連線。

2.根據權利要求1所述的純電動客車整車控制器半物理仿真系統，其特徵在於：所述上位機包括用於在仿真環境下根據整車參數及通訊協定搭建的數學模型，用於將接收解析的通訊信息在客車數學模型中運行、並顯示運行狀態和輸出反饋信息的VCU仿真環境，及用於提供VCU仿真環境和客車數學模型載體的PC機；所述上位通過PCAN與信號互動裝置互動連線。

3.根據權利要求1所述的純電動客車整車控制器半物理仿真系統，其特徵在於：所述信號互動裝置包括用於信號的採集與處理、並對指令進行接收和傳送的系統模組，用於將進出系統模組信號進行處理以提高信號採集精度以及保護系統模組的信號調理模組，用於向整車提供電源的供電模組及用於存儲不同車型整車控制程式的可標定參數的存儲模組。

4.根據權利要求3所述的純電動客車整車控制器半物理仿真系統，其特徵在於：所述系統模組包括主控制MCU、輔助控制MCU，所述主控制MCU通過DSPI方式與輔助控制MCU互動連線，所述主控制MCU通過SPI與存儲模組通訊連線。

5.根據權利要求3所述的純電動客車整車控制器半物理仿真系統，其特徵在於：所述信號調理模組包括濾波電路、運放跟隨電路、光耦隔離電路、鉗位保護電路，所述濾波電路的輸入端外接信號的輸入，其輸出端與運放跟隨電路的輸入端相連，所述運放跟隨電路的輸出端通過光耦隔離電路與鉗位保護電路的輸入端相連，所述鉗位保護電路的輸出端與系統模組的輸入端相連。

6.根據權利要求4所述的純電動客車整車控制器半物理仿真系統，其特徵在於：所述主控制MCU的型號為MPC5534，輔助控制MCU的型號為S9S08DZ60，所述存儲模組採用鐵電FM33256。

7.《純電動客車整車控制器半物理仿真系統及其控制方法》特徵在於，包括以下步驟：

（1）上位機按照待測控制器、整車配置等參數信息搭建VCU仿真環境、構建客車數學模型，並將構建的數學模型的運行控制參數通過信號互動裝置傳送給整車控制器；

（2）整車控制器將接收到的參數信息進行運算處理，並將該運算的結果通過信號互動裝置傳送給上位機；

（3）上位機讀取客車數學模型的運行狀態參數信息，並根據當前所接收到的運算結果信息對客車數學模型進行修正，形成物理閉環系統，並將最終修正結果數據通過上位機顯示出來；

（4）若整車控制器做出的回響是錯誤的，上位機根據接收到的數據信息進行故障類型判斷，並將該故障信息通過上位機進行顯示；若回響是正確的，通過輸入不同類別的指令信息，進行循環數據實驗，並存儲最優數據參數信息。

實施方式

如圖1、圖2所示，《純電動客車整車控制器半物理仿真系統及其控制方法》包括信號互動裝置1，上位機2，整車控制器VCU3，上位機2通過PCAN、信號互動裝置1與整車控制器VCU3自身帶有的CAN收發器互動連線，三者之間按照自定義的CAN通訊協定相互傳送接收CAN信息，信號互動裝置1與整車控制器VCU3之間通過整車線束5相互傳遞數字和模擬信號以及其他參數信息。上位機2包括PC機、VCU仿真環境和純電動客車數學模型,其中純電動客車數學模型是在仿真環境下根據整車參數以及通訊協定搭建的數學模型；VCU仿真環境的作用是將接收解析的通訊信息在整車數學模型中運行並將顯示運行狀態和輸出反饋信息；PC機是VCU仿真環境和純電動客車數學模型的載體，上位機通過PCAN與外界連線通訊

信號互動裝置1包括系統模組12、信號調理模組14、供電模組17、存儲模組11。其中，系統模組12主要是主控制MCU、輔助控制MCU以及MCU正常工作的外圍電路組成的最小系統，在本實施例中，主控MCU採用飛思卡爾32位系列晶片MPC5534，輔控MCU採用飛思卡爾S9S08DZ60為，系統模組12的主要作用是信號採集與處理、指令接收傳送，主控MCU與輔控MCU之間採用片內DSPI方式進行通訊。信號調理模組14的主要作用是將進入系統模組12的信號進行處理以提高信號採集精度以及保護系統模組12。該信號調理模組14由濾波電路、運放跟隨電路、光耦隔離電路、鉗位保護電路組成，濾波電路的輸入端與插座15相連，其輸出端與運放跟隨電路的輸入端相連，運放跟隨電路的輸出端經光耦隔離電路與鉗位保護電路的輸入端相連，鉗位保護電路的輸出端與系統模組12中的MCU相連。供電模組17輸入電源為車載+24V電源，輸出為系統供電+5V、系統參考電壓+3.3V/+1.5V、CAN網路隔離電源+5V、A/D採集參考電壓4.096V、A/D轉換晶片供電電源±15V，供電模組17為整個裝置提供電源，並針對不同用電需求設計了不同指標的保護電路。而存儲模組11採用鐵電FM33256，用於存儲整車控制器運行配置參數，FM33256與MCU之間通訊方式採用SPI，MCU上電讀取運行參數,下電存儲參數,存儲模組11的主要作用在於存儲針對不同車型整車控制程式而設計的可標定參數。

信號互動裝置1是《純電動客車整車控制器半物理仿真系統及其控制方法》系統中的信息互動中轉機構，是《純電動客車整車控制器半物理仿真系統及其控制方法》的關鍵的核心部件，存儲模組11的功能是存儲針對不同車型整車控制程式而設計的可標定參數，記錄系統運行參數以及系統運行時的故障信息，MCU是整個系統的控制單元，由兩片微控制器MPC5534與S9S08DZ60組成，MCU模組的主要作用是信號採集與處理、指令接收傳送,隔離模組13和信號調理模組14構成了系統模組12與整車控制器VCU3之間的信號傳遞通道，起到了信號處理以提高採集精度與保護MCU的作用，電源模組17為整個信號互動裝置1以及整車控制器VCU3提供所需要的電源。圖2中標號為15與16是連線件。

《純電動客車整車控制器半物理仿真系統及其控制方法》包括以下步驟：

S1：上位機2中按照待測控制器、整車配置等參數信息搭建VCU仿真環境、並構建整車數學模型，設計人員根據測試項目在仿真環境中輸入指令，指令信息經PCAN傳送到CAN匯流排上。

S2：整車控制器VCU3在CAN匯流排上接收到指令信息後作出相應的回響，發出CAN信息或者輸出相應的模擬信號或者數位訊號，信號互動裝置1採集整車控制器VCU3的回響信號並做出運算處理後發出CAN信息。

S3：在檢測整車控制器VCU3對外部感測器信號採集功能時，上位機2會在仿真環境中將模擬參數傳送到CAN匯流排上，信號互動裝置1在收到相應信息後會根據通訊協定解析，然後輸出相應的模擬信號或者數位訊號，整車控制器VCU3會實時的採集，採集結果會通過CAN信息傳送出來。

S4：通過上述過程，形成了“上位機2傳送指令-CAN信息-信號互動裝置1-CAN信息/模擬信號/數位訊號-整車控制器VCU3-CAN信息/模擬信號/數位訊號-信號互動裝置1-CAN信息-上位機2”的閉環系統，最終的結果都將在上位機2實時顯示出來；如果整車控制器VCU3做出的回響是錯誤的，上位機2會根據接收到的信息判斷故障類型，設計人員可以檢查故障源並作出分析；如果回響是正確的，設計人員會繼續根據設計需求傳送不同類別的指令，在這個循環試驗過程中設計人員根據反饋信息可以對整車控制程式中的算法進行最佳化，並將最優的參數存儲下來。

榮譽表彰

2021年8月16日，《純電動客車整車控制器半物理仿真系統及其控制方法》獲得安徽省第八屆專利獎優秀獎。