车辆多控制器仿真测试系统的制作方法

本实用新型涉及车辆仿真技术领域，特别涉及一种车辆多控制器仿真测试系统。

背景技术：

目前在整车控制器测试领域，基于硬件在环HIL(Hardware-In-the-Loop，HIL)测试技术的控制器测试系统已经十分成熟。

本申请的发明人在实现本发明的过程中发现现有的HIL测试系统存在以下问题：目前HIL测试系统主要针对常规动力汽车(即使用传统发动机驱动的汽车)，而且即使在用于新能源车辆的研发测试时，HIL通常也是基于物理外特性进行建模仿真，对于新能源汽车动力系统中的电机、电池及逆变器等的各类电力及电力电子器件而言，简单的物理外特性仿真虽然可以有效地体现模型的整体功能，但是往往忽略了其内部的基本电磁特性，因此在新能源的电力以及电力电子器件的仿真方面，现有的HIL仿真系统存在较大不足。并且，现有的HIL仿真测试系统由于在硬件或者系统构架方面存在限制而无法满足对新能源车辆电力部分进行详细模型的仿真。

技术实现要素：

本实用新型实施方式的目的在于提供一种车辆多控制器仿真测试系统，不仅能够实现对整车多控制器的仿真测试，而且能够同时实现对于车辆的电机控制器的基本电磁特性的仿真测试，提高整车多控制器仿真测试的测试覆盖率。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式提供了一种车辆多控制器仿真测试系统，包含：用于提供整车仿真模型和电机仿真模型并运行整车多控制器仿真测试的上位机；分别与所述上位机通信连接的整车仿真机以及电机仿真机；所述整车仿真机用于以第一步长运行所述整车仿真模型，所述电机仿真机用于以第二步长运行所述电机仿真模型；其中，所述第一步长大于所述第二步长；所述电机仿真模型用于模拟车辆电力电子器件的基本电磁特性；所述整车仿真机通信连接于所述电机仿真机；车辆的电机控制器通信连接于所述电机仿真机；车辆的整车控制器、电池模拟器以及电池管理系统通信连接于所述整车仿真机。

本实用新型实施方式相对于现有技术而言，车辆多控制器仿真测试系统包括用于提供整车仿真模型和电机仿真模型并运行整车多控制器仿真测试的上位机、分别与上位机通信连接的整车仿真机以及电机仿真机，其中，整车仿真机能够以第一步长运行上位机提供的整车仿真模型，电机仿真机能够以第二步长运行上位机提供的电机仿真模型，且电机仿真模型用于模拟车辆电力电子器件的基本电磁特性，即电机仿真模型不仅模拟电机整体的物理外特性，而且能够模拟车辆的电力电子器件的详细模型的基本电磁特性，从而可以实现车辆的电力电子器件的全面仿真测试。因此，本实施方式通过一个上位机以及两个以相互独立的步长运行的仿真机实现了对于整车的多控制器的仿真测试，并且不仅能够对整车模型进行仿真，而且能够对包括电机的新能源车辆的电力电子器件进行详细模型的仿真，提高了车辆仿真测试的覆盖率。

另外，所述电机仿真机为现场可编程逻辑门阵列电路。现场可编程逻辑门阵列电路采用并行处理技术，运行速度较高，使得仿真步长即第二步长可以达到500ns(纳秒)左右。

另外，所述现场可编程逻辑门阵列电路与所述整车仿真机通过PCIe接口连接。现场可编程逻辑门阵列电路与整车仿真机通过PCIe接口进行信息交互，传输速度快，并且现场可编程逻辑门阵列与整车仿真机可以集成在一台计算机内，有利于简化测试系统。

另外，所述整车仿真机与所述电机仿真机通过IEEE1394接口连接。两台相互独立的仿真机通过IEEE1394接口通信保证了整车仿真模型和电机仿真模型之间的信息交互。

另外，所述整车仿真机与所述车辆的整车控制器、电池模拟器以及电池管理系统通过CAN接口连接。CAN接口是车辆中使用广泛的通信接口，使用CAN接口实现车辆的整车控制器、电池模拟器以及电池管理系统与整车仿真机的通信，使得测试系统的通信环境与实际车辆的通信环境相一致，仿真更准确。

另外，所述电机仿真机与所述车辆的电机控制器通过模拟量和数字量输入输出接口连接。

另外，所述第一步长为1毫秒，所述第二步长为50微秒。

附图说明

图1是根据本实用新型第一实施方式车辆多控制器仿真测试系统的结构示意图；

图2是根据本实用新型第二实施方式车辆多控制器仿真测试系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本实用新型的第一实施方式涉及一种车辆多控制器仿真测试系统。其可以应用于新能源车辆的仿真测试。

如图1所示，是本实施方式的车辆多控制器仿真测试系统的结构示意图，其包括：上位机、整车仿真机、电机仿真机以及待测车辆的控制器。其中，待测车辆的控制器包括：车辆的整车控制器HCU、电池管理系统BMS(Battery Management System，电池管理系统，简称BMS)以及电机控制器MCU。其中，整车控制器HCU是车辆整个混合动力系统的主控制器，整车仿真机和电机仿真机分别与上位机通信连接。整车仿真机与电机仿真机之间通信连接。车辆的整车控制器HCU、电池模拟器BAT以及电池管理系统BMS均通信连接于整车仿真机，电机控制器MCU通信连接于电机仿真机。

其中，上位机用于提供整车仿真模型和电机仿真模型并运行整车多控制器仿真测试。上位机具有以太网通信接口，上位机的以太网接口通过网线连接于交换机，交换机通过网线连接于整车仿真机和电机仿真机，这样上位机和整车仿真机以及电机仿真机之间可以使用TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议)协议进行通信。例如，上位机通过TCP/IP协议向整车仿真机提供整车仿真模型，向电机仿真机提供电机仿真模型。

整车仿真机用于以第一步长运行整车仿真模型，电机仿真机用于以第二步长运行电机仿真模型，其中，第一步长大于第一步长。在实际应用中，第一步长例如为1毫秒(ms)，第二步长例如为50微秒(us)。其中，整车仿真模型用于模拟构建的整车的动力总成模型、部分控制器模型(例如发动机控制器ECU、变速箱控制器TCU等)、整车动力学模型和输入输出I/O模型，通过整车仿真模型可以较好地模拟实际车辆运行时的真实情况，并能够对车辆起步、停车、换挡等情况下的动态特性进行仿真，整车仿真模型还可以包括故障类型模拟，用于模拟车辆控制器的故障处理能力。电机仿真模型用于模拟车辆电力电子器件的基本电磁特性。电机仿真模型可以采用Simulink内置的永磁同步电机模型，仿真步长取为50us，该步长下的电机仿真模型可以正确反映电机的动态特性，能够满足新能源车辆的电机、电池以及其他电力、电子器件的详细模型的仿真需要。本实施方式中，整车仿真机和电机仿真机分别采用独立的仿真计算机，整车仿真机和电机仿真机的主要区别在于两者的处理器(Central Processing Unit，CPU)的运算步长不同。

由于整车仿真模型和电机仿真模型分别在两台仿真机(整车仿真机和电机仿真机)中运行，且具有不同的仿真步长，因此整车仿真模型和电机仿真模型之间的数据交互必须得到保证，即整车仿真机和电机仿真机之间必须具有一定的数据交互能力，本实施方式中，整车仿真机和电机仿真机之间通过IEEE1394接口进行连接，实现不同仿真步长的整车仿真模型和电机仿真模型之间的实时通信。IEEE1394是一种外部串行总线标准，其传输速率可达800Mbps(兆位每秒)。

其中，整车仿真机和车辆的整车控制器HCU、电池模拟器BAT以及电池管理系统BMS之间通过CAN通信接口连接。电机仿真机和车辆的电机控制器MCU之间通过模拟量和数字量输入输出I/O接口连接。

本实施方式中，上位机负责整个仿真测试系统的仿真模型的开发、测试系统运行管理、数据收集及分析。车辆的多个控制器通过通信接口与整车仿真机和电机仿真机连接，实现对整车仿真模型和电机仿真模型的控制。整个测试系统运行时，通过上位机监测车辆模型(即整车仿真模型和电机仿真模型)的运行状态，从而可以实现对多控制器功能及性能的测试。在仿真的过程中也可以通过上位机对车辆模型参数进行修改，上位机中还可以集成车辆模型参数的标定功能。

本实施方式与现有技术相比，采用步长相互独立的仿真机分别运行整车仿真模型和电机仿真模型，由于电机仿真模型的仿真步长小于整车仿真模型的仿真步长，且电机仿真模型能够模拟车辆的电机、电池以及电力、电子器件的基本电磁特性，而非仅模拟其物理外特性，所以使得仿真测试能够涵盖电机控制器的电磁特性测试，提高了车辆控制器仿真测试的涵盖率。同时，该仿真测试系统还可以涵盖车辆控制器的通讯功能的仿真测试。

本实用新型的第二实施方式涉及一种车辆多控制器仿真测试系统。第二实施方式在第一实施方式的基础上做出进一步改进，主要改进之处在于：在第二实施方式中，电机仿真机采用现场可编程逻辑门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列，FPGA)电路。现场可编程逻辑门阵列电路作为电机仿真机能够提供更小的仿真步长，从而可以充分满足电机控制器的仿真精度的需要。

如图2所示，本实施方式的车辆多控制器仿真测试系统包括：

上位机、整车仿真机、电机仿真机以及待测车辆的控制器。其中，待测车辆的控制器包括：车辆的整车控制器HCU、电池管理系统BMS(Battery Management System，电池管理系统，简称BMS)以及电机控制器MCU。其中，整车控制器HCU是车辆整个混合动力系统的主控制器，整车仿真机和电机仿真机分别与上位机通信连接。其中，电机仿真机采用现场可编程逻辑门阵列电路。整车仿真机与电机仿真机之间通过PCIe接口连接。车辆的整车控制器HCU、电池模拟器BAT以及电池管理系统BMS均通信连接于整车仿真机，电机控制器MCU通信连接于电机仿真机。

其中，上位机用于提供整车仿真模型和电机仿真模型并运行整车多控制器仿真测试。上位机具有以太网通信接口，上位机的以太网接口通过网线连接于交换机，交换机通过网线连接于整车仿真机和电机仿真机，这样上位机和整车仿真机以及电机仿真机之间可以使用TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议)协议进行通信。例如，上位机通过TCP/IP协议向整车仿真机提供整车仿真模型，向电机仿真机提供电机仿真模型。

整车仿真机用于以第一步长运行整车仿真模型，电机仿真机用于以第二步长运行电机仿真模型，其中，第一步长大于第一步长。在实际应用中，第一步长例如为1毫秒(ms)，第二步长例如为500ns(纳秒)。整车仿真模型用于模拟构建的整车的动力总成模型、部分控制器模型(例如发动机控制器ECU、变速箱控制器TCU等)、整车动力学模型和输入输出I/O模型，通过整车仿真模型可以较好地模拟实际车辆运行时的真实情况，并能够对车辆起步、停车、换挡等情况下的动态特性进行仿真，整车仿真模型还可以包括故障类型模拟，用于模拟车辆控制器的故障处理能力。电机仿真模型用于模拟车辆电力、电子器件的基本电磁特性。电机仿真模型可以采用Simulink内置的永磁同步电机模型，仿真步长取为500ns，因此其可以针对50khz(千赫兹)左右的电力电子系统进行仿真，进一步提高仿真精度，从而能够较为充分地满足新能源车辆的电机、电池以及其他电力电子器件的详细模型的仿真需要。

本实施方式中，由于电机仿真机采用现场可编程逻辑门阵列电路，因此电机仿真机可以集成在整车仿真机内，而整车仿真机和电机仿真机之间可以通过PCIe接口通信。相对第一实施方式中采用两台相互独立的仿真机而言，本实施方式的硬件设计更加集中，资源利用率更高。并且，由于两者可以通过PCIe接口通信，而PCIe通信接口的带宽可以达到10GB/S，因此使得整车仿真模型和电机仿真模型之间的数据交互更流畅。

其中，整车仿真机和车辆的整车控制器HCU、电池模拟器BAT以及电池管理系统BMS之间通过CAN通信接口连接。电机仿真机和车辆的电机控制器MCU之间通过输入输入I/O接口连接。

本实施方式中，上位机负责整个仿真测试系统的仿真模型的开发、测试系统运行管理、数据收集及分析。车辆的多个控制器通过通信接口与整车仿真机和电机仿真机连接，实现对整车仿真模型和电机仿真模型的控制。整个测试系统运行时，通过上位机监测车辆模型(即整车仿真模型和电机仿真模型)的运行状态，从而可以实现对多控制器功能及性能的测试。在仿真的过程中也可以通过上位机对车辆模型参数进行修改，上位机中还可以集成车辆模型参数的标定功能。

本实施方式的电机仿真机由于采用现场可编程逻辑门阵列电路，仿真步长进一步减小，仿真精度进一步提高，且由于不同步长的仿真机可以集成入一台套的仿真计算机内，使得仿真机之间的通信效率更高，硬件资源利用率更高。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。