CN102073278A - 基于虚拟车辆及虚拟部件的ecm标定及验证系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于汽车ECM标定和验证的系统，采用应用程序构造虚拟的车辆部件和虚拟的动力总成部件，并利用这些虚拟部件构筑虚拟车辆平台和虚拟的动力总成，然后以仿真器为虚实结合的桥梁以实现应用程序与ECM硬件间准确实时的交互作用，在这种交互过程中就可实现ECM的标定和验证。整个仿真试验台的性能、操作性和移植性较高，能使ECM的标定和验证成为一种较容易的工作，不仅可以降低ECM标定和验证工作的人力和物力成本，还可以提高ECM标定开发的质量。
Description
技术领域
本发明涉及到车辆开发过程中ECM(Engine Control Model，发动机控制模块)标定和验证的开发系统，特别涉及到虚拟车辆和虚拟部件在ECM硬件在环标定及验证系统中的应用。
背景技术
随着电子技术在汽车工业中的广泛应用，社会和公众对汽车的功能和性能提出越来越高的要求，结果导致在现代车辆的开发过程中需要花费大量的时间、人力和物力对ECM进行功能及性能的标定和验证，而且该过程对车辆的开发周期和开发质量非常重要，但该开发过程通常需要在开发样车上开展相关工作，因此该开发过程存在着下述显著缺点：
(1)开发周期长。由于ECM的标定和验证工作需要等到开发样车建造完毕后才能进行相关工作，并且为了在不同的气温条件、海拔高度和道路状况下对ECM进行标定和验证需要将车辆运往不同的地区，而且在实际样车上进行标定和验证时需要花费相当多的时间去控制车辆的状态，从而导致ECM的标定和验证工作从开始到结束需花费相当长的时间。
(2)开发成本高。由于ECM的标定和验证工作需要使用大量的开发样车，在转鼓试验台和实际道路上对ECM进行复杂繁琐的标定和验证工作。而且为了在不同外界环境下对ECM进行标定和验证需要将开发样车运往不同的地区，并且在进行实际标定和验证工作时准确控制车辆的运转工况需要耗费大量时间，上述这些因素将使ECM的开发费用大大增加。
(3)开发不完善。由于在开发样车上不可能运行一些车辆的极限工况，因此也不可能进行ECM的相关标定和验证工作，同时由于不能精确控制车辆的外部环境和运行状态，因此相关的标定和验证工作也不可能足够精确和全面。
发明内容
本发明的目的是为了克服当前ECM标定和验证工作中存在的上述缺点，而采用软件模拟车辆的外部环境、车辆的工作状态和动力总成零部件的工作，并采用虚实结合的方法来加速ECM的标定和验证过程。
本发明揭示了一种用于汽车发动机控制模块标定及验证的方法，包括如下步骤：通过仿真器构建了一个虚拟车辆的虚拟动力总成电控系统；通过计算机屏幕控件设置虚拟车辆的操纵信息和环境状态；通过虚拟动力总成电控系统将所述操纵信息和环境状态转换为电气信号，输入到发动机控制模块；同时也检测发动机控制模块发出的电气控制信号，然后通过虚拟动力总成电控系统将接收的电气控制信号转化为对应的物理量；进行发动机控制模块标定及验证。
进一步地，所述的虚拟动力总成电控系统包括虚拟发动机总成和虚拟变速箱总成，以及虚拟发动机传感器和虚拟发动机执行器，所述虚拟发动机传感器和虚拟发动机执行器与虚拟发动机相连。所述的虚拟发动机传感器将操纵信息和环境状态转换为电气信号，所述的虚拟发动机执行器将接收的电气控制信号转化为对应的物理量。
进一步地，所述的操作信息和环境状态包括虚拟车辆所处的空气温度、大气压力和道路阻力坡度，点火开关、加速踏板、离合器踏板、刹车踏板，变速箱换档杆和空调请求开关的工作状态。
进一步地，所述的发动机控制模块标定及验证方法在闭环模式下，还包括根据所述的发动机控制模块输出的电气信号对应的物理量以及运行时间计算虚拟车辆下一时刻发动机控制模块所有的输入物理量，然后通过虚拟发动机传感器将其转换为电气信号，并通过仿真器将这些电气信号送到发动机控制模块的相应管脚。
进一步地，所述的发动机控制模块标定及验证方法在开环模式下，还包括根据所述的发动机控制模块输出的电气信号对应的物理量计算虚拟车辆的稳定状态，并单独地调整某一工作参数以研究其的影响。
同时本发明还提出了一种用于汽车发动机控制模块标定及验证的系统，所述系统包括仿真器，测试盒，发动机控制模块和用户计算机，所述仿真器通过class2通信总线和CAN通信总线与测试盒相连，所述ECM控制模块与测试盒相连，所述的仿真器构建了一个工作在各种状态的虚拟车辆，并在仿真器中为虚拟车辆构建了所有的虚拟传感器和虚拟执行器，所述的用户计算机包括设置虚拟车辆的操纵信息和环境状态的屏幕控件。
进一步地，所述测试盒可以断开连在仿真器或ECM输出信号线上的载荷，并且测试盒上有供测量仿真器或ECM输出电气信号的测量端口。
进一步地，所述的仿真器包括车辆动力学模拟函数、发动机工作过程模拟函数、变速箱工作过程模拟函数、CAN通信报文收发函数、Class2通信报文收发函数、所有传感器工作过程模拟函数、所有执行器工作过程模拟函数、仿真器的硬件配置函数，共同构建了一个虚拟车辆的虚拟动力总成电控系统，所述的虚拟动力总成电控系统包括虚拟发动机总成和虚拟变速箱总成，以及虚拟发动机传感器和虚拟发动机执行器，所述虚拟发动机传感器和虚拟发动机执行器与虚拟发动机相连。
采用本发明的系统和方法，可以大大缩短开发周期，降低开发成本，提高开发质量。仅通过改变应用程序的车辆配置文件和动力总成部件的工作特性就可适应不同的开发车辆，因此其本身的移植成本和移植工作量也非常小。
附图说明
图1为基于虚拟车辆及虚拟部件的ECM标定及验证系统；
图2为本发明虚拟动力总成电控系统。
具体实施方式
本发明技术方案的特点在于利用发动机台架的试验数据、ECM(Engine Control Model，发动机控制模块)和TCM(Transmission ControlModel，变速箱控制模块)相关的控制策略和控制算法构建了一个工作在各种状态的虚拟发动机和虚拟变速箱，并按照传感器和执行器的工作特性在仿真器(例如Pi AutoSim仿真器)中为车辆及动力总成电控系统构建了所有的虚拟传感器和虚拟执行器，然后通过仿真器输出虚拟传感器的电气信号和获得ECM的电气控制信号以使虚拟执行器执行虚拟的动作，同时根据Class2和CAN总线的数据链路层和执行层的企业协议为车辆构建了一个虚拟的车载通信网络，最后利用用户计算机的屏幕控件模拟车辆驾驶室的操纵控件，最终为ECM搭建了一个非常逼真的虚拟环境。该虚拟环境可通过仿真器与ECM控制器的电气信号进行实时的交互作用，这种虚拟环境的响应过程和控制过程具有较高的精确度和实时性，因此可用于ECM的标定和验证过程。
按照上述方案设计的ECM标定和仿真系统在运行期间，可根据测试人员的需要进入闭环仿真过程或开环仿真过程。在闭环仿真过程下该系统仅根据驾驶员操纵控件的行为模拟和检测所有输入和输出ECM控制器的电气信号，为测试人员和ECM控制器搭建了一辆虚拟的车辆系统，该系统的控制精确度和实时性与真实的车辆类似，可以对ECM控制器的一些动态控制过程进行标定和验证。在开环仿真过程下该系统将根据测试人员设定的车辆行驶状态和动力总成部件的工作状态模拟和检测所有输入和输出ECM控制器的电气信号，可以让测试人员针对每一个状态研究ECM控制器的标定和验证工作。
本发明具体的工作原理可描述如下：
首先测试人员需要通过计算机屏幕控件设置虚拟车辆所处的空气温度、大气压力和道路阻力坡度，之前也应对虚拟车辆和虚拟动力总成的系统结构进行配置，并对所有传感器、执行器和相关电气信号的工作特性进行设置。
在闭环仿真过程中通过操纵计算机屏幕上的点火开关、加速踏板、离合器踏板、刹车踏板，变速箱换档杆和空调请求开关等屏幕控件去控制虚拟车辆的运行状态，而仿真器则通过网线从用户计算机获得虚拟车辆的操纵信息和环境状态，同时也检测ECM控制器发出的电气控制信号，然后其应用程序根据执行器的工作特性将上述电气信号转化为对应的物理量，最后根据上述所有信息和运行时间计算虚拟执行器、虚拟发动机、虚拟变速箱、虚拟传感器和虚拟网络的工作过程，从而得到下一时刻ECM所有的输入物理量，然后根据传感器的工作特性将其转换为电气信号，并通过仿真器将这些电气信号送到ECM的相应管脚，上述过程是一个人机交互的非稳态迭代过程，通过此过程可对ECM进行动态的标定和验证工作。
在开环仿真过程中通过设置计算机屏幕上的点火开关位置，加速踏板位置，离合器踏板位置，刹车踏板位置，变速箱换档杆位置、空调请求开关位置和所有传感器的测量值以固定ECM的工作环境，这些物理量将通过网线被从用户计算机传递到仿真器，而其应用程序则根据传感器的工作特性将物理量转换为电气信号，并将这些电气信号送到ECM的相应管脚，同时也检测ECM发出的电气控制信号，并根据执行器的工作特性将上述电气信号转化为相应的物理量，最后根据上述信息计算虚拟执行器、虚拟发动机、虚拟变速箱、虚拟传感器和虚拟网络的稳定状态，在此过程中可单独地调整某一工作参数以研究其的影响，通过此过程可对ECM进行稳态的标定和验证工作。
该标定及验证的仿真测试系统由硬件和软件两部分组成，该系统硬件组成如图1所示，由仿真器、测试盒、仿真器到测试盒的线束、测试盒到ECM的线束、开发ECM控制模块、12V稳压电源、CAN通信总线，Class2通讯总线及其接口设备VSI(Vehicle Serial Interface)和用户计算机组成，根据需要该系统也可能包含某些待测试的部件，其中所有输入输出仿真器和ECM的电气信号都要经过测试盒，测试盒可以断开连在仿真器或ECM输出信号线上的载荷，并且测试盒上有供测量仿真器或ECM输出电气信号的测量端口，所以测试盒可以方便仿真器或ECM输出电气信号的测量，并排除其驱动载荷或线路对其测量的影响。
而该系统软件主要由车辆动力学模拟函数、发动机工作过程模拟函数、变速箱工作过程模拟函数、CAN通信报文收发函数、Class2通信报文收发函数、所有传感器工作过程模拟函数、所有执行器工作过程模拟函数、仿真器的硬件配置函数和车辆操纵控件模拟界面程序组成，车辆操纵控件模拟界面程序作为用户操作界面运行在用户计算机中，而其它模拟函数经过编译后下载到仿真器中以模拟车辆的运行。
如图2所示，本发明采用应用程序构造虚拟的发动机，虚拟的变速箱，虚拟的发动机传感器，虚拟的发动机执行器，虚拟的通信网络和虚拟的车辆操纵控件等，然后在软件环境中建造了一个虚拟的动力总成电控系统，采用仿真器将虚拟系统的输出信号转换为电气信号，并将这些电气信号送到真实ECM的相应管脚，同时其也检测ECM送出的电气控制信号，并将这些电气信号转换为物理量以送往各个应用程序，从而构建了一个精确、稳定和实时的硬件在环仿真系统以实现ECM在模拟试验台上的标定和验证。
本发明适用于ECM离线的标定和验证工作，特别适用于ECM对传感器和执行器进行标定和验证工作，可以在样车建造前就开始ECM的标定和验证工作，也可用于验证车辆动力总成控制系统的设计方案和系统部件的开发样件，其相对传统ECM的标定和验证方法有如下显著优点：
(1)缩短开发周期。由于可对模拟车辆的运行状态和影响参数进行全面、重复和时实的模拟和控制，因此采用该试验台能简化、减少和加速ECM的标定和验证工作，并在建造开发样车的同时就可进行ECM的标定和验证工作，并可在车辆开发的初期就论证ECM和系统部件的性能及匹配问题以及早发现车辆动力总成控制系统中存在的问题，并且在该仿真试验台上也可对开发样车上出现的问题进行反复细致的研究以加速问题的解决。
(2)降低开发成本。由于采用虚拟车辆进行ECM的标定和验证工作，因此将会极大地减少开发样车的数量、开发试验的次数和开发人员的工时等，同时该仿真试验台本身又具有非常大的柔性，仅通过改变应用程序的车辆配置文件和动力总成部件的工作特性就可适应不同的开发车辆，因此其本身的移植成本和移植工作量也非常小。
(3)提高开发质量。由于在仿真试验台上进行ECM的标定和验证工作不存在危险性，因此可在所有车辆运转工况下对ECM进行标定和验证工作，并且可以很方便地将车辆和动力总成的运行状态控制在某一特定的模式或过程，据此可基于各个状态或各个过程对ECM进行全面地标定和验证。
Claims (11)
1.一种用于汽车发动机控制模块标定及验证的方法，其特征在于：通过仿真器构建了一个虚拟车辆的虚拟动力总成电控系统；通过计算机屏幕控件设置虚拟车辆的操纵信息和环境状态；通过虚拟动力总成电控系统将所述操纵信息和环境状态转换为电气信号，输入到发动机控制模块；同时也检测发动机控制模块发出的电气控制信号，然后通过虚拟动力总成电控系统将接收的电气控制信号转化为对应的物理量；进行发动机控制模块标定及验证。
2.根据权利要求1所述的一种用于汽车发动机控制模块标定及验证的方法，其特征在于：所述的虚拟动力总成电控系统包括虚拟发动机总成和虚拟变速箱总成，以及虚拟发动机传感器和虚拟发动机执行器，所述虚拟发动机传感器和虚拟发动机执行器与虚拟发动机相连。
3.根据权利要求2所述的一种用于汽车发动机控制模块标定及验证的方法，其特征在于：所述的虚拟发动机传感器将操纵信息和环境状态转换为电气信号。
4.根据权利要求2所述的一种用于汽车发动机控制模块标定及验证的方法，其特征在于：所述的虚拟发动机执行器将接收的电气控制信号转化为对应的物理量。
5.根据权利要求1所述的一种用于汽车发动机控制模块标定及验证的方法，其特征在于：所述的操作信息和环境状态包括虚拟车辆所处的空气温度、大气压力和道路阻力坡度，点火开关、加速踏板、离合器踏板、刹车踏板，变速箱换档杆和空调请求开关的工作状态。
6.根据权利要求2所述的一种用于汽车发动机控制模块标定及验证的方法，其特征在于：所述的发动机控制模块标定及验证方法在闭环模式下，还包括根据所述的发动机控制模块输出的电气信号对应的物理量以及运行时间计算虚拟车辆下一时刻发动机控制模块所有的输入物理量，然后通过虚拟发动机传感器将其转换为电气信号，并通过仿真器将这些电气信号送到发动机控制模块的相应管脚。
7.根据权利要求2所述的一种用于汽车发动机控制模块标定及验证的方法，其特征在于：所述的发动机控制模块标定及验证方法在开环模式下，还包括根据所述的发动机控制模块输出的电气信号对应的物理量计算虚拟车辆的稳定状态，并单独地调整某一工作参数以研究其的影响。
8.一种用于汽车发动机控制模块标定及验证的系统，其特征在于：所述系统包括仿真器，测试盒，发动机控制模块和用户计算机，所述仿真器通过class2通信总线和CAN通信总线与测试盒相连，所述ECM控制模块与测试盒相连，所述的仿真器构建了一个工作在各种状态的虚拟车辆，并在仿真器中为虚拟车辆构建了所有的虚拟传感器和虚拟执行器，所述的用户计算机包括设置虚拟车辆的操纵信息和环境状态的屏幕控件。
9.根据权利要求8所述的一种用于汽车发动机控制模块标定及验证的系统，其特征在于：所述测试盒可以断开连在仿真器或ECM输出信号线上的载荷，并且测试盒上有供测量仿真器或ECM输出电气信号的测量端口。
10.根据权利要求8所述的一种用于汽车发动机控制模块标定及验证的系统，其特征在于：所述的仿真器包括车辆动力学模拟函数、发动机工作过程模拟函数、变速箱工作过程模拟函数、CAN通信报文收发函数、Class2通信报文收发函数、所有传感器工作过程模拟函数、所有执行器工作过程模拟函数、仿真器的硬件配置函数，共同构建了一个虚拟车辆的虚拟动力总成电控系统。
11.根据权利要求10所述的一种用于汽车发动机控制模块标定及验证的系统，其特征在于：所述的虚拟动力总成电控系统包括虚拟发动机总成和虚拟变速箱总成，以及虚拟发动机传感器和虚拟发动机执行器，所述虚拟发动机传感器和虚拟发动机执行器与虚拟发动机相连。
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