CN1804574A - 混合电动汽车运行性能参数的测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合电动汽车运行性能参数的测试方法及装置，该方法是在混合电动汽车的运行过程中，利用控制装置实时采集、存储整车运行过程中的各种相关性能参数，并通过存储介质保存下来，然后利用MATLAB软件将采集到的参数拟合成与各性能相应的曲线，通过该曲线来综合评价整车性能指标。本发明的装置包括内嵌CAN控制器、A/D转换模块和I/O模块的中央控制器以及串口通信模块、LIN总线模块相连，RTC实时时钟模块、USB模块、CPLD模块等。本发明不仅能够对整车运行过程中性能参数进行采集，合成相关实际曲线后与理论仿真曲线进行比较，从而验证车载网络通信协议的合理性和可靠性，综合评价整车性能，而且能够对混合电动汽车进行实时的精确控制。

Description

混合电动汽车运行性能参数的测试方法及装置

技术领域

本发明主要涉及到混合动力汽车领域，特指一种混合电动汽车运行性能参数的测试方法及装置。

背景技术

混合电动汽车HEV是一种将多种能源混合使用的准环保型的车辆。通常所说的混合电动汽车是指将发动机和电机混合使用的汽车，通过控制发动机和电机的能量分配和流动，提高汽车的动力性和燃油经济性，减少有害物质的排放。虽然混合电动汽车使用的主要能源仍是汽油，但由于采用了优化控制，在冷启动，低速，怠速，频繁起停等工况下采用电机辅助驱动，使发动机一直工作在高效区内，在滑行或减速时进行能量回收，从而可以实现环保节能的目的；而且混合电动汽车不需要另建配套设施，无需改变驾驶习惯，并且对电池容量的要求不高，所以是最容易实现产业化、最容易为大家所接受的一种新型汽车。由此可见，混合动力是解决世界能源安全与环保问题的重要汽车技术，该技术已经成为世界汽车产业发展的重要方向，它的开发与应用已成为未来汽车发展的必然趋势。尽管国外有一些大型汽车公司已经生产出各种混合动力汽车，并且国内也有一些汽车厂家、研究所和高校在进行研发，但由于车型不同，针对的对象不同，实现的混合动力电动汽车控制策略不同，功能也不尽相同，所以混合动力汽车的整车控制器也各有所异，没有一个混合动力汽车通用的整车控制器硬件平台。

现有技术中，混合电动汽车的性能控制装置均与多能源动力总成控制系统有关，控制方法和策略有一定的相关度，都是以提高动力性和燃油经济性，降低排放为目的，并且在系统集成技术方面不断改进，但却不涉及基于具体的中央处理器的专门的电动汽车多能源总成控制器装置，且硬件设计和实现方法各有所异；另外，如今汽车上的电子控制单元(ECU)越来越多，如：ABS防抱死制动系统、ASR加速防滑系统、GPS车载定位导航系统、电子排气系统、车身电子控制系统、汽车防盗系统、电子控制悬架系统、电子点火系统、汽车轮胎气压监测系统、发动机管理系统、安全气囊控制系统、驱动电机控制系统、电子节气门控制系统、电池管理系统、牵引力控制系统，空调控制系统、面板控制系统、能量总成控制系统等等，这些ECU开发的新技术对整车动力性，舒适性和排放在很大程度上依赖于控制系统的质量，如何把这些系统连接起来，进行各关键部件的协调管理和控制成为急需解决的问题。

由于众多ECU通过车载网络进行连接，而车载网络最核心的技术是通信协议的制定，如何合理地制定通信协议，使其控制可靠，防止总线冲突和错误都是非常关键的问题。且由于车辆控制系统参数相互影响，工作状态频繁变化，传感器与执行器的失效考虑，使得软件调试复杂性增加，难度加大，调试变得越来越困难，对电动汽车的理论仿真研究工作越来越多，因此如何将离线仿真研究与现场调试相结合，把理论研究成果用于实际控制中，成为急需解决的问题，而目前尚无对整车性能进行实时仿真的数据采集存储系统，对于混合动力汽车的整车实时仿真也是基于纯理论或手工记录输入的阶段。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种不仅能够对整车运行过程中性能参数进行采集，合成相关实际曲线后与理论仿真曲线进行比较，从而验证车载网络通信协议的合理性和可靠性，综合评价整车性能，而且能够对混合电动汽车进行实时精确控制的混合电动汽车运行性能参数的测试方法及装置。

为了解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：一种混合电动汽车运行性能参数的测试方法，其特征在于：在混合电动汽车的运行过程中，利用控制器实时采集、存储整车运行过程中的各种相关性能参数，并通过存储介质保存下来，然后利用MATLAB软件将采集到的参数拟合成与各性能相应的曲线，通过该曲线来综合评价整车性能指标。

所述存储介质采用USB接口的U盘或移动硬盘，通过USB接口的数据采集功能将混合电动汽车运行性能参数采集并保存下来；当所述USB模块作从机时，直接与PC机相连采集数据，将采集到的数据保存至PC机中；当USB模块作主机时，可与移动硬盘或U盘直接连接采集数据，并可以通过串行口SCI发送相关命令进行文件的建立、删除、读写和修改操作，以及存储性能参数的选择；为了防止在数据存储过程中存储介质拔出，保证数据的完整性，通过按钮中断数据存储，将移动存储介质拔出。

所述混合电动汽车在运行过程中采集的实时性能参数为年月日时分秒、车速、档位信号、里程、本次行驶总里程、总行驶里程、电池电压，电池电流、电池电量SOC、油箱油量信号、发动机转速、电机转速和扭矩、节气门开度、各种数字模拟量输入输出信号以及CAN总线上各种信号；将上述参数相应拟合成的曲线为加速性能V-T曲线、续驶里程曲线、不同路况百公里油耗曲线、设定车速时滑行距离的V-T曲线、能量回收过程曲线、电池电量SOC状态图、电池组或单体充放电电流和电压特性曲线、电池平衡状态曲线、发动机燃油消耗曲线、不同节气门开度时的发动机等速运行时的油耗曲线、发动机转速特性曲线、等速运行时发动机转速曲线、电动机效率、扭矩和转速特性曲线、换档过程中发动机转速、电机转速、车速随时间变化曲线以及CAN总线各种信号的仿真曲线。

一种混合电动汽车运行性能参数的测试装置，其特征在于：它包括中央控制器，该中央控制器内嵌CAN控制器、A/D转换模块和I/O模块，所述CAN控制器通过CAN隔离电路与CAN线相连，I/O模块与外部I/O模块相连，A/D转换模块与A/D线性隔离模块相连，SCI异步串行口A与MAX3232串口通信模块相连，SCI异步串行口B与LIN总线模块相连，RTC实时时钟模块与CPLD译码模块相连，USB模块数据线地址线与中央控制器的数据线地址线相连，中央控制器的控制线与CPLD模块相连，JTAG调试接口与中央控制器仿真和测试接口JTAG直接相连，D/A模块的数据线通过数据锁存器与中央控制器的数据线相连，D/A模块的控制线与CPLD译码模块相连，存储器模块与中央控制器的数据线、地址线以及控制线直接相连，晶振和手动复位及各种通信指示灯模块与中央控制器相连，同时所有与车载信号相连的信号都通过处理并加光电隔离与中央控制器隔离。

所述RTC实时时钟模块芯片使用X1226，外接Citizen CFS206-32.768KDZF型石英晶体，器件提供3V锂电池备用电源，当板上供电电源VCC失效时VBACK为器件提供电源，串行时钟SCL和串行数据SDA接4.7K上拉电阻，并且R29接一个二极管防止备用电源消耗。

所述USB控制器采用SL811HST，48M有源晶振，12Mbits全速数据传输模式，可使其作为从机直接与PC机相连传输数据或作为主机直接通过接插移动硬盘存储行车过程中的实时数据，并可以通过串行口命令进行设定所要存储的参数。

所述中央控制器、RTC模块、USB模块以及CPLD模块都配有自己的独立工作晶振；所述手动复位电路经过CPLD组合译码后与中央控制器XRS相连；所述通信指示灯包括CAN总线信号指示灯、LIN总线信号指示灯、USB插入连接好数据传输指示灯、串行口收发指示灯以及电压指示灯。

所述CPLD模块通过组合译码中央控制器地址线和控制线的信号以输出控制D/A模块、USB模块和RTC实时时钟模块，CPLD模块组合译码手动复位信号和上电复位信号输出到中央控制器XRS，且CPLD模块直接驱动光电隔离输出。

所述DA模块采用芯片DAC7625，电源参考芯片采用TLC2272和TLC2274，并有两片数据锁存器LVC245A，通过CPLD提供控制片选信号。

与现有技术相比，本发明的优点就在于：(1)本发明可进行车辆起步、加速、行驶、制动能量回收充电和倒车等状态的平滑控制，发动机与电动机双动力控制，整车控制与切换协调管理，最大综合效率控制；(2)本发明可输出发动机、电动机工作状态信号和报警信号，输出电池组电量信号至车辆仪表；(3)本发明与其它系统进行良好CAN总线通信和LIN总线通信，并具有良好的稳定性与抗干扰性；(4)本发明可进行总成控制器上电自检，故障检测，报警与显示，系统安全监视与保护；(5)本发明可提供一种CAN总线，LIN总线，USB总线，RS232串行总线的智能转换网关，包括CAN总线，LIN总线，USB总线，RS232串行总线接口；(6)本发明具有行驶记录数据存储功能，通过接插移动存储介质(如：优盘或移动硬盘)，USB模块负责数据包的收发，把所有相关仿真所需数据实时记录下来，也可以直接通过USB-A接口或RS232串行口与计算机相连通过软件界面采集实时数据，供MATLAB仿真软件，整车性能仿真软件CRUISE、CAN总线网络开发分析仿真软件Vector使用；(7)本发明可以通过串行口设定需要采集的数据参数名称和个数，以及进行移动存储介质的文件操作：文件创建、读出、写入，删除操作，包括(列举文件项、打开文件、读文件、设置文件指针、创建文件、写数据到文件、删除文件或目录、获得磁盘剩余空间、检测是否有U盘、创建子目录、进入子目录、返回上一级目录、返回根目录)，文件系统支持FAT16和FAT32，自动识别转换；(8)本发明可以通过软件界面利用SCI口对关键参数进行组态(如：电机转速、节气门位置开度等)或利用软件控制平台对车辆状态进行监控；(9)本发明可以在线修改软件程序，进行在线调试，及时发现问题，实时调整控制策略；(10)本发明具有良好的电磁兼容性，可满足国家相关的电磁兼容性标准，能适应所有道路条件下的震动与冲击；(11)本发明系统硬件部分与车辆线束相连接的接插件符合电动汽车相关标准，拆装方便、性能可靠，在环境温度为-40℃至85℃时能正常稳定工作。综上所述，本发明既可以用来对混合动力汽车的实时数据进行采集，还能够对混合动力汽车进行实时控制。

附图说明

图1为本发明整体电路原理框架示意图；

图2为本发明中央控制器输出、输入管脚图；

图3为本发明CAN隔离模块电路示意图；

图4为本发明数字量光电隔离输入电路示意图；

图5为本发明频率信号转换电路示意图；

图6为本发明数字量光电隔离输出电路示意图；

图7为本发明D/A转换电路示意图；

图8为本发明线性隔离电路示意图；

图9为本发明模拟信号处理电路示意图；

图10为本发明LIN总线模块电路示意图；

图11为本发明串行口SCI总线模块电路示意图

图12为本发明RTC实时时钟模块电路示意图；

图13为本发明USB模块电路示意图；

图14为本发明片外扩展存储器电路示意图；

图15为本发明中央控制器供电系统电路示意图；

图16为本发明本控制装置整体结构与外部接线示意图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明的具体实施例主要是针对普通燃油车进行改装，设计控制方案，根据车型大小，选择发动机和驱动电机(可选启动电机)、增加无极变速器CVT(电子离合器)和电子节气门。

本发明的一种混合电动汽车运行性能参数的测试方法，在混合电动汽车的运行过程中，利用控制器实时采集、存储整车运行过程中的各种相关性能参数，并通过存储介质保存下来，然后利用MATLAB软件将采集到的参数拟合成与各性能相应的曲线，通过该曲线来综合评价整车性能指标。该存储介质采用USB接口的U盘或移动硬盘，通过USB接口的数据采集功能将混合电动汽车运行性能参数采集并保存下来；当所述USB模块作从机时，直接与PC机相连采集数据，将采集到的数据保存至PC机中；当USB模块作主机时，可与移动硬盘或U盘直接连接采集数据，并可以通过串行口SCI发送相关命令进行文件的建立、删除、读写和修改操作，以及存储性能参数的选择；为了防止在数据存储过程中存储介质拔出，保证数据的完整性，通过按钮中断数据存储，将移动存储介质拔出。混合电动汽车在运行过程中采集的实时性能参数为年月日时分秒、车速、档位信号、里程、本次行驶总里程、总行驶里程、电池电压，电池电流、电池电量SOC、油箱油量信号、发动机转速、电机转速和扭矩、节气门开度、各种数字模拟量输入输出信号以及CAN总线上各种信号；将上述参数相应拟合成的曲线为加速性能V-T曲线、续驶里程曲线、不同路况百公里油耗曲线、设定车速时滑行距离的V-T曲线、能量回收过程曲线、电池电量SOC状态图、电池组或单体充放电电流和电压特性曲线、电池平衡状态曲线、发动机燃油消耗曲线、不同节气门开度时的发动机等速运行时的油耗曲线、发动机转速特性曲线、等速运行时发动机转速曲线、电动机效率、扭矩和转速特性曲线、换档过程中发动机转速、电机转速、车速随时间变化曲线以及CAN总线各种信号的仿真曲线。具体的说，本发明将混合电动汽车在实际行驶状态下大量数据实时记录下来，并根据需要拟合成仿真曲线，与理论研究的MATLAB的仿真曲线，整车性能仿真软件cruise仿真曲线进行对比，对整车性能进行评价，以期在较早阶段发现设计缺陷，找出理论研究结果和现场调试目标的差异，总结能量传递过程中能量的损耗和各种不可忽略的因素，论证整车部件匹配和选型，优化理论仿真模型，改进控制策略和算法，在调试过程中发现问题，解决问题，并把理论研究的控制策略和算法的离线仿真结果进行实际应用。实时记录的测试数据还可以作为总线网络开发分析仿真软件Vector的输入，验证测试总线网络设计是否合理，通信协议是否正确；而且还能对整车组装调试前的各部件单独调试提供测试工具实时在线仿真，以便在整车调试前进行单体功能的全方位良好控制，以具备半实物仿真功能，以适应开发中可移植裁减通用的多样性需求和快速开发之间的矛盾。本发明的装置既可以用来对混合动力汽车的实时数据进行采集，还能够对混合动力汽车进行实时控制。

如图1和图2所示，本发明的测试装置包括中央控制器U1，该中央控制器U1采用32位微控制器TMS320F2812芯片，其内嵌有CAN控制器、A/D转换模块，SCI模块，PWM模块、CAP捕获模块和I/O模块等，有19位地址线(内部22位地址线)和16位数据线，通用IO口可配置成输入和输出模式。IO口可以输入数字和频率信号，CANTX和CANRX可通过CAN隔离电路进行CAN信号的发送和接收。ADCINn接收经过线性隔离电路来的模拟信号进行A/D转换。XA(0-19)和XD(0-15)作为存储器的地址和数据选择。所述CAN控制器通过CAN隔离电路与CAN线相连，I/O模块隔离后与外部I/O模块相连，A/D转换模块与A/D线性隔离模块相连，D/A模块通过U15译码信号锁存数据并控制DAC7625更新或保持数据输出，异步串行口A与串行口MAX3232相连，异步串行口B与LIN总线模块相连，实时时钟RTC模块与U15组合逻辑译码信号相连，USB模块地址数据与U1直接相连，控制信号与CPLD U15相连，JTAG在线调试下载接口与U1直接相连，上电复位和电源电压监视模块与U1直接相连；同时中央控制器U1地址线和控制线与CPLD U15相连。

如图3所示，本发明是一个CAN隔离模块电路由两对史密斯反相器U5 LVX14、两片高速光电隔离U2、U3 6N137、一片CAN收发器U4 PCA82C250和一个9针的串口座子CAN_DB9组成，所述两对史密斯反相器U5分别通过两片高速光电隔离U2、U3与CAN收发器U4相连，该CAN收发器U4输出端接串口座子CAN_DB9，由CAN控制器发出的数据经过史密斯反相器U5的电平转换，然后再送到高速光电隔离芯片U2中。经过隔离的信号送到CAN收发器U4的发送端，由该收发器将信号转换成总线信号由CAN收发器U4之端子输出。总线上的数据通过CAN收发器U4后，转换成数字信号经过另一片高速光电隔离U3，再由史密斯反相器U5进行电平转换后送到中央控制器U1中。

如图4所示，本发明数字量隔离输入电路主要由稳压管Z1、光电隔离芯片U6 TLP521-4以及电阻相互连接而成。图中IN代表外部的信号，高电平为12V，低电平为0V。信号经过稳压管Z1限幅，电阻限流后到光电隔离芯片U6内。输出信号经过一电阻上拉和一电阻限流后由IO口送到CPU中。当IN口电平为0V时，作为低电平输入，IO口电平为3.3V；当IO口电平为12V时，作为高电平输入，IO口电平为0V。IO信号输入到中央控制器U1的IO口中，CPU通过检测IO口电平的高低来进行数字信号的采集。

如图5所示，本发明频率信号转换电路由运算放大器U7LM339和电阻组成，当输入的频率信号经过该电路过零比较处理后变成标准的高电平为12V、低电平为0V的信号，该信号再由图3数字量隔离输入电路转换后输入电路送到中央控制器U1中。该频率转换电路为通用电路，有四个如图所示的电路来分别对四路频率信号进行转换。如车速传感器是一个频率信号，通过运算放大器过零比较，转换成矩形波，经光电隔离后输入到CPU，CPU通过捕获口CAP检测矩形波的两个上升沿周期来计算车速。

如图6所示，本发明数字量隔离输出电路由CPLD芯片U15 XC95144XL作驱动(驱动电流24mA，DSP引脚输出电路通常为4mA)、光电隔离芯片U8 U9 TLP521-4、高电压高电流darlingdon晶体管U10 ULN2803和继电器J1-J8 DSP2A组成。中央控制器U1之IO口输出3.3V信号，IOOUT1-IOOUT8经过CPLD芯片U15及光电隔离U8，U9输入，正端接VCC，串电阻限流驱动后变成5V信号再经过光电隔离芯片U8，U9进行光电隔离。经过隔离的信号通过JO1-JO8再到高电压高电流darlingdon晶体管U10，进行低逻辑信号到高逻辑信号的转换。经过转换的信号JC1-JC8控制继电器J1-J8的开端。K1-K8则是送到控制器来的外部信号。当JC1-JC8为低时，继电器J1-J8线圈通电，继电器J1-J8吸合，输出端K1-K8输出为0。当JC1-JC8为高时，继电器J1-J8线圈断电，继电器J1-J8断开，输出端K1-K8输出为12V，从而输出高电平为12V，低电平为0V的开关信号。

如图7所示，本发明D/A转换电路由高输入阻抗低噪声的CMOS运算放大器U11 2272和U12 2274，总线驱动芯片U13，U14 LVC245A和D/A转换芯片U16 DAC7625及译码芯片U15相互连接而成。CPLD U15通过地址线和其他控制总线译码后控制芯片U16的数据更新与保持输出，控制器的CPU通过12位数据线XD(0-15)在数字存储器12中获得要转换的数据，该数据经过数据总线XDB(0-11)送到总线驱动芯片U13，U14经过驱动的12位数据的DB(0-11)送到D/A转换芯片U16内，进行D/A转换，输出4路模拟量。

如图8所示，本发明线性隔离电路采用高性能的线性光耦U17 ISO124(每路模拟量输入输出均线性隔离)和一个运算放大器U18 OPA237组成。模拟信号通过Vin输入到线性光耦U17内，经运算放大器U18转换成电压Vout输出。即模拟信号由Vin输入经过隔离电路从Vout输出。本图所示的是通用的，所有模拟量都从AIN输入隔离后由AOUT输出。本发明总共采用了8组线性隔离电路。当图中除与U18负端相连电容为1000uF其余电容为1uF，电感为10uH，与U18正端相连电阻为9.76KΩ，与U17 Vout相连电阻为时4.75KΩ，电路的Vout＝Vin。作为输入时，控制器外的模拟信号经过信号处理后由Vin输入，隔离后由Vout输出到经ADCINn输入到CPU中。作为输出时，图6的D/A转换芯片14之VOUTn经过信号处理后由线性隔离电路的AIN输入经过隔离后由AOUT输出到控制器外。

如图9所示，本发明模拟信号处理电路由运算放大器U19，U20 LM258和电阻组成。本发明总共有8路模拟信号，四路输入，四路输出。四路输入中，加速踏板位置信号AI1和制动踏板位置信号AI3做0V-5V到0V-3V的电平转换，电平转换通过精密电阻分压来实现；加速踏板位置信号AI2不做任何处理，直接送到线性隔离电路进行隔离。四路输出中，节气门位置控制信号AO1不做任何处理直接送到隔离电路输出；离合器位置控制信号AO2做0V-3V电平到0V-5V的转换。电阻、精密电位器和运算放大器U20组成比例器，直接比例放大。电量指示灯控制信号做0V-3V电平到3V-8V的转换。首先进行比例运算，把0V-3V变成0V-5V。再通过由运算放大器6组成的加法器，把0V-5V的电平和稳压管两端稳定的3V电平相加，得到3V-8V电平。

如图10所示，本发明LIN总线通信由U22 PHILIPS TJA1020作为控制器，由引脚4 TXDB输入的传输数据流通过LIN收发器转换成总线信号，并由收发器控制回转速率和波形，以减少EME；收发器在LIN总线的输入引脚1检测数据流并通过引脚RXD发送到微控制器，睡眠控制输入引脚2 NSLP可以通过微控制器的端口引脚来控制，通过IO输出与一电阻相连。LIN总线的输出引脚6通过一个内部终端电阻拉成HIGH高，引脚LIN用于在LIN总线上发送和接收数据，采用12V单总线通信；用作为主机时必须通过串联的外部电阻RMaster和二极管将引脚INH或引脚7 BAT与引脚6 LIN进行连接，JP7用来控制是主节点或从节点，引脚7电容提高LIN系统的EME和EMI性能，引脚6电容为10uF+12V电源滤波电容。通过U21 SN7407驱动，可以通过发光二极管观测是否LIN总线上有信息发送，U22引脚7 LIN与U10，发光二极管，电阻和电源相连。TXDB和RXDB经CPLD U15驱动得来，与之输入的是SCITXDB和SCIRXDB。这里LIN总线模块作为主机与车门，车灯，车顶，座椅，防盗器开关等车身电子模块进行低速通信，根据低速网络的节点要求和组合开关的位置状态，发送信号到相应的节点，进行控制。

如图11所示，本发明SCI串行通信采用U23 MAX3232收发器，电路只需接如图所示0.1uF电容。RXDA，TXDA引脚是SCIRXDA，SCITXDA引脚通过CPLD U15转换电压，与U23的12，11引脚相连，与外部接口相连的RS3232 2，3，5引脚连接头接U23的13，14，15引脚。SCI串行通信模块用于与上位机通信，将DSP串口电平和计算机串口电平转换，可以通过串行口进行数据采集，也可以通过串行口发送相关命令到控制系统，使用命令控制利用USB模块对数据进行存储采集。

如图12所示，本发明RTC实时时钟模块采用U24 X1226芯片，含有4K E²PROM用于存储掉电保护数据，具有时钟和日历的功能，接口方式为串行的I2C接口。1，2引脚连接32.768K晶振；3引脚接一电阻上拉到电源3.3V；4引脚接地；5，6引脚是通过CPLD U15译码的后的串行数据SDA和时钟信号SCL，SDA是一个双向引脚，用于输入或输出数据，漏极开路输出在使用过程中需要添加4.7～10kΩ的上拉电阻；7引脚是后备电压VBACK，这个输入端为芯片提供一个备用的电源电压，当板上电源失效时，VBACK为芯片提供电源，防止时钟丢失；8引脚接电源。实时时钟模块的软件寄存器操作包括：实时时钟寄存器(RTC)、状态寄存器(SR)、控制寄存器(CONTROL)、报警寄存器(Alarm0、Alarm1)和客户存储数据的存储器。

如图13所示，本发明USB模块采用主从控制器芯片U25 SL811HST。DSP读写信号XRD和XWE与U25直接相连；U25片选和复位通过U15 CPLD译码完成，并上拉；中断信号输出引脚19下拉，有中断请求时该信号为高，经一反相器输入到DSP U1中断引脚相连；U25 40引脚用于控制U21工作模式，当跳线J2短路时，M/S引脚接高，工作于从机模式，在此模式下，通过USB-A接口可与计算机直接相连，安装相应驱动程序，利用软件控制界面可直接采集数据；当跳线J2不接时，M/S引脚为低电平，工作于主机模式，需要在USB-A接口接插U盘或移动硬盘存储相关数据，通常M/S引脚下拉到地，作主机使用；U25 43引脚是DMA应答信号，输入低时用于外部DMA控制接口，此时主机模式应接高电平；U25 5引脚CM是时钟倍乘器，12M低速时应接高电平，48M全速时接地，使用全速12Mbits进行数据传输应接地；U25 7，8引脚是USB控制器的差分数据收发数据线，在连接至设备前需要分别串接29～44Ω电阻R2，R3，当为主机时需要接R4，R5为15K的电阻下拉到地，R6不接；当为从机时R4接和R5不接，R6接1.5K上拉，并将DATA+，DATA-连接至USB-A，通过USB-A接口实现与外部主机或设备的接口；U25时钟或外部晶振连接使用有源晶振，Y4为48M高性能有源晶振；U25 9，20，30引脚接电源地；6，15，41引脚接电源正；42为A0，A0接U1的XA0地址线，用于在I/O映射或存储器映射应用的地址或数据寄存器读写，区分地址和数据，当A0＝0时，选地址线，对地址进行操作，当A0＝1时，选择数据缓存器，对数据进行操作；21，27，28，29，31，32，33，39，42引脚分别接数据线XD0～XD7，用于8位数据传输。U25处于从机工作模式时工作过程：①设备插入连接到PC机时，计算机通过内置USB Root Hub中断检测到从机连接到PC机，PC机发出读取设备序号请求；②从机接收到请求，响应生产商ID和产品ID，PC就根据这两个ID加载响应的驱动程序，完成从机的枚举；③若驱动程序存在则运行驱动程序，若不存在在提示安装。驱动程序建立从机与PC机间的通信，等待PC机发起请求读写命令，进行数据传输。U25处于主机工作模式时工作过程：移动硬盘插入到接口USB-A上电后，等待100ms以使插入操作完成以及设备电源稳定工作，SL811HST产生中断通知主机设备已插入，主机发出端口使能及复位命令给设备并将复位信号持续10ms，使能SL811HST的1ms SOF以便进行数据帧的同步，等复位信号撤消后，端口有效，设备处于缺省状态，默认地址和默认控制端点均为0，设备对缺省地址产生响应，主机读取设备描述表，并决定如何使用这些信息给设备一个配置值，主机通过缺省地址给设备分配一个唯一的地址。此时，配置完成，默认地址0不再有效，使用设定的地址，系统可以对移动硬盘进行文件操作了，每一次数据传输必须由主机发起和控制。通过PC机的串行口发送控制命令到测试装置的串行口，决定要存储的参数名称和个数，当使用预设的命令进行设置后，程序可以按要求对变量参数进行存储。

如图14，本发明实时调试下载存储电路，U1地址线XA0～XA18直接与U26A0～A18相连，U1数据线XD0～XD15直接与U26 D0～D15相连，XINTF区域6和7片选线 XZCS6AND7直接与存储器片选信号 CE直接相连，DSP读写信号 XRD和 XWE与存储器 OE和 WE相连，高低字节控制 BHE、 BLE直接接地。当MP/ MC＝1时，系统处于微处理器模式，选取片外空间7，系统调试可以挂仿真器直接下载程序到该程序存储器中。

如图15，本发明中央控制器供电系统采用U27 TPS73HD318芯片，输入3，4，9，10引脚接地，5，6，11，12引脚接5V电源VCC，输出17，18，19引脚相连并通过磁珠后接10U电解电容和0.1uF钽电容得到3.3V数字电源和3.3VA模拟电源，输出23，24，25引脚相连并通过磁珠后接10U电解电容和0.1uF钽电容得到1.8V数字电源和1.8VA模拟电源，由于22引脚 RESET输出是开漏NMOS，需接10K电阻上拉到3.3V以指定逻辑高信号电平电压，PRST送CPLD与按钮复位等信号组合译码后送DSP复位引脚 XRS。系统上电后，输出3.3V和1.8V双路电压，电流为750mA，并带有上电复位和电源监视的功能。上电复位时间为200ms，当芯片监视到电压波动到一定范围或3.3V电压降至2.868V时，复位信号输出低电平有效。

如图16所示，本发明测试装置可采集四路模拟信号，输出四路模拟信号，输入四路频率信号和十路开关信号，输出八路开关信号，进行CAN信号光电隔离、所有模拟量模拟隔离和所有开关信号光电隔离，其各信号所代表的内容详见表1。

表  1

-5VO	为外部提供5V电源负端	+12	电瓶供电12V正端
				+5VO	为外部提供5V电源正端	FGND	电瓶供电负端，外部数字地
WGND	外部模拟信号地
				AIN1	加速踏板位置信号1	IN01	左后轮转速
AIN2	加速踏板位置信号2	IN02	右后轮转速
				AIN3	制动踏板位置信号	IN03	变速箱输出轴转速信号
AIN4	邮箱油量信号	IN04	发动机转速信号
				AOUT1	节气门位置控制信号	IN05	加速踏板零位信号
AOUT2	离合器位置控制信号	IN06	钥匙信号
				AOUT3	电量指示灯控制信号	IN07	模式切换信号
AOUT4	换挡锁止电磁阀控制信号	IN08	制动踏板零位信号
				K1	发动机点火控制信号	IN09	离合器结合限位信号

K2	离合器分离控制信号	IN10	离合器分离限位信号
				K3	发动机工作指示灯控制信号	IN11	倒档信号
K4	主继电器控制信号	IN12	空档信号
				K5	电机驱动指示灯控制信号	IN13	空调信号
K6	电机发电指示灯控制信号	IN14	备用
				K7	报警指示灯控制信号
K8	备用
				N1	本发明整车控制器VCU	N2	ISG启动电机ICU
N3	驱动电机控制器MCU	N4	电池管理系统BCU
				N5	彩色液晶显示器DCU	N6	CVT无极变速器NCU
N7	电子节气门控制器TCU

本发明不但可以实现信号采集功能还能实现对混合电动汽车的控制功能，如下所示：

1、AIN1-AIN4总共四路模拟信号输入。以加速踏板位置信号1 AIN1为例介绍这四路模拟信号的采集。加速踏板位置信号1 AIN1输入到控制器为0-5V的电压，电压值对应了加速踏板被踏下的深度。AIN1 0-5V电压经精确调理后再由图8之线性隔离电路的AIN输入经隔离后由AOUT输出，隔离后的信号由图2中的中央控制器U1之ADCIN输入到MCU进行A/D转换，中央控制器U1通过这个值来确定加速踏板被踏下的深度。

2、AOUT1-AOUT4四路模拟信号输出。以电量指示灯控制信号为例说明这四路模拟信号的输出。电量指示灯控制信号是一个3V-8V的模拟信号。输出电压的高低驱动指示灯点亮的个数对应电动汽车电池电量的多少。首先图2中之中央控制器U1通过数据线XD(0-15)将数据发送到总线驱动芯片14锁存，经过总线驱动后由该总线驱动芯片14的DB(0-11)将12位数据送到D/A转换芯片16，通过地址线和控制总线译码后控制D/A的每一路需要更新数据的的单元输出。由于D/A电压参考为2.5V，经2倍放大后输出0-5V。经过如图9处理后输出3-8V电压，如图8隔离后输出到CON35。

3、IN01-IN04共四路频率信号的测量。变速箱输出轴转速信号IN03是一个频率信号。由图5的FIN输入，由于输入正弦信号波形，经LM339比较后，信号大于0时输出高电平为12V，信号电平小于等于0时输出低电平为0，由此IN得到方波信号，IN为输出。再将该IN信号由图4的IN输入，经隔离后由IO输出到图2中中央控制器U1捕获口中，由软件在每个信号的上升沿检测信号，根据两个上升沿的时间差来确定变速箱输入轴转速。

4、IN05-IN14共十路开关信号的采集。这十路信号都是高电平为12V、低电平为0V的开关信号。现以加速踏板零位信号IN05为例来说明该十路开关信号的采集。通常情况下加速踏板没有被踏下时，从加速踏板输入到如图4IN电压是0V；加速踏板踏下时，输入到如图4IN的电压是12V。这个信号的采集由图4所示的数字量输入光电隔离电路来完成。当输入开关量电压为低时，中央控制器软件认为加速踏板没有踏下，当输入开关量电压为高时，中央控制器软件认为加速踏板已被踏下。

5、K1-K8共八路开关信号的输出。现以K1为例来介绍这八路控制信号的输出。控制器要求这些信号输出12V的高电平或0V的低电平。如图2图6所示，图2之中央控制器U1之IO口输出到图6的IOOUT1-8，由于IOOUT1-8连接到DSP IO口，输出缓冲器驱动能力典型值只有4mA，而经过光电隔离9时的工作电流为16～25mA，所以需要增加一个驱动，这里充分利用资源，利用CPLD进行驱动输出，驱动电流为24mA，然而光电隔离9输出的集电极电流为10mA，不足以驱动DSP系列通用继电器，这里使用芯片8 ULN2803A达林顿驱动放大，最后由K(1-8)输出到CON35。自然状态下K(1-8)在中央控制器外接到12V，当继电器开关接通后K(1-8)接到0V，此外二极管起续流保护作用。

6、CAN总线信号发送和接收。图2之中央控制器U1内嵌CAN控制器通过图3电路进行CAN总线信号的发送和接收，与其它系统能用CAN总线通信(其他节点包括如表1所示的N1-N7节点)，并具有良好的稳定性与抗干扰性。通信时数据发送由中央控制器U1的CANTX发出，经过图3之线性隔离电路输出到总线。接收的数据经过图3的CAN隔离再由中央控制器U1的CANRX输入。图3所示的U4 CANH，CANL直接有一个120Ω端点匹配电阻，并通过DB9的CANH，CANL，CGND与外部总线相连。CAN总线具体通信由通信协议规定。

7、LIN总线信号的发送和接收。LIN总线的通信总是由报文帧的格式形成和控制，报文帧由主机节点发送的报文帧头和主机节点或从机节点发送的报文响应组成。通信由主机发起，它定义了传输速率并发起一个起始报文帧头。通过对LIN总线网络进行设计，可以由如图所示的电路进行LIN总线通信，其中Rmaster为主机节点时使用的电阻。

8、RTC实时时钟模块的时间设定和掉电保护数据写入读出。RTC实时时钟模块作为数据采集时的时钟重要参考，其时间可以精度依赖于石英晶体的频率，具有4K EEPROM，该模块通过I²C总线进行控制，这里由于DSP没有标准I²C接口，I²C总线的控制通过软件算法来实现，软件命令包括：①0xde写RTC实时时钟，②0xdf读RTC实时时钟，③0xae写E²PROM，④0xaf读E²PROM，配合所需的地址和数据，就可以对寄存器操作了。在写入到EEPROM过程中，不一定非要检测I²C的应答位，可以直接延时过去就行，但是在读过程中必须响应应答信号，读完后发送停止位信号，一定确认所发的信号都已发送。

9、根据方向盘转向角度传感器和车速传感器信号，可以实现ESP控制。当方向盘转向角度传感器检测到驾驶员的转向角度和车速信号后，就会通知ESP程序模块；ESP程序模块根据各个车轮的转速计算出车辆的实际运动轨迹。如果实际运动轨迹跟理论运动轨迹有区别，或者检测出某个车轮打滑(丧失抓第力)，ESP程序模块首先通知节气阀，减小电子节气门开度(收油)。然后通知制动系统对某个车轮进行制动，来修正运动轨迹。当实际运动轨迹与理论运动轨迹(驾驶员意图)相一致时，ESP自动解除控制。

10、按照控制策略思想，中央控制器对这些信号进行有效处理并通过复杂的软件控制算法可对车辆起动、加速、行驶、发电、制动能量回收和倒车等不同工况状态和不同路况的平滑控制，发动机与电动机双动力控制与切换管理，以及协调控制管理其他重要控制部件，最大综合效率控制，追求更高的环保节能的目标。

本发明利用控制过程中得到的大量实时实际实验数据，利用MATLAB，Vector，Cruise等软件仿真工具进行曲线拟合仿真，计算实验数据或拟合实验数据曲线，测试和评价整车的动力性，燃油经济性能。记录和存贮车辆行驶过程中的各种参数包括：年月日时分秒、加速踏板零位信号和位置信号、制动踏板零位信号和位置信号、档位信号、车速、里程，本次行驶总里程、总行驶里程、电池电压电流、电池电量SOC、油箱油量信号、发动机转速、电机转速和扭矩、节气门开度、方向盘转向角度传感器信号、开车时刻、停车时刻、各种开关信号模拟量输入输出信号和CAN总线上各种信号等。

USB接口的数据采集功能：

1、USB模块作从机时，直接与PC机相连。第一次连接时提示发现新硬件，安装驱动程序后，通过软件界面控制数据采集。

2、USB模块作主机时，可与移动硬盘或U盘连接，通过移动硬盘或U盘采集数据，可以通过串行口SCI发送相关命令进行文件的建立、删除、读写和修改操作，以及存储变量的选择。默认情况下对所有的相关变量按一定顺序进行存储。也可以通过串行口将要记录数据传到PC机采集。为了防止在数据存储过程中存储介质拔出，保持数据的完整性，通过按钮中断数据存储，将移动存储介质拔出。

通过USB存储实时数据到移动硬盘，可能实现下列仿真功能

1、仿真加速性能V-T曲线，比较混合动力型和燃油动力型加速性能。汽车可以工作于纯电动，纯燃油和混合动力三种模式。根据时间，换档和速度数据计算直接档(不同档位)从20km/h(或任意速度)加速到100km/h(或任意速度)的时间、距离；计算起步连续换档0km/h加速到100km/h(或任意速度)所需时间、距离以及加速过程中的最高车速(km/h)；根据时间，换档和速度数据拟合直接档(不同档位)从20km/h(或任意速度)加速到100km/h(或任意速度)的时间、距离特性曲线，拟合起步连续换档0km/h加速到100km/h(或任意速度)时间、距离特性曲线；加/减速过程中的加速度随时间变化曲线，车速随时间变化曲线。

2、仿真续驶里程曲线，检测电动机驱动动力性及电动机驱动可连续行驶里程。根据纯电机驱动时行驶时间，速度和里程数据，计算最高车速(km/h)，计算从20km/h(任意速度)加速到50km/h(任意速度)所需时间，计算两次充电之间可连续行驶总距离(km)。拟合电池电压(V)，电池电流(A)，电池消耗电量(Ah)，电池消耗功率(kW)等与行驶里程对应关系曲线，以及多工况道路实验循环图。

3、仿真不同路况百公里油耗曲线。根据百公里的实时油箱油量数据计算百公里油耗(L/100km)、平均车速(km/h)、行驶距离(km)。

4、仿真设定车速时滑行距离。设定额定转速如50km/h，关闭发动机和电机，计算滑行距离，拟合滑行中的V-T曲线。

5、仿真能量回收大致情况。再生回收的能量是个不确定的因素，但在制动过程中不同的制动能量回收策略会有不同程度的制动能量回收效果，以便选择更优的制动能量回收策略。可以拟合比较不同车速下滑行或制动能量回收曲线。

6、仿真循环实验过程中燃油消耗。在实验调试过程中，不同控制策略下每个循环的SOC变化和发动机燃油消耗曲线以及不同节气门开度时发动机等速运行时的油耗曲线；油耗，发动机转速，节气门开度三维油耗图。

7、通过对发动机转速检测，拟合发动机转速特性曲线以及等速运行时转速曲线；根据有关论文提出的理论，计算结果可为车辆及发动机开环自适应控制策略等提供必要的扭矩数据，验证发动机是否工作在高效区，确定发动机工作的最优区间范围；根据节气门开度数据，拟合发动机节气门开度和点火开关断开或接通特性曲线；加速过程中的发动机节气门开度变化曲线；换档过程中发动机转速的变化曲线。

8、仿真电机效率图。根据电机转速和扭矩，拟合电动机工作过程中效率、转速、扭矩和功率特性曲线；电机电流电压比较曲线；换档过程中电机转速的变化曲线。

9、仿真电池状态。根据一段时间的电池电量SOC测定，拟合电池工作过程对应时间的电池电量SOC状态图，电池功率变化曲线，电池组或单体充放电电流和电压特性随时间变化曲线，电池平衡状态曲线，电池充放电时电流电压关系曲线，SOC在没有能量回收和有能量回收时随时间变化曲线，电池充放电时电压变化曲线，以额定电流充放电时电压特性曲线，温度与充放电特性曲线。

通过CAN和LIN总线硬件接口，针对数据采集到的CAN和LIN总线上的各节点信号，利用CANoe对CAN/LIN网络系统设计和电控单元进行模型创建、仿真、功能测试和分析，从而检测评价CAN网络好坏，以制定良好的CAN总线通信协议；利用CANscope记录、评价CAN总线信号电平，它可以分析各种因素对总线特性的影响：各种电缆类型，各种电缆长度，总线驱动，总线终端，总线失效，EMC影响，在ECU软件或CAN控制器自身的错误等。

Claims (9)

1、一种混合电动汽车运行性能参数的测试方法，其特征在于：在混合电动汽车的运行过程中，利用控制器实时采集、存储整车运行过程中的各种相关性能参数，并通过存储介质保存下来，然后利用MATLAB软件将采集到的参数拟合成与各性能相应的曲线，通过该曲线来综合评价整车性能指标。

2、根据权利要求1所述的混合电动汽车运行性能参数的测试方法，其特征在于：所述存储介质采用USB接口的U盘或移动硬盘，通过USB接口的数据采集功能将混合电动汽车运行性能参数采集并保存下来；当所述USB模块作从机时，直接与PC机相连采集数据，将采集到的数据保存至PC机中；当USB模块作主机时，可与移动硬盘或U盘直接连接采集数据，并可以通过串行口SCI发送相关命令进行文件的建立、删除、读写和修改操作，以及存储性能参数的选择；为了防止在数据存储过程中存储介质拔出，保证数据的完整性，通过按钮中断数据存储，将移动存储介质拔出。

3、根据权利要求1或2所述的混合电动汽车运行性能参数的测试方法，其特征在于：所述混合电动汽车在运行过程中采集的实时性能参数为年月日时分秒、车速、档位信号、里程、本次行驶总里程、总行驶里程、电池电压，电池电流、电池电量SOC、油箱油量信号、发动机转速、电机转速和扭矩、节气门开度、各种数字模拟量输入输出信号以及CAN总线上各种信号；将上述参数相应拟合成的曲线为加速性能V-T曲线、续驶里程曲线、不同路况百公里油耗曲线、设定车速时滑行距离的V-T曲线、能量回收过程曲线、电池电量SOC状态图、电池组或单体充放电电流和电压特性曲线、电池平衡状态曲线、发动机燃油消耗曲线、不同节气门开度时的发动机等速运行时的油耗曲线、发动机转速特性曲线、等速运行时发动机转速曲线、电动机效率、扭矩和转速特性曲线、换档过程中发动机转速、电机转速、车速随时间变化曲线以及CAN总线各种信号的仿真曲线。

4、一种混合电动汽车运行性能参数的测试装置，其特征在于：它包括中央控制器，该中央控制器内嵌CAN控制器、A/D转换模块和I/O模块，所述CAN控制器通过CAN隔离电路与CAN总线相连，I/O模块与外部I/O模块相连，A/D转换模块与A/D线性隔离模块相连，SCI异步串行口A与MAX3232串口通信模块相连，SCI异步串行口B与LIN总线模块相连，RTC实时时钟模块与CPLD译码模块相连，USB模块数据线地址线与中央控制器的数据线地址线相连，中央控制器的控制线与CPLD模块相连，JTAG调试接口与中央控制器仿真和测试接口JTAG直接相连，D/A模块的数据线通过数据锁存器与中央控制器的数据线相连，D/A模块的控制线与CPLD译码模块相连，存储器模块与中央控制器的数据线、地址线以及控制线直接相连，晶振和手动复位及各种通信指示灯模块与中央控制器相连，同时所有与车载信号相连的信号都通过处理并加光电隔离与中央控制器隔离。

5、根据权利要求4所述的混合电动汽车运行性能参数的测试装置，其特征在于：所述RTC实时时钟模块芯片使用X1226，外接Citizen CFS206-32.768KDZF型石英晶体，器件提供3V锂电池备用电源，当板上供电电源VCC失效时VBACK为器件提供电源，串行时钟SCL和串行数据SDA接4.7K上拉电阻，并且R29接一个二极管防止备用电源消耗。

6、根据权利要求4所述的混合电动汽车运行性能参数的测试装置，其特征在于：所述USB控制器采用SL811HST，48M有源晶振，12Mbits全速数据传输模式，可使其作为从机直接与PC机相连传输数据或作为主机直接通过接插移动硬盘存储行车过程中的实时数据，并可以通过串行口命令进行设定所要存储的参数。

7、根据权利要求4所述的混合电动汽车运行性能参数的测试装置，其特征在于：所述中央控制器、RTC模块、USB模块以及CPLD模块都配有自己的独立工作晶振；所述手动复位电路经过CPLD组合译码后与中央控制器 XRS相连；所述通信指示灯包括CAN总线信号指示灯、LIN总线信号指示灯、USB插入连接好数据传输指示灯、串行口收发指示灯以及电压指示灯。

8、根据权利要求4所述的混合电动汽车运行性能参数的测试装置，其特征在于：所述CPLD模块通过组合译码中央控制器地址线和控制线的信号以输出控制D/A模块、USB模块和RTC实时时钟模块，CPLD模块组合译码手动复位信号和上电复位信号输出到中央控制器 XRS，且CPLD模块直接驱动光电隔离输出。

9、根据权利要求4所述的混合电动汽车运行性能参数的测试装置，其特征在于：所述DA模块采用芯片DAC7625，电源参考芯片采用TLC2272和TLC2274，并有两片数据锁存器LVC245A，通过CPLD提供控制片选信号。

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