技术领域
[0001] 本
发明涉及
汽车电子电器系统的开发和测试技术，尤其涉及在汽车电子电器系统开发测试阶段，当已知汽车电控系统的特性参数时，在没有进行电子电器系统装车的条件下进行整车电子电器系统集成的实时测试和验证。
背景技术
[0002] 随着汽车电子电器技术的飞速发展，电控单元的广泛应用使得现代的汽车更加舒适、安全、节能和环保。但另一方面带来的是汽车电子电器系统日趋复杂，因此设计和测试变得至关重要，所需的设计周期更长、成本更高。今天，更多的创新依赖于电子技术，而很多功能的实现也日益依赖控制系统。复杂度的提高使得全面而高效的测试变得比以往任何时候都更加重要。汽车上大量的电子电器系统的集成使用导致潜在错误源的数量急剧增多，汽车电子电器系统故障已经跃升为故障排名的第一位。
[0003] 测试可以尽早发现并改正错误和降低成本，因此无论是在电子电器系统开发的哪个环节它都是必不可或缺的。此外，只有将部件集成起来并运行于真实环境和实时条件下时，一些系统
缺陷才会暴露出来。这让测试成为了一
门跨部门和跨厂商的学科。问题发现的越晚，对抬高成本产生的影响就越严重。而极端情况下由于修正错误而引起的产品召回更加清楚地说明了这一点。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种整车电子控制装置集成半实物仿真测试平台的系统，可使整车电子电器系统在开发早期就能通过虚拟的实时整车环境进行便捷、经济、高效、可靠和人性化的整车电子电器系统集成开发、测试和验证。
[0005] 本发明的技术方案为：本发明揭示了一种整车电子控制装置集成半实物仿真测试平台的系统，包括：
[0006] 整车环境仿真模型模
块，模拟真实的
发动机、
离合器、变速箱、车辆行驶、整车电子系统；
[0007] 整车电子控制装置，包括发动机
控制器、ABS控制器、变速箱控制器、车载网络；
[0008] 实时
接口模块，连接该整车环境仿真模型模块和该整车电子控制装置，用来为该整车环境仿真模型模块和该整车电子控制装置之间提供实时数据交换。
[0009] 根据本发明的整车电子控制装置集成半实物仿真测试平台的系统的一
实施例，该整车环境仿真模型模块包括：
[0010] 发动机模型仿真单元，通过包括
加速踏板开度、节气门开度、喷油时间、
点火角度、
制动踏板开度、环境
温度、环境压
力的输入值、发动机特性曲线参数、以及包括
发动机转速、发动机输出
扭矩、发动机油耗、发动机进气温度和压力的输出值来建立发动机模型以模拟真实的发动机，其中发动机特性曲线参数是根据不同的发动机选择对应的发动机特性曲线。
[0011] 根据本发明的整车电子控制装置集成半实物仿真测试平台的系统的一实施例，该发动机模型仿真单元从该整车电子控制装置采集加速踏板
信号、制动踏板信号、电子节气门信号、
碳罐电磁
阀信号、喷油信号、点火信号，向该整车电子控制装置提供转向压力信号、发动机
冷却水温信号、发动机油温信号、
曲轴信号、
凸轮轴信号、
氧传感器信号、爆振信号、进气温度压力信号、
空调压力信号、发
电机信号。
[0012] 根据本发明的整车电子控制装置集成半实物仿真测试平台的系统的一实施例，该整车环境仿真模型模块包括：
[0013] 离合器模型仿真单元，通过包括发动机转速、发动机输出扭矩、变速箱输入扭矩、变速箱
输入轴转速的输入值、离合器扭矩阻力曲线参数、以及离合器输出扭矩的输出值来建立离合器模型以模拟真实的离合器，其中该离合器扭矩阻力曲线是可调整的参数，该离合器模型所依据的离合器方程为：
[0014]
[0015] 其中MC是离合器摩擦扭矩，ME是发动机输出扭矩，MTin是变速箱输入扭矩，D是离合器扭矩阻尼系数，ωE是发动机
角速度，ωTin是变速箱输入轴角速度，MCMax是离合器所能传递的最大摩擦扭矩。
[0016] 根据本发明的整车电子控制装置集成半实物仿真测试平台的系统的一实施例，该整车环境仿真模型模块包括：
[0017]
液力变矩器模型仿真单元，通过包括
泵轮转速和
涡轮转速的输入值、包括泵轮扭矩曲线和变距比曲线的参数以及包括泵轮扭矩和涡轮扭矩的输出值建立液力变矩器模型，其中该泵轮扭矩曲线和该变距比曲线是可调整的参数，该液力变距比模型所依据的方程为：
[0018] MT＝MP·g(υ)，
[0019] 其中MP是泵轮传动扭矩，MT是涡轮传动扭矩，ωP是泵轮角速度，ωT是涡轮角速度，υ是变速比，f(υ)是关于变速比的函数且是泵轮扭矩因素，g(υ)是关于变速比的函数且是变距比因素，其中变距比λ＝-MT/MP。
[0020] 根据本发明的整车电子控制装置集成半实物仿真测试平台的系统的一实施例，该整车环境仿真模型模块包括：
[0021] 变速箱模型仿真单元，通过包括离合器输出扭矩、变速箱
传动比、
差速器扭矩和制动扭矩的输入值、包括变速箱速比表、变速箱输入轴
转动惯量和变速箱
输出轴转动惯量的参数、包括变速箱输入扭矩、变速箱输入轴转速和变速箱输出轴转速的输出值来建立变速箱模型，其中该变速箱速比表、该变速箱输入轴转动惯量和该变速箱输出轴转动惯量是可调的参数，其中该变速箱模型所依据的变速箱传动方程为：
[0022]
[0023] 其中ω是变速箱输出轴角速度，ig是变速箱传动比，MC是离合器摩擦扭矩，JTin是变速箱输入轴转动惯量，MD是差速器扭矩，MB是制动扭矩，JTout是变速箱输出轴转动惯量。
[0024] 根据本发明的整车电子控制装置集成半实物仿真测试平台的系统的一实施例，该变速箱模型仿真单元从该整车电子控制装置采集档位
开关信号、换档阀信号、
锁止阀信号，向该整车电子控制装置提供输入轴转速信号、输出轴转速信号、变速箱油温。
[0025] 根据本发明的整车电子控制装置集成半实物仿真测试平台的系统的一实施例，该整车环境仿真模型模块包括：
[0026] 车辆行驶模型仿真单元，通过包括发动机输出扭矩、制动踏板开度、变速箱传动比的输入值、包括坡道阻力、汽车总重、
车轮滚动半径、主减速比、
滚动阻力系数、传动效率、车辆转动惯量、空气
密度、
空气阻力系数和车辆迎
风面积的参数、车速的输出值来建立车辆行驶模型，其中该坡道阻力、该汽车总重、该车轮滚动半径、该主减速比、该滚动阻力系数、该传动效率、该车辆转动惯量、该空气密度和该车辆迎风面积的参数是可调的参数，其中该车辆行驶模型所依据的驱动力与行驶阻力之间的平衡方程为：
[0027]
[0028] 式中ME是发动机输出扭矩，ig是变速箱传动比，i0是
主减速器传动比，ηT是传动系的传动效率，m是汽车总
质量，g是
重力加速度，f是滚动阻力系数，α是路面坡度，e是转动惯量系数，a是行驶加速度，ρ是空气密度，CD是空气阻力系数，A是迎风面积，v是行驶车速。
[0029] 根据本发明的整车电子控制装置集成半实物仿真测试平台的系统的一实施例，该整车环境仿真模型模块包括：
[0030] 整车电子系统模型仿真单元，从该整车电子控制装置采集CAN总线信号、点火开关信号、手刹开关信号，向该整车电子控制装置提供油箱油位信号、
环境温度信号、机油压力信号、
刹车液位
低信号、发动机
冷却液低信号、
刹车片磨损信号。
[0031] 本发明对比
现有技术有如下的有益效果：本发明的整车电子控制装置集成半实物仿真测试平台的系统是以一台计算机作为
硬件基础，采用RTI(Real TimeInterface)实时接口作为硬件
支撑，
软件开发平台是基于Matlab/Simulink。本发明的仿真测试平台是以发动机、离合器或液力变矩器、变速箱、车轮等多个动态系统计算模型来代替实际车辆动力系统的运行，与真实的整车
线束、控制器和部分执行器构成了整车电子电器系统的集成运行环境，以对整车电子电器系统进行测试和评估。并在实际使用过程中，可根据具体的车型配置方案对模型参数进行调整。对比现有技术，本发明的仿真测试平台系统可以带来如下的效果：(1)将电子电器系统装车测试和部分道路试验转化为台架实验，缩短了开发周期，节约了开发成本；(2)可以第一时间暴露出系统缺陷，将问题解决在验收测试之前，缩短了解决问题的时间，提高了解决问题的效率；(3)可以减少一半
原型车的组装，且测试平台可以循环利用；(4)基于微机和台架的测试操作使得操作简单，使用灵活。当然，本发明的仿真测试平台最显著的优点是可以对实际的汽车环境进行模拟，而不会产生实际危险。利用该平台可以模拟在真实世界中不能实现的极端条件下对整车电子电器系统进行的集成测试；可以帮助找出整车电子电器系统中的不足，即使它们只在特定情况下发生；可以在整车电子电器系统未准备好的条件下对单个子系统进行测试，使得测试成为开发流程的一个有效组成部分；可帮助在有充分证据的条件下对特殊的汽车电子电器设计替代方案做出早期决策，这样汽车电子单元在将来的应用环境中就能有效运行；该平台同样具有良好的使用界面。整车电子电器系统集成半实物仿真测试平台功能强大，不仅通过缩短开发周期加快了整车
上市时间，还由于测试期间无需使用实际硬件而降低了设备成本以及相关的维护成本，并有很强的实用性和经济性。
附图说明
[0032] 图1是本发明的整车电子控制装置集成半实物仿真测试平台的系统的较佳实施例的原理图。
[0033] 图2是本发明的发动机模型仿真单元的结构简图。
[0034] 图3是本发明的离合器模型仿真单元的结构简图。
[0035] 图4是本发明的液力变距器模型仿真单元的结构简图。
[0036] 图5是本发明的变速箱模型仿真单元的结构简图。
[0037] 图6是本发明的车辆行驶模型仿真单元的结构简图。
具体实施方式
[0038] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
[0039] 整车电子控制装置集成半实物仿真测试平台的系统
[0040] 图1示出了本发明的整车电子控制装置集成半实物仿真测试平台的系统的较佳实施例的结构。请参见图1，本实施例的仿真测试平台的系统主要包括三大块：整车环境仿真模型模块1、RTI实时接口模块2、整车电子控制装置3。它们之间的连接关系是：RTI实时接口模块2连接整车环境仿真模型模块1和整车电子控制装置3，用来为整车环境仿真模型模块1和整车电子控制装置3提供实时数据交换。整车电子控制装置包括车辆上的一些硬件电子设备，例如发动机控制器、ABS控制器、变速箱控制器、空调控制器、车载网络以及其他控制器等。三者构成了一个闭环的整车电子电器系统集成环境。
[0041] 整车环境仿真模型模块1用于模拟真实的发动机、离合器、变速箱、车辆行驶、整车电子系统。整车环境仿真模型模块1中的所有单元都是用Matlab/Simulink软件建立的。整车环境仿真模型模块1包括发动机模型仿真单元、离合器模型仿真单元、液力变距器模型仿真单元、变速箱模型仿真单元(包括手动或自动)、车辆行驶模型仿真单元以及整车电子系统模型仿真单元。这些模型通过RTI实时接口2和车辆的整车电子控制装置3连接。
[0042] 图2示出了本发明的发动机模型仿真单元的原理。请参见图2，发动机模型仿真单元分为输入值、可调参数以及输出值三块。其中输入值有加速踏板开度、节气门开度、喷油时间、点火角度、制动踏板开度、环境温度和环境压力。可调参数是发动机特性曲线。输出值有发动机转速、发动机输出扭矩、发动机油耗、发动机进气温度和压力。发动机特性曲线作为可调参数，是根据不同的发动机选择对应的发动机特性曲线。发动机模型仿真单元通过建立发动机模型来模拟车辆真实的发动机。
[0043] 发动机模型仿真单元和整车电子控制装置交互数据，其中发动机模型仿真单元从整车电子控制装置处采集到
模拟信号输入的加速踏板信号、
数字信号输入的制动踏板信号、模拟信号输入的电子节气门信号、数字信号输入的碳罐
电磁阀信号、喷油信号和点火信号。对于RTI实时接口2来说，上述的模拟信号输入的接口是A/D接口，数字信号输入的接口是I/O接口。发动机模型仿真单元为整车电子控制装置提供模拟信号输出的转向压力信号、发动机冷却水温信号、发动机油温信号、氧传感器信号、爆振信号、进气温度压力信号(TMAP)、空调压力信号以及数字信号输出的曲轴信号、
凸轮轴信号、发电机信号。对于RTI实时接口2来说，上述的模拟信号输出的接口是D/A接口，数字信号输出的接口是I/O接口。
[0044] 图3示出了本发明的离合器模型仿真单元的原理。请参见图3，离合器模型仿真单元分为输入值、可调参数以及输出值三块。其中输入值有发动机转速、发动机输出扭矩、变速箱输入扭矩、变速箱输入轴转速，可调参数是离合器扭矩阻力曲线，输出值是离合器输出扭矩。离合器模型仿真单元通过建立离合器模型来模拟真实车辆的离合器。
[0045] 离合器模型所依据的离合器方程为：
[0046]
[0047] 其中MC是离合器摩擦扭矩，ME是发动机输出扭矩，MTin是变速箱输入扭矩，D是离合器扭矩阻尼系数，ωE是发动机角速度，ωTin是变速箱输入轴角速度，MCMax是离合器所能传递的最大摩擦扭矩。
[0048] 图4示出了本发明的液力变矩器模型仿真单元的原理。请参见图4，液力变矩器模型仿真单元分为输入值、可调参数以及输出值三块。其中输入值有泵轮转速和涡轮转速，可调参数包括泵轮扭矩曲线和变距比曲线，输出值有泵轮扭矩和涡轮扭矩。液力变矩器模型所依据的方程为：
[0049] MT＝MP·g(υ)，
[0050] 其中MP是泵轮传动扭矩，MT是涡轮传动扭矩，ωP是泵轮角速度，ωT是涡轮角速度，υ是变速比，f(υ)是关于变速比的函数且是泵轮扭矩因素，g(υ)是关于变速比的函数且是变距比因素，其中变距比λ＝-MT/MP。
[0051] 图5示出了本发明的变速箱模型仿真单元的原理。请参见图5，变速箱模型仿真单元分为输入值、可调参数以及输出值三块。其中输入值有离合器输出扭矩、变速箱传动比、差速器扭矩和制动扭矩，可调参数有变速箱速比表、变速箱输入轴转动惯量和变速箱输出轴转动惯量，输出值有变速箱输入扭矩、变速箱输入轴转速和变速箱输出轴转速。变速箱模型仿真单元通过变速箱模型来模拟真实的车辆
变速器(手动或自动)。
[0052] 变速箱模型所依据的变速箱传动方程为：
[0053] 其中ω是变速箱输出轴角速度，ig是变速箱传动比，MC是离合器摩擦扭矩，JTin是变速箱输入轴转动惯量，MD是差速器扭矩，MB是制动扭矩，JTout是变速箱输出轴转动惯量。
[0054] 变速箱模型仿真单元和整车电子控制装置交互数据。变速箱模型仿真单元从整车电子控制装置采集到数字信号输入的档位开关信号、换档阀信号、锁止阀信号，上述数字信号输入的接口是I/O接口。变速箱模型仿真单元向整车电子控制装置提供数字信号输出的输入轴转速信号、输出轴转速信号和模拟信号输出的变速箱油温。上述的数字信号输出的接口是I/O接口，而模拟信号输出的接口是D/A接口。
[0055] 图6示出了车辆行驶模型仿真单元的原理。请参见图6，车辆行驶模型仿真单元包括输入值、可调参数以及输出值三块。其中输入值有发动机输出扭矩、制动踏板开度、变速箱传动比，可调参数有坡道阻力、汽车总重、车轮滚动半径、主减速比、滚动阻力系数、传动效率、车辆转动惯量、空气密度车辆迎风面积，输出值是车速。车辆行驶模型仿真单元建立车辆行驶模型所依据的驱动力和行驶阻力之间的平衡方程为：
[0056]
[0057] 式中ME是发动机输出扭矩，ig是变速箱传动比，i0是主减速器传动比，ηT是传动系的传动效率，m是汽车总质量，g是重力加速度，f是滚动阻力系数，α是路面坡度，e是2
转动惯量系数 (J转动惯量，kg·m，r轮胎动力半径，m)，α是行驶加速度，ρ是空气密度，CD是空气阻力系数，A是迎风面积，v是行驶车速。车辆行驶模型仿真单元从ABS控制器接收数字信号输出的四个车轮的信号。
[0058] 整车电子系统模型仿真单元与整车电子控制装置交互数据。整车电子系统模型仿真单元从整车电子控制装置采集CAN总线信号(通过从车载网络采集，CAN总线信号通过RTI实时接口模块中的CAN接口来传输)、数字信号输入形式的点火开关信号和手刹开关信号。这些数字信号输入是通过RTI实时接口模块中的I/O接口完成的。整车电子系统模型仿真单元向整车电子控制采集装置提供CAN总线信号(向车载网络传输，通过CAN接口来传输)、模拟信号输出的油箱油位信号、环境温度信号以及数字信号输出的机油压力信号、刹车液位低信号、发动机冷却液位低信号、刹车片磨损信号等。这些模拟信号输出是通过D/A接口完成的，数字信号输出是通过I/O接口完成。
[0059] 本发明中所指的可调参数，应该理解为根据具体的型号选取对应的匹配参数，例如滚动阻力系数参数可调，应理解为根据不同的路面情况，选择对应的路面滚动阻力系数，达到调参的效果。
[0060] 当然，除了上述主要的控制器之外，整车电子电器系统中还有空调控制器、ABS控制器等，在整车环境仿真模型模块中还有对应的仿真模型例如空调模型和空调控制器关联。它们之间模拟信号形式的传输
蒸发器温度信号。
[0061] 使用本发明的整车电子控制装置集成半实物仿真测试平台的系统，仿真测试过程如同测试人员在实车上测试一样，如通过点火钥匙启动车辆，加
油门发动机转速上升，车辆挂档前行，当车速到达一定程度时车门自动锁上，
雨刮器开启，大灯打开等电子电器系统功能。另外，可以在台架上实现一些极端条件的测试而不带来任何危险，如车辆加速到最高时速，车辆碰撞后的电子电器系统相关的反应等等。所有这些都可以通过本发明的平台来实现，实际效果等同于或接近于真实环境。
[0062] 上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本发明的，本领域普通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种
修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合
权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
