燃料电池发动机控制器硬件在环测试系统及其配置方法技术方案

本发明专利技术涉及硬件在环测试系统领域，公开了一种燃料电池发动机控制器硬件在环测试系统及其配置方法，硬件在环测试系统包括上位机系统，用于对燃料电池发动机模型、控制器样机的参数进行配置；控制器样机，运行有用于对燃料电池发动机模型进行控制的控制策略，控制策略输出能够控制燃料电池发动机模型的控制信号至硬件在环设备，向硬件在环设备中的燃料电池发动机模型进行故障注入；硬件在环设备，具有实时处理器、与控制器样机各引脚连接的接口；硬件在环设备上运行有燃料电池发动机模型，燃料电池发动机模型通过硬件在环设备的接口与控制器样机通讯连接，能够将燃料电池发动机模型的响应信号以及故障信息发送至控制器样机。型的响应信号以及故障信息发送至控制器样机。型的响应信号以及故障信息发送至控制器样机。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池发动机控制器硬件在环测试系统及其配置方法


[0001]本专利技术涉及属于硬件在环测试系统领域，具体涉及一种燃料电池发动机控制器硬件在环测试系统及其配置方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着环境污染和能源短缺问题的日益加剧，以燃料电池为代表的新能源因其能量转换率高、无污染等优势被广泛应用于多个领域。以燃料电池为动力装置的新能源汽车，更是成为交通领域研究的热门话题。
[0003]燃料电池发动机系统通过串联燃料电池单体组成的燃料电池电堆和其他辅助系统组成，主要包括：空气系统、氢气系统、中冷系统和加湿系统等。整车发动机的工作效果与多个因素相关，包括：空压机电压、循环泵电压、氢气侧比例阀开度、电堆压力、电堆温度、湿度等。同时，发动机系统是非线性的，且内部各个子系统间具有较强的耦合性。另外在ECU开发过程中，系统软件和机械硬件结构通常是并行设计的。只有在集成后才能开展测试工作。如果在集成后发现了一些严重风险的安全Bug，就有可能造成人身伤害、损坏设备和项目延误。
[0004]因此，需要设计控制器和有效的管控策略来控制燃料电池发动机系统，确保燃料电池汽车的安全运行。
[0005]但在发动机系统中采用的燃料为氢气，具有一定的危险性；因此，在控制器的开发阶段，即应用于实车前，需要利用硬件在环设备对控制器样机和控制策略进行一定的验证和优化，提高控制器的安全性，缩短控制策略的开发周期。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种燃料电池发动机控制器硬件在环测试系统及其配置方法。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种燃料电池发动机控制器硬件在环测试系统，包括：
[0009]上位机系统，用于对燃料电池发动机模型的参数进行配置；
[0010]控制器样机，具有引脚，运行用于对燃料电池发动机模型进行控制的控制策略，对硬件在环设备中的燃料电池发动机模型进行故障注入；其中，控制策略输出能够控制燃料电池发动机模型的控制信号至硬件在环设备；
[0011]硬件在环设备，具有实时处理器以及与控制器样机各引脚连接的接口；硬件在环设备上运行燃料电池发动机模型，燃料电池发动机模型通过硬件在环设备的接口与控制器样机通讯连接，能够将燃料电池发动机模型的响应信号以及故障信息发送至控制器样机；
[0012]通过控制信号的有效性、故障注入后燃料电池发动机模型的故障信息以及燃料电池发动机模型与控制器样机通讯情况，对控制器样机中控制策略进行判断。
[0013]进一步地，所述燃料电池发动机模型包括燃料电池电堆、氢气系统、空气系统、冷
却系统、加湿系统和电气系统。
[0014]进一步地，所述控制器样机包括如下硬件结构：
[0015]CAN通讯电路，与硬件在环设备进行CAN通讯；
[0016]低边驱动电路，用于在硬件在环设备对燃料电池发动机进行故障注入后反馈故障信息；
[0017]模拟量输入电路，用于接收燃料电池发动机模型发出的响应信号；
[0018]所述硬件在环设备还包括如下硬件结构：
[0019]信号调理板卡，包括用于接收控制器样机控制信号的输入板卡以及用于向控制器样机发出响应信号的输出板卡；
[0020]PWM模块，包括多路PWM输入单元和多路PWN输出单元；
[0021]至少两块具有双通道的CAN总线板卡，用于对所述燃料电池发动机模型所在的整车总线上的CAN报文信息进行模拟；
[0022]电阻仿真板卡，包括多个电阻和切换卡关，用于模拟不同大小的电阻。
[0023]一种用于燃料电池发动机控制器的硬件在环测试系统的配置方法，通过上位机系统中的NI Veristand软件生成工程文件，具体包括如下步骤：
[0024]新建工程文件或者选择已有的工程文件；
[0025]在工程文件中配置控制器样机的IP地址；
[0026]在工程文件中关联燃料电池发动机模型，从而将燃料电池发动机模型导入实时处理器中；
[0027]在工程文件中添加所需的控制器样机硬件结构和硬件在环设备硬件结构；
[0028]燃料电池发动机模型具有传感器端口、执行器端口和控制器端口，将燃料电池发动机模型的各端口，与控制器样机的硬件结构和硬件在环设备的硬件结构一一对应。
[0029]与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果是：
[0030]硬件在环(Hardware In Loop,HIL)测试，可以在开发阶段利用仿真功能模拟燃料电池发动机系统，与控制器进行实时数据交互，可以对控制器和控制策略进行全方面、系统级的开发、仿真测试与优化，是VCU开发的高效工具。仿真模型与实际发动机的拟合程度、硬件在环测试系统的搭建效果，对整个测试系统的有效性和可靠性有着较大的影响。
附图说明
[0031]图1为本专利技术硬件在环测试系统的整体架构图；
[0032]图2为本专利技术燃料电池发动机系统的结构图；
[0033]图3为本专利技术硬件在环测试系统的搭建流程图。
具体实施方式
[0034]下面结合附图对本专利技术的一种优选实施方式作详细的说明。
[0035]一种燃料电池发动机控制器硬件在环测试系统，硬件层面包括硬件在环设备和控制器样机，软件层面包括上位机系统。
[0036]本专利技术中的硬件在环测试系统可以模拟燃料电池发动机各零部件运行状态，对燃料电池发动机控制器(FCU)样机进行功能测试、故障测试和总线通讯测试等。控制器样机的
I/O信号与硬件在环设备的接线端子或断路测试盒连接，硬件在环设备实时运行燃料电池发动机模型以及整车动力系统模型，接收控制器样机的控制信号并输出响应信号给控制器样机。上位机系统通过NI VeriStand管理软件实现I/O接口、通讯接口、模型参数、测试用例进行管理和配置，形成一套完成的上位机系统。
[0037]基于NI
‑
PXI的硬件在环设备主要包括：机柜、机箱、电源管理模块、可编程开关直流电源、实时处理器、信号调理板卡、PWM模块、CAN通讯模块、电阻仿真板卡等。
[0038]硬件在环测试系统需要测试的控制器样机的功能包括：
①
控制器样机的启动、运行、暂停和终止；
②
观测、输出燃料电池发动机所需的各种电气信号，包括电压信号、电阻信息、PWM信号和CAN总线信号；
③
支持故障注入，故障诊断及安全保护策略测试。
[0039]燃料电池发动机模型是基于MATLAB/Simulink实现的对汽车真实被控对象的仿真，仿真模型可以模拟汽车在不同工况下的运行状态。燃料电池发动机模型包括：燃料电池电堆、电气模型、氢气系统、空气系统、冷却系统、加湿系统等多个模型。整个系统非常复杂，其中所有与PCM进行交互的信号，都被封装到了硬件在环设备PWM模块中，方便进行管理和重新配置。
[0040]硬件在环测试系统具有可视化界面，可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池发动机控制器硬件在环测试系统，其特征在于，包括：上位机系统，用于对燃料电池发动机模型的参数进行配置；控制器样机，具有引脚，运行用于对燃料电池发动机模型进行控制的控制策略，对硬件在环设备中的燃料电池发动机模型进行故障注入；其中，控制策略输出能够控制燃料电池发动机模型的控制信号至硬件在环设备；硬件在环设备，具有实时处理器以及与控制器样机各引脚连接的接口；硬件在环设备上运行燃料电池发动机模型，燃料电池发动机模型通过硬件在环设备的接口与控制器样机通讯连接，能够将燃料电池发动机模型的响应信号以及故障信息发送至控制器样机；通过控制信号的有效性、故障注入后燃料电池发动机模型的故障信息以及燃料电池发动机模型与控制器样机通讯情况，对控制器样机中控制策略进行判断。2.根据权利要求1所述用于燃料电池发动机控制器的硬件在环测试系统，其特征在于：所述燃料电池发动机模型包括燃料电池电堆、氢气系统、空气系统、冷却系统、加湿系统和电气系统。3.根据权利要求1所述用于燃料电池发动机控制器的硬件在环测试系统，其特征在于，所述控制器样机包括如下硬件结构：CAN通讯电路，与硬件在环设备进行CAN通讯；低边驱动电路，用于在硬件在环设备对...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈睿杨，张国卿，袁红燕，汤浩南，孙震东，王健，桂旺胜，
申请(专利权)人：安徽理安极科技有限公司，
类型：发明
国别省市：