一种HIL测试系统的设计方法和HIL测试系统与流程

本发明涉及新能源汽车领域，特别涉及一种hil测试系统的设计方法和hil测试系统。

背景技术

随着石油资源制约压力增大及环境保护日显迫切，发展新能源汽车已成社会共识，混和动力新能源汽车也应运而生。并且，由于动力系统对混和动力新能源汽车的性能起着决定性作用，所以，实现对混和动力新能源汽车动力系统的hil(硬件在环)测试具有重要意义。

hil测试是新能源汽车整车控制策略v流程开发中系统集成测试重要的验证方式，基于hil测试系统实现。在现有技术中，hil测试系统大致可以分为两种。第一种hil测试系统适用于单控制器(如整车控制器、电池管理系统和电机控制器等)hil测试，检测对象为单个控制器，仅构建有用于模拟单个控制器的被测对象的被控对象模型，从而只能模拟单个控制器对应的被控对象的工作特性，而无法模拟其它控制器对应的被控对象的工作特性，进而无法实现多个控制器的联合hil测试，也就无法适用于需要多个控制器协同工作的混和动力新能源汽车动力系统hil测试。第二种hil测试系统适用于纯电动汽车大三电(电池、电机、电控)联合hil测试，虽然能够实现多个控制器的联合hil测试，但是，由于纯电动汽车不包括发动机，所以，第二种hil测试系统也没有构建用于模拟发动机及相关组件的被控对象模型，也就无法实现有关发动机控制器的hil测试，同样无法适用于具有纯电动、纯机动及发动机和电机混合驱动等多个工作模式的混和动力新能源汽车动力系统hil测试。

因此，如何使hil测试系统适用于混和动力新能源汽车动力系统hil测试是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种hil测试系统的设计方法和hil测试系统，能够使hil测试系统适用于混和动力新能源汽车动力系统hil测试。

为了解决上述技术问题，本发明提供的一种hil测试系统的设计方法，包括：

构建整车动力学模型和多个被控对象模型，其中，所述被控对象模型至少包括分别用于模拟发动机、动力耦合机构、电机和电池的发动机模型、动力耦合机构模型、电机模型和电池模型；

将所述整车动力学模型和各所述被控对象模型搭载至hil半实物仿真平台，并对所述hil半实物仿真平台进行接口配置以形成所述hil测试系统。

优选地，所述被控对象模型还包括：用于模拟变速器的变速器模型。

优选地，所述被控对象模型还包括：用于模拟变速器的变速器模型和用于模拟底盘系统的底盘系统模型。

优选地，所述被控对象模型还包括：用于模拟底盘系统的底盘系统模型。

优选地，在所述将所述整车动力学模型和各所述被控对象模型搭载至hil半实物仿真平台之前，还包括：

建立用于模拟与各所述被控对象对应的各控制器的虚拟控制器；

将单个所述虚拟控制器和对应的所述被控对象模型作为一个子系统进行子系统级的联合调试；

则对应的，所述将所述整车动力学模型和各所述被控对象模型搭载至hil半实物仿真平台具体为：将所述整车动力学模型和通过联合调试的各所述被控对象模型搭载至所述hil半实物仿真平台。

优选地，在所述将所述整车动力学模型和通过联合调试的各所述被控对象模型搭载至所述hil半实物仿真平台之前，还包括：

建立用于模拟整车控制器的虚拟整车控制器；

对所述虚拟整车控制器和通过联合调试的各所述子系统按照混和动力新能源汽车动力系统的架构进行集成，形成虚拟动力系统；

对所述虚拟动力系统进行动力系统级的联合调试；

则对应的，所述将所述整车动力学模型和通过联合调试的各所述被控对象模型搭载至所述hil半实物仿真平台具体为：将所述整车动力学模型和通过联合调试的所述虚拟动力系统搭载至所述hil半实物仿真平台。

优选地，在所述对所述hil半实物仿真平台进行接口配置以形成所述hil测试系统之后，还包括：

将所述虚拟整车控制器和各所述虚拟控制器对应切换为真实控制器，并对所述hil测试系统进行闭环调试。

为了解决上述技术问题，本发明提供的一种hil测试系统，包括hil半实物仿真平台，所述hil半实物仿真平台搭载有如上文所述的整车动力学模型和多个被控对象模型。

本发明提供的hil测试系统的设计方法，构建有整车动力学模型和至少包括发动机模型、动力耦合机构模型、电机模型和电池模型的多个被控对象模型，分别用于模拟车辆运行情景和发动机控制器、耦合机构控制器、电机控制器和电池管理系统的被控对象；将整车动力学模型和各被控对象模型都搭载至hil半实物仿真平台，可以使得hil半实物仿真平台能够模拟车辆运行情景及发动机、动力耦合机构、电机和电池的工作特性；对hil半实物仿真平台进行接口配置，能够建立被控对象模型与真实控制器的连接，从而使得最终形成的hil测试系统可以配合混和动力新能源汽车动力系统中发动机控制器、耦合机构控制器、电机控制器和电池管理系统的协同工作，进行虚拟车辆的纯电动、纯机动或发动机和电机的混合驱动的工作模式的切换，以此完成对混和动力新能源汽车动力系统的hil测试。可见，本设计方法能够使hil测试系统适用于混和动力新能源汽车动力系统hil测试。此外，本发明还提供了一种hil测试系统，效果如上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种hil测试系统的设计方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种p2构型插电式混合动力汽车动力系统的构型图；

图3为本发明实施例提供的一种适用于p2构型插电式混合动力汽车动力系统的hil测试系统的设计方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

本发明的目的是提供一种hil测试系统的设计方法和hil测试系统，能够使hil测试系统适用于混和动力新能源汽车动力系统hil测试。

为了使本领域的技术人员更好的理解本发明技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明实施例提供的一种hil测试系统的设计方法的流程图。如图1所示，本实施例提供的hil测试系统的设计方法，包括：

s10：构建整车动力学模型和多个被控对象模型。

其中，整车动力学模型用于模拟车辆运行情景，被控对象模型至少包括分别用于模拟发动机、动力耦合机构、电机和电池的发动机模型、动力耦合机构模型、电机模型和电池模型。并且，在步骤s10中构建的各模型均指工作机理模型，能够对真实的零部件及其传感器、执行器的工作特性进行模拟。

发动机、动力耦合机构、电机和电池是混和动力新能源汽车动力系统中核心控制器(发动机控制器、耦合机构控制器、电机控制器和电池管理系统)的被控对象，通过至少包括发动机模型、动力耦合机构模型、电机模型和电池模型的被控对象模型至少可以模拟发动机、动力耦合机构、电机和电池的工作特性，不仅为对混和动力新能源汽车动力系统中核心控制器根据发动机、电池及电机性能进行协调统一控制的hil测试提供了条件，而且，也为混和动力新能源汽车动力系统的纯电动、纯机动或发动机和电机混合驱动hil测试提供了基础。

并且，值得注意的是，由于发动机、动力耦合机构、电机和电池是混和动力新能源汽车动力系统中核心控制器(发动机控制器、耦合机构控制器、电机控制器和电池管理系统)的被控对象，所以通过发动机模型、动力耦合机构模型、电机模型和电池模型分别对发动机、动力耦合机构、电机和电池的模拟，可以实现混和动力新能源汽车动力系统基本的hil测试。

当然，可以理解的是，混和动力新能源汽车动力系统涉及的控制器除发动机控制器、耦合机构控制器、电机控制器和电池管理系统这些核心控制器外，还包括其它混和动力新能源汽车动力域涉及的电控部件，例如，变速箱控制器及底盘控制器等，本发明不再一一列举。因此，为了对混合动力新能源汽车动力系统进行更为全面的hil测试，在步骤s10中，还可以构建用于模拟变速箱控制器及底盘控制器等控制器的被控对象的被控对象模型，例如，变速器模型和底盘系统模型等，本发明对此不作限定。对于本实施例而言，只要保证在步骤s10中构建的被控对象模型至少包括发动机模型、动力耦合机构模型、电机模型和电池模型，就不会影响本实施例的实施。

另外，需要说明的是，整车动力学模型和多个被控对象模型具体可以利用pc机上的matlab/simulink软件进行构建，本发明对于整车动力学模型和多个被控对象模型构建方式不作限定。

s11：将整车动力学模型和各被控对象模型搭载至hil半实物仿真平台，并对hil半实物仿真平台进行接口配置以形成hil测试系统。

只有hil半实物仿真平台搭载有整车动力学模型和与真实控制器对应的被控对象模型，且真实控制器的外部电气接口与hil半实物仿真平台的电器接口相匹配，真实控制器才能通过hil半实物仿真平台与整车动力学模型和对应的被控对象模型实现对接。因此，为了使混和动力新能源汽车动力系统中的待测真实控制器能够通过hil半实物仿真平台与整车动力学模型和对应的被控对象模型实现对接，在步骤s11中，需要将构建好的整车动力学模型和各被控对象模型均搭载至hil半实物仿真平台，和为hil半实物仿真平台配置接口才能形成hil测试系统。其中，为hil半实物仿真平台配置接口的具体方法主要是在hil半实物仿真平台已搭载的环境模型中搭建对应的io接口模型和剩余总线网络仿真模型，详细过程可以参考现有的hil测试系统，本发明不再赘述。

通过执行步骤s10和步骤s11形成hil测试系统之后，混和动力新能源汽车动力系统中发动机控制器、耦合机构控制器、电机控制器和电池管理系统则可以通过真实的线束与hil半实物仿真平台连接，实现与hil半实物仿真平台已搭载的整车动力学模型、发动机模型、动力耦合机构模型、电机模型和电池模型的对接，从而使得发动机模型、动力耦合机构模型、电机模型和电池模型可以分别模拟发动机、动力耦合机构、电机和电池的工作特性，在混和动力新能源汽车动力系统中真实的发动机控制器、耦合机构控制器、电机控制器和电池管理系统的协同控制下，模拟真实车辆在整车动力学模型模拟的车辆运行情景中的运行状态，以对多个控制器的协同控制策略的合理性及混和动力新能源汽车动力系统的纯电动、纯机动或发动机和电机的混合驱动的工作模式是否可以平顺切换的情况进行验证，实现对混和动力新能源汽车动力系统的hil测试，进而能够通过将对驾驶员较为危险的实车故障注入测试、极限工况测试均前移到实车测试前的hil测试环节，达到尽量避免可能发生的安全事故的目的。同时，相比于适用于单控制器hil测试的第一种hil测试系统，该hil测试系统能够对多个控制器的协同控制策略的合理性进行验证，从而可以在hil测试环节确认混和动力新能源汽车动力系统中各子系统之间的交互配合是否存在问题，不仅可以减少问题遗漏，减轻实车测试的负担，而且，当确认存在问题时，也可以在hil测试系统中进行复现，达到降低问题整改成本和提高动力系统测试效率的目的。

综上所述，本实施例提供的hil测试系统的设计方法，构建有整车动力学模型和至少包括发动机模型、动力耦合机构模型、电机模型和电池模型的多个被控对象模型，分别用于模拟车辆运行情景和发动机控制器、耦合机构控制器、电机控制器和电池管理系统的被控对象；将整车动力学模型和各被控对象模型都搭载至hil半实物仿真平台，可以使得hil半实物仿真平台能够模拟车辆运行情景及发动机、动力耦合机构、电机和电池的工作特性；对hil半实物仿真平台进行接口配置，能够建立被控对象模型与真实控制器的连接，从而使得最终形成的hil测试系统可以配合混和动力新能源汽车动力系统中发动机控制器、耦合机构控制器、电机控制器和电池管理系统的协同工作，进行虚拟车辆的纯电动、纯机动或发动机和电机的混合驱动的工作模式的切换，以此完成对混和动力新能源汽车动力系统的hil测试。可见，本设计方法能够使hil测试系统适用于混和动力新能源汽车动力系统hil测试。

为了使hil测试系统能够对混合动力新能源汽车动力系统进行更为全面的hil测试，基于上述实施例，作为一种优选的实施方式，被控对象模型还包括：用于模拟变速器的变速器模型。

变速器为变速箱控制器的被控对象，变速箱控制器也属于混和动力新能源汽车动力系统中的控制器，因此，在本实施例中，构建至少包括发动机模型、动力耦合机构模型、电机模型、电池模型和变速器模型的多个被控对象模型，可以使hil测试系统对混合动力新能源汽车动力系统进行更为全面的hil测试。

同理，为了使hil测试系统能够对混合动力新能源汽车动力系统进行更为全面的hil测试，基于本发明提供的第一个实施例，作为一种优选的实施方式，被控对象模型还包括：用于模拟底盘系统的底盘系统模型。

底盘系统为底盘控制器的被控对象，底盘控制器也属于混和动力新能源汽车动力系统中的控制器，因此，在本实施例中，构建至少包括发动机模型、动力耦合机构模型、电机模型、电池模型和底盘系统模型的多个被控对象模型，可以使hil测试系统对混合动力新能源汽车动力系统进行更为全面的hil测试。

当然，为了使hil测试系统在对混合动力新能源汽车动力系统进行hil测试时，达到更好的测试效果，基于本发明的第二个实施例，作为一种优选的实施方式，被控对象模型还包括：用于模拟底盘系统的底盘系统模型。即在本实施例中，构建至少包括发动机模型、动力耦合机构模型、电机模型、电池模型、变速器模型和底盘系统模型的多个被控对象模型，从而能够使hil测试系统对混合动力新能源汽车动力系统进行更为全面的hil测试。

为了提升hil测试系统的可靠性，基于上述实施例，作为一种优选的实施方式，在将整车动力学模型和各被控对象模型搭载至hil半实物仿真平台之前，还包括：

建立用于模拟与各被控对象对应的各控制器的虚拟控制器；

将单个虚拟控制器和对应的被控对象模型作为一个子系统进行子系统级的联合调试；

则对应的，将整车动力学模型和各被控对象模型搭载至hil半实物仿真平台具体为：将整车动力学模型和通过联合调试的各被控对象模型搭载至hil半实物仿真平台。

其中，对子系统进行子系统级的联合调试即为：在pc机上对各子系统进行离线集成和闭环调试。优选地，各子系统通过联合调试的标准为：各子系统在不报故障的情况下，可以实现各子系统的基本功能。

在本实施例中，在将整车动力学模型和各被控对象模型搭载至hil半实物仿真平台之前，建立了用于模拟与被控对象对应的控制器的虚拟控制器，并将一个虚拟控制器和对应的被控对象模型作为了一个子系统进行子系统的联合调试，则对应的，将整车动力学模型和通过联合调试的各被控对象模型搭载至hil半实物仿真平台。如此，在测试系统形成之前，各子系统就通过了联合调试，从而能够保证被控对象模型的可靠性，进而提高最终形成的hil测试系统的可靠性。

为了进一步提升hil测试系统的可靠性，基于上述实施例，作为一种优选的实施方式，在将整车动力学模型和通过联合调试的各被控对象模型搭载至hil半实物仿真平台之前，还包括：

建立用于模拟整车控制器的虚拟整车控制器；

对虚拟整车控制器和通过联合调试的各子系统按照混和动力新能源汽车动力系统的架构进行集成，形成虚拟动力系统；

对虚拟动力系统进行动力系统级的联合调试；

则对应的，将整车动力学模型和通过联合调试的各被控对象模型搭载至hil半实物仿真平台具体为：将整车动力学模型和通过联合调试的虚拟动力系统搭载至hil半实物仿真平台。

其中，对虚拟动力系统进行动力系统级的联合调试即为：在pc机上对虚拟动力系统进行离线集成和闭环调试。优选地，虚拟动力系统通过联合调试的标准为：虚拟动力系统在不报故障的情况下，虚拟车辆可以在pc机中正常运行。

在本实施例中，在将整车动力学模型和通过联合调试的各被控对象模型搭载至hil半实物仿真平台之前，建立了用于模拟整车控制器的虚拟整车控制器，并对虚拟整车控制器和通过联合调试的各子系统按照混和动力新能源汽车动力系统的架构集成的虚拟动力系统进行动力系统级的联合调试，则对应的，将整车动力学模型和通过联合调试的各被控对象模型搭载至hil半实物仿真平台具体为：将整车动力学模型和通过联合调试的虚拟动力系统搭载至hil半实物仿真平台。如此，在测试系统形成之前，虚拟动力系统就通过了联合调试，从而能够进一步保证被控对象模型的可靠性，进而进一步提高最终形成的hil测试系统的可靠性。

为了进一步提升hil测试系统的可靠性，基于上述实施例，作为一种优选的实施方式，在对hil半实物仿真平台进行接口配置以形成hil测试系统之后，还包括：

将虚拟整车控制器和各虚拟控制器对应切换为真实控制器，并对hil测试系统进行闭环调试。

在本实施例中，在初步形成hil测试系统之后，还将虚拟整车控制器和各虚拟控制器对应切换为真实控制器，对初步形成的hil测试系统进行闭环调试，可以进一步提高提升hil测试系统的可靠性。

为了使本领域的技术人员能够更好地理解本发明提供的技术方案，下面结合附图，以设计适用于p2构型插电式混合动力汽车动力系统的hil测试系统为例进行详细说明。

图2为本发明实施例提供的一种p2构型插电式混合动力汽车动力系统的构型图，图3为本发明实施例提供的一种适用于p2构型插电式混合动力汽车动力系统的hil测试系统的设计方法的流程图。

如图2所示，p2构型插电式混合动力汽车动力系统包括：内燃式发动机20、发动机离合器21、电动机22、双离合器变速箱23、动力电池包24、整车控制器(简称vcu)25、发动机管理系统(简称ems)26、发动机离合器控制器(简称acu)27、电动机控制器(简称ipu)28、双离合器变速箱控制器(简称tcu)29、电池管理系统(简称bms)30、集成化电子驻车制动系统(简称epbi)31和车轮32。其中，集成化电子驻车制动系统31相当于上文提到的底盘控制器，集成化电子驻车制动系统的被控对象为制动系统，相当与上文提到的底盘系统。

如图3所示，适用于p2构型插电式混合动力汽车动力系统的hil测试系统的设计方法包括：

s30：构建整车动力学模型及被控对象模型。

在pc机上使用matlab/simulink软件，构建p2构型的插电式混动汽车动力系统整车动力学模型及被控对象模型，被控对象模型包括：发动机模型、耦合机构模型、电机模型、电池模型、变速器模型、底盘系统模型，各模型都是工作机理模型，能够对真实零部件及其传感器、执行器的工作特性进行仿真模拟。

s31：建立用于模拟控制器的虚拟控制器。

在pc机上使用matlab/simulink软件，建立用于模拟需要进行联合hil测试的各控制器的虚拟控制器，虚拟控制器包括：虚拟发动机控制器、虚拟耦合机构控制器、虚拟电机控制器、虚拟电池管理系统、虚拟变速箱控制器、虚拟集成化电子驻车制动系统、虚拟整车控制器。

s32：各虚拟控制器与其被控对象进行子系统级的联合调试。

在pc机上使用matlab/simulink软件，对单个的虚拟控制器及其被控对象模型进行离线闭环调试，各子系统离线闭环调试包括：虚拟发动机控制器与发动机模型的离线闭环调试、虚拟耦合机构控制器与耦合机构模型的离线闭环调试、虚拟电机控制器与电机模型的离线闭环调试、虚拟电池管理系统与电池模型的离线闭环调试、虚拟变速箱控制器与变速器模型的离线闭环调试、虚拟集成化电子驻车制动系统与制动系统模型的离线闭环调试。其中，各子系统离线闭环调试通过的标准为：各子系统不报故障，可以实现各子系统基本的功能。

s33：利用虚拟整车控制器进行动力系统级联合调试。

在pc机上使用matlab/simulink软件，对全部虚拟控制器及被控对象模型按照动力系统架构进行集成和仿真调试，在此步骤中，需要将虚拟整车控制器与各完成调试的子系统进行离线闭环调试，以完成整个动力系统在pc机环境中的联合调试，整个虚拟车辆可在pc机中运行。其中，动力系统级联合调试通过的标准为：动力系统中涉及到的全部虚拟控制器及被控对象模型联合调试后不报任何故障，虚拟车辆可以在pc机中正常运行。

s34：将调试通过的虚拟车辆环境切换至hil半实物仿真平台，并进行接口配置，以形成初步的hiil测试系统。

在该步骤中，可以通过在环境模型中搭建io接口模型和剩余总线网络仿真模型进行接口配置，接口配置完成后，可以将各虚拟控制器全部对应切换为各真实控制器，即真实控制器与hil半实物仿真平台通过真实的线束进行连接。

s35：对初步形成的hiil测试系统进行调试。

对初步形成的hiil测试系统进行调试指将各虚拟控制器全部对应切换为各真实控制器进行联合调试。此时，由于在执行步骤s33时，在pc机环境中已经利用虚拟整车控制器进行了动力系统级联合调试，因此，在hil半实物仿真环境中的闭环调试时间将会被有效节约。在步骤s35中通过调试的hiil测试系统即为最终形成的hiil测试系统，能够适用于p2构型插电式混合动力汽车hil测试系统的hiil测试，且可靠性较高。

上文对于本发明提供的一种hil测试系统的设计方法的实施例进行了详细的描述，本发明还提供了一种hil测试系统，由于该hil测试系统部分的实施例与方法部分的实施例相互照应，因此该hil测试系统部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。

本实施例提供的hil测试系统包括hil半实物仿真平台，且hil半实物仿真平台搭载有如上文所述的整车动力学模型和多个被控对象模型，所以本hil测试系统具有与上述任一种hil测试系统的设计方法相同的实际效果。

以上对本发明所提供的一种hil测试系统的设计方法和hil测试系统进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列的要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。