一种新能源整车异构网络仿真器及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及汽车电子与汽车通信领域，特别涉及一种新能源整车异构网络仿真器及控制方法。
【背景技术】
[0002]随着国际上能源紧张和环境污染问题的日益恶化，发展新能源汽车是有效缓解能源和环境压力的必然选择。现代新能源汽车电控系统的功能越来越复杂，产品更新速度也越来越快，理所当然就要求电控单元开发周期越来越短。传统的串行模式开发方法已难以满足汽车电控系统软件开发的要求。
[0003]在传统的串行模式开发方法下，首先需要根据需求进行相应的功能定义，然后进行硬件设计，使用C语言进行面向硬件的代码编写，然后完成软硬件和外部接口集成，最后进行系统测试。通过在系统调试过程中去发现问题，如果硬件电路出现问题，则必须重新硬件设计来解决，然后对软件做相应修改。这样下去，就必然导致花很长时间才得以验证，且开发周期过长。
[0004]而且，新能源汽车总线越来越复杂，传统的单一网络已逐渐淘汰并不能适应社会的发展需求，需要一个平台控制器能够支持复杂异构网络，同时，由于平台控制器上提供丰富的外设端口，外连各类子系统网络，需要高速实现并行任务的运行，急需采用多核单片机的电控系统。所以，这就需要一种新能源整车异构网络仿真器，实现整车产品的测试和验证。
【发明内容】
[0005]本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种新能源整车异构网络仿真器，基于配有多核单片机为主控芯片的控制与通信电路，实现面向异构网络的网关控制功能，高速完成CAN、LIN、Ethernet、USB、SPI等不同总线网络间的消息转换，对整车车载网络进行监控，对新能源车电气子系统构成的异构网络进行全局优化。
[0006]本发明的另一目的在于，提供一种新能源整车异构网络仿真器的控制方法。
[0007]为了达到上述第一目的，本发明采用以下技术方案:
[0008]一种新能源整车异构网络仿真器，包括多核单片机、E⑶功率输出驱动电路、E⑶信号调理输入电路、E⑶标准输入/输出接口 GP10、CAN接口、LIN接口、SPI接口、以太网接口以及USB接口 ；所述多核单片机上的SPI接口、USB接口、以太网接口、CAN接口、LIN接口通过物理网络相联；ECU功率输出驱动电路与多核单片机的ECU标准输入/输出接口 GP1相连，ECU信号调理输入电路与多核单片机的模/数转换通道相连。
[0009]作为优选的，所述多核单片机为F28M35X，所述F28M35X内部由C2000子系统与ARMCortex M子系统构成，C2000子系统与ARM Cortex M子系统通过片内的IPC RAM共享信息。
[0010]作为优选的，所述异构网络仿真器包括二路CAN、二路LIN、二路SP1、一路Ethernet以及一路USB的通讯接口。
[0011]作为优选的，根据需求在MATLAB/Simulink环境下建立整个系统的仿真模型，依据子系统各部件动态运行规律的微分方程及模拟算法，模拟出相应子系统的传感器信号；并将自定义的高层协议库加载到对应的仿真需求模型中；通过自动代码生成技术从Simulink模型中生成可在自定义的硬件目标下运行的代码，再通过编译链接，将可执行代码下载到目标板中，从而将仿真模型替代实物控制器和总线子系统，实现整车系统的半实物仿真。
[0012]作为优选的，异构网络仿真器，可实现多个核间的模拟仿真系统的实时并行运行，C28x核上模仿BMS的SPI通信，体现电池BMS的运行状态；CAN_A上模拟运行电机控制器；CAN_B上模拟运行发动机控制器；LIN上模拟运行车身控制器，通过仿真模块替代实物，实时仿真各电气子系统的运行，检测外部新能源车各控制子系统的协调运行，实现整车产品联合测试。
[0013]作为优选的，所述异构网络仿真器上通过并行运行KWP2000协议和J1939协议，完成CAN总线上的车载网络诊断和消息的通信。
[0014]为了达到上述第二目的，本发明采用以下技术方案:
[0015]一种新能源整车异构网络仿真器的控制方法，包括下述步骤:
[0016](I)根据需求在MATLAB/Simulink环境下建立控制系统的纯仿真模型，并完成数学仿真模型定型；
[0017](2)根据第(I)步完成的数学仿真模型，通过对模型进行修改、设计定型、将模型中部分数学化的模型用实物代替作半实物实时仿真，原来的用数学方法表达的输入、输出信号模型用实际的I/o板替换，然后对硬件目标进行描述；即完成异构网络仿真器上部分子系统的模拟仿真，为实现整车系统的半实物仿真打下基础；
[0018](3)将自定义的高层协议库，并将自定义的协议加载到MATLAB中的集成库里；
[0019](4)通过自动代码生成技术从Simulink模型中生成可在自定义的硬件目标下运行的代码，再通过编译链接，将可执行代码下载到目标板中，即的异构网络仿真器中，由多核单片机实时计算各仿真模型，并可以在线修改数学仿真模型，最后确定模型，实现异构网络的总线仿真，完成了整车系统的半实物仿真，验证异构网络仿真器的性能和各子系统协调正常运行。
[0020]作为优选的，步骤⑴中，所述纯仿真模型包括发动机控制模型、BMS模型、电机控制模型、车身控制模型等仿真模型。
[0021]作为优选的，步骤(2)中，采用代码生成器根据Simulink模型、数据文档和领域规则等信息生成嵌入式分布控制系统代码；所述数据文档包括控制系统中关键参数及中间状态的数据描述信息；所述领域规则由系统模型中的模块间连接信息或者正则表达式表述，并封装在生成的程序中。
[0022]作为优选的，步骤(3)中，所述高层协议包括KWP2000、J1939及XCP协议。
[0023]本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:
[0024](I)本发明采用F28M35X多核单片机，使异构网络仿真器具有丰富的异构网络连接能力，实时获取电动车内与车外的信息，从而协调控制电动车，使之处于最优运行状态。
[0025](2)本发明自动代码生成更加有效的代码重用，仅依赖于代码生成的模板、模型或者其它文件，代码质量较为一致，且解决的问题是直接面向问题域，使得用户能够将精力集中在设计上而不是编写C代码上。
[0026](3)本发明基于多核MCU的异构网络仿真器，可实现多个模拟仿真系统的实时并行运行，模拟仿真BMS系统运行的同时，还模拟仿真发动机的运行；也可以运行J1939通讯协议的同时，还运行KWP2000协议，通讯高效，大大满足实时性要求。
[0027](4)本发明新能源汽车异构网络仿真器，可修改参数达到理想控制器的动态特性、静态特性和非线性因素，从而模拟控制器的各种运行状况；同时也可以模拟仿真出控制器故障，验证J1939协议和KWP2000协议的功能，完善协议的集成。
【附图说明】
[0028]图1是异构网络仿真器与整车各电气子系统连接示意图；
[0029]图2是异构网络仿真器具体实现过程示意图；
[0030]图3是异构网络仿真器内部结构图；
[0031]图4是异构网络仿真器内部功能模块图；
[0032]图5是以电池组温度为例的故障模拟原理示意图；
[0033]图6是异构网络仿真器多核并发运行工作原理流程图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0035]实施例
[0036]如图1所示，一种面向异构网络仿真器与整车各电气子系统，包括TI公司Concert系列多核单片机F28M35x (C2000核+ARM核)、E⑶功率输出驱动与信号调理输入电路、E⑶标准输入/输出接口 GP1、CAN接口、LIN接口、SPI接口、以太网接口以及USB接口。所述单片机上的SP1、USB,以太网、CAN、LIN物理网络相联。E⑶功率输出驱动电路与单片机的通用输入/输出接口(GP1)相连，E⑶信号调理模拟输入电路与单片机的模/数转换通道相连。
[0037]所述多核单片机为F28M35X，其内部由C2000子系统与ARM Cortex M子系统构成。电动车整车各个电气系统的信息都实时汇集到该多核单片机的各个子核上。C2000与ARM通过片内的IPC RAM共享信息，具有丰富的网关管理能力，从而协调控制电动车上电机、电池、辅助电气、发动机等相关电气系统。
[0038]如图2所示，异构网络仿真器具体实现过程示意图。首先在MATLAB/Simulink环境下，基于基本组件模块库，添加电机、发动机、BMS、车身控制仿真模块，以及高层协议库KWP2000和J1939协议，建立纯数学仿真模型，根据需求将模型中部分数学化的模型用实物代替，实现半实物实时仿真，而模拟发动机、电机、BMS、车身等控制单元的实时并行运行。在搭建系统模型后，通过自动代码生成技术从Simulink模型中生成可在自定义的硬件目标下运行的代码，代码生成器根据Simulink模型、数据文档和领域规则