本发明涉及硬件在环实验平台开发领域，具体是一种插电式混合动力汽车能量管理实验平台。
背景技术
随着汽车保有量的增加，石油资源大量消耗，造成了能源危机及环境污染。针对上述问题，有效的解决途径之一是发展节能环保的插电式混合动力汽车(phev)，而能量管理策略是插电式混合动力汽车的核心技术之一，其优劣直接影响整车的经济性及排放性能。
目前研究较多的能量管理策略主要包括以下三种：基于规则的能量管理策略、基于瞬时优化的能量管理策略、基于全局优化的能量管理策略，但都有一定的不足。在上述研究的基础上，部分学者提出了基于全局信息的瞬时优化能量管理策略，该策略基于全局道路及交通信息，将全局优化结果作为瞬时优化的参考，提高了瞬时优化能量管理策略的全局能量分配效果。
为了对能量管理策略的有效性进行验证，需要进行硬件在环实验或实车道路试验，但由于国内its等技术的不成熟，全局道路信息及全局交通信息获取难度较大，因此相关实验平台开发难度较大。
技术实现要素：
本发明的目的是解决现有技术中存在的问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种插电式混合动力汽车能量管理实验平台，主要包括虚拟场景系统、整车控制系统、实时仿真系统、数据监测系统和驾驶员操作系统。
所述虚拟场景系统模拟实验车运行线路。所述实验车运行线路上主要包括行进或停靠的一辆实验车和若干辆交通浮动车。
所述实验车为插电式混合动力汽车。
所述虚拟场景系统实时获取实验车和所有交通浮动车的全局道路信息和全局交通信息。
所述全局道路信息主要包括实验车运行线路的行驶总里程、实验车运行线路的道路坡度、实验车运行线路道路阻力系数和实验车实时位置的天气信息。
所述全局交通信息主要包括实验车平均车速、最大车速、最大加速度、车速标准差和行驶里程。
所述整车控制系统根据全局道路信息和全局交通信息控制实验车的汽车档位、实验车发动机转矩、实验车发动机转速、实验车电机转矩和实验车电机转速。
所述整车控制系统监控实验车的电池能量状态，并根据实验车的汽车档位和实验车发动机转矩，对实验车的电池能量进行管理和规划。
所述整车控制系统主要包括控制器和控制策略。
所述控制器主要包括电源模块、时钟模块、存储模块、模拟信号采集模块、数字信号采集模块、数字信号输出模块、核心控制芯片、高速can总线收发模块、低速can总线收发模块和故障诊断模块。
所述电源模块为控制器供电。
所述时钟模块显示当前时间。
所述存储模块暂时存储部分控制策略数据和车速数据。
所述模拟信号采集模块采集实验车加速踏板模拟信号、实验车制动踏板模拟信号和实验车实时车速模拟信号后，将采集的模拟传送到核心控制芯片中。
所述数字信号采集模块采集实验车钥匙位置数字信号、实验车档位开关数字信号和实验车运行模式数字信号后，将采集的数字信号传送到核心控制芯片中。
所述核心控制芯片对接收到的所有信号进行处理，从而得到实验车档位开关控制数字信号、实验车电池充电控制数字信号和实验车动力附件控制数字信号，并通过数字信号输出模块传送到实时仿真系统中。
所述实验车动力附件主要包括散热子系统和空调子系统。
所述核心控制芯片通过高速can总线收发模块接收和处理实时仿真系统发送的实验车自动变速箱控制单元tcu、实验车电控单元ecu和实验车的微控制单元mcu的当前数据，从而产生实验车的自动变速箱控制单元tcu的控制信号、实验车的电控单元ecu的控制信号和实验车的微控制单元mcu的控制信号。
所述核心控制芯片通过高速can总线收发模块，分别将对应的控制信号传送给实验车的自动变速箱控制单元tcu、实验车的电控单元ecu和实验车的微控制单元mcu。
所述核心控制芯片通过低速can总线收发模块与数据监视模块、故障诊断模块和充电设备进行数据交互。
数据监视模块显示控制参数信息及车辆运行状态信息。
所述故障诊断模块接收所述核心控制芯片的数据，并对实验车进行故障诊断。
所述控制策略控制控制器的运行。
所述实时仿真系统主要包括实时仿真器和动力传动系统模型。
所述实时仿真器存储动力传动系统模型的数据。
所述动力传动系统模型接收整车控制系统核心控制芯片的数据，从而模拟实验车的运行状态。
所述动力传动系统模型根据实验车的运行状态数据，建立发动机模型、电机模型、电池模型和传动系统模型。
所述运行状态数据主要包括发动机油耗和电机效率。
所述实验车的运行状态数据主要包括发电机扭矩、电池荷电状态和车速。
所述数据监测系统实时监控和存储所述动力传动系统模型的数据。
所述数据监测系统标定实验车控制参数。
所述控制参数主要包括发动机转矩、发动机转速、电机转速、电机转矩和变速器档位。
所述驾驶员操作系统主要包括实验车转向盘、实验车制动踏板和实验车加速踏板。
所述转向盘根据标定的实验车控制参数控制实验车方向，并将实验车转向信息通过can总线发送给虚拟场景系统。
所述制动踏板根据实验车控制参数降低实验车车速或控制实验车停止，并将实验车减速信息或停止信息通过i/o接口发送给整车控制系统。
所述加速踏板根据实验车控制参数增加实验车车速，并将实验车加速信息通过i/o接口发送给整车控制系统。
所述虚拟场景系统通过can总线和整车控制系统进行数据交互。所述虚拟场景系统通过can总线和实时仿真系统进行数据交互。所述虚拟场景系统通过can总线和驾驶员操作系统进行数据交互。
所述整车控制系统通过can总线和i/o接口与实时仿真系统进行数据交互。
所述数据监测系统通过以太网和实时仿真系统进行数据交互。
所述驾驶员操作系统通过i/o接口和整车控制系统进行数据交互。
本发明的技术效果是毋庸置疑的。本发明提出的一种插电式混合动力汽车能量管理实验平台，能够获取能量管理所需道路、交通、驾驶员意图及行驶工况等信息，进而对插电式混合动力汽车能量进行有效管理。
附图说明
图1为实验平台示意图；
图2为prescan-vissim联合仿真示意图；
图3为整车控制器功能结构图；
图4为数据监测系统界面示意图；
图5为驾驶员操作系统示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
参见图1至图5，一种插电式混合动力汽车能量管理实验平台，主要包括虚拟场景系统1、整车控制系统2、实时仿真系统3、数据监测系统4和驾驶员操作系统5。
所述虚拟场景系统1模拟实验车运行线路。所述实验车运行线路上主要包括行进或停靠的一辆实验车和若干辆交通浮动车。
所述实验车为插电式混合动力汽车。交通浮动车为行驶在实验车运行线路上的，除实验车以外的所有车辆。交通浮动车不限车辆类型。
实验车的动力源主要包括发动机、驱动电机和动力传动耦合器，其中，所述动力传动耦合器用于将发动机、驱动电机进行机电耦合并将动力输出以驱动车辆。
所述虚拟场景系统1实时获取实验车和所有交通浮动车的全局道路信息和全局交通信息。
所述全局道路信息主要包括实验车运行线路的行驶总里程、实验车运行线路的道路坡度、实验车运行线路道路阻力系数和实验车实时位置的天气信息。
所述全局交通信息主要包括实验车平均车速、最大车速、最大加速度、车速标准差和行驶里程。
所述整车控制系统2根据全局道路信息和全局交通信息控制实验车的汽车档位、实验车发动机转矩、实验车发动机转速、实验车电机转矩和实验车电机转速。
汽车档位包括泊车档、倒车档、空档、前进档,也称驱动档
p——parking，泊车档。当你停车不用时，档位在此，此时车轮处于机械抱死状态，可以防止溜动。r——peversegear，倒车档。倒车时用。n——none，空档。暂时停车时(如红灯)，用此档位。注意，此档位表示空档，为防止车辆在斜坡上溜动，一定要踩着刹车。d——前进档,也称驱动档。
所述整车控制系统2监控实验车的电池能量状态，并根据实验车的汽车档位和实验车发动机转矩，对实验车的电池能量进行管理和规划。
所述整车控制系统2主要包括控制器和控制策略。
所述控制器主要包括电源模块、时钟模块、存储模块、模拟信号采集模块、数字信号采集模块、数字信号输出模块、核心控制芯片、高速can总线收发模块、低速can总线收发模块和故障诊断模块。
所述电源模块为控制器供电。
所述时钟模块显示当前时间。
所述存储模块暂时存储部分控制策略数据和车速数据。
所述模拟信号采集模块采集实验车加速踏板模拟信号、实验车制动踏板模拟信号和实验车实时车速模拟信号后，将采集的模拟传送到核心控制芯片中。
所述数字信号采集模块采集实验车钥匙位置数字信号、实验车档位开关数字信号和实验车运行模式数字信号后，将采集的数字信号传送到核心控制芯片中。
所述核心控制芯片对接收到的所有信号进行处理，从而得到实验车档位开关控制数字信号、实验车电池充电控制数字信号和实验车动力附件控制数字信号，并通过数字信号输出模块传送到实时仿真系统3中。
所述实验车动力附件主要包括散热子系统和空调子系统。
所述核心控制芯片通过高速can总线收发模块接收和处理实时仿真系统发送的实验车自动变速箱控制单元tcu、实验车电控单元ecu和实验车的微控制单元mcu的当前数据，从而产生实验车的自动变速箱控制单元tcu的控制信号、实验车的电控单元ecu的控制信号和实验车的微控制单元mcu的控制信号。
电控单元(ecu)是电子控制燃油喷射系统的核心控制元件。ecu实际上是一个微型计算机，它一方面接收来自传感器的信号，另一方面完成对这些信息的处理，并发出相应的控制指令来控制执行元件的正确动作，这样，发动机的性能、燃油消耗和废气排放都可保持在最佳状态。除此之外，电控单元还有自动切断电动汽油泵电路的功能，如减速断油控制就是当汽车在高速行使中突然松开油门踏板减速时(强制怠速工况)，由计算机自动中断燃油喷射，直至发动机转速下降到设定的低转速时再恢复喷油。其目的是为了控制急减速时有害物的排放减少燃油消耗，促使发动机转速尽快下降，有利于汽车减速。在冷车启动后，若发动机尚未暖车即让汽车行驶，电控单元还有限制转速迅速升高的功能，以防止发动机气缸在冷车时过度磨损。
tcu(transmissioncontrolunit)为自动变速箱控制单元，常用于amt、at、dct、cvt等自动变速器。实现自动变速控制，使驾驶更简单。主要功能包括：目标档位(速比)决策、执行机构控制、故障诊断和故障处理等
微控制单元mcu(microcontrollerunit)，又称单片微型计算机(singlechipmicrocomputer)或者单片机，是把中央处理器(centralprocessunit；cpu)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(timer)、usb、a/d转换、uart、plc、dma等周边接口，甚至lcd驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。
所述核心控制芯片通过高速can总线收发模块，分别将对应的控制信号传送给实验车的自动变速箱控制单元tcu、实验车的电控单元ecu和实验车的微控制单元mcu。
所述核心控制芯片通过低速can总线收发模块与数据监视模块、故障诊断模块和充电设备进行数据交互。
数据监视模块显示控制参数信息及车辆运行状态信息。
所述故障诊断模块接收所述核心控制芯片的数据，并对实验车进行故障诊断。
所述控制策略控制控制器的运行。
所述实时仿真系统3主要包括实时仿真器和动力传动系统模型。
所述实时仿真器存储动力传动系统模型的数据。
所述动力传动系统模型接收整车控制系统2核心控制芯片的数据，从而模拟实验车的运行状态。
所述动力传动系统模型根据实验车的运行状态数据，建立发动机模型、电机模型、电池模型和传动系统模型。
所述运行状态数据主要包括发动机油耗、电机效率等数据。
发动机模型、电机模型、电池模型和传动系统模型均采用传统的数值建模的方法进行建模。
所述实验车的运行状态数据主要包括发电机扭矩、电池荷电状态和车速。
所述数据监测系统4实时监控和存储所述动力传动系统模型的数据。
所述数据监测系统4标定实验车控制参数。
所述控制参数主要包括发动机转矩及转速、电机转速及转矩、变速器档位
所述驾驶员操作系统5主要包括实验车转向盘、实验车制动踏板和实验车加速踏板。
所述驾驶员操作系统5主要包括现有插电式混合动力汽车的驾驶室操作涉及的所有结构，如转向盘、转向灯、开关、制动踏板、加速踏板等。
所述转向盘根据标定的实验车控制参数控制实验车方向，并将实验车转向信息通过can总线发送给虚拟场景系统1。
所述制动踏板根据实验车控制参数降低实验车车速或控制实验车停止，并将实验车减速信息或停止信息通过i/o接口发送给整车控制系统2。
所述加速踏板根据实验车控制参数增加实验车车速，并将实验车加速信息通过i/o接口发送给整车控制系统2。
所述虚拟场景系统1通过can总线和整车控制系统2进行数据交互。所述虚拟场景系统1通过can总线和实时仿真系统3进行数据交互。所述虚拟场景系统1通过can总线和驾驶员操作系统5进行数据交互。
所述整车控制系统2通过can总线和i/o接口与实时仿真系统3进行数据交互。
所述数据监测系统4通过以太网和实时仿真系统3进行数据交互。
所述驾驶员操作系统5通过i/o接口和整车控制系统2进行数据交互。
实施例2：
一种使用插电式混合动力汽车能量管理实验平台的方法，主要包括以下步骤：
1)搭建插电式混合动力汽车能量管理实验平台。
2)虚拟场景系统1模拟实验车运行线路，使得一辆实验车和若干辆交通浮动车行驶在实验车线路中。虚拟场景系统1实时获取实验车和所有交通浮动车的全局道路信息和全局交通信息。
3)驾驶员操作系统5对实验车的车速和方向进行控制，并将车速数据通过i/o口输入到整车控制系统2中，将转向数据输入到虚拟场景系统1中。
4)整车控制系统2根据全局道路信息、全局交通信息和车速数据，对实验车进行能量管理、档位优化、电池监控和转矩协调，并产生转矩转速分配信号和档位选择信号。
整车控制系统2将转矩转速分配信号和档位选择信号通过can总线发送到实时仿真系统3中。
5)实时仿真系统3接收和处理整车控制系统2发送的信号，从而建立动力传动系统模型，并产生ecu数据信息、bcu数据信息、tcu数据信息和车载传感器数据。
实时仿真系统3将ecu数据信息、bcu数据信息、tcu数据信息通过can总线发送到整车控制系统2中。实时仿真系统3将车载传感器数据通过i/o口发送到整车控制系统2中。
6)数据监测系统4通过以太网实时监测实时仿真系统3的数据。
7)当数据监测系统4监测到实时仿真系统3的数据发生变化时，实时仿真系统3和整车控制系统2进行数据交互。
8)根据整车控制系统2更新的能量管理信号、档位优化信号、电池监控信号和转矩协调信号对虚拟场景系统1和驾驶员操作系统5进行调控，从而实现对插电式混合动力汽车的能量管理。