基于NI CompactRIO混合動(dòng)力轎車整車標(biāo)定系統(tǒng)的開發(fā)

　　挑戰(zhàn)：針對混合動(dòng)力汽車的特性，開發(fā)了基于NI CompactRIO的混合動(dòng)力汽車整車標(biāo)定系統(tǒng)，在臺(tái)架及整車調(diào)試階段，可以利用該系統(tǒng)對整車控制器內(nèi)部的標(biāo)定參數(shù)變量進(jìn)行在線修改，以達(dá)到優(yōu)化整車各項(xiàng)性能的目的。

　　應(yīng)用方案：使用NI公司的CompactRIO實(shí)時(shí)控制器、Labview Real-Time、Labview FPGA、Labview RIO和Labview Real-Time Application工具來開發(fā)該自動(dòng)化測試系統(tǒng)。

　　使用的產(chǎn)品：

　　Labview 8.5 軟件開發(fā)平臺(tái)
　　Labview Real-Time模塊
　　Labview FPGA模塊
　　Labview RIO模塊
　　NI CompactRIO-9014 帶128MB
　　DRAM的實(shí)時(shí)控制器
　　NI CompactRIO-9104 8槽可再配置
　　嵌入式機(jī)箱
　　NI 9853 2-Port High-Speed CAN Module

　　介紹

　　混合動(dòng)力汽車融合了傳統(tǒng)車和電動(dòng)汽車的優(yōu)勢，其做為較成熟的新能源力量，已經(jīng)得到廣泛的發(fā)展。其整車控制器(VCU)用于實(shí)現(xiàn)整車能量管理和動(dòng)力系統(tǒng)控制，是混合動(dòng)力車的控制中樞。VCU中的控制參數(shù)是實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力車性能的關(guān)鍵因素之一，必須進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化和標(biāo)定工作。

　　車用電控單元標(biāo)定是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，一方面是由于被控系統(tǒng)工作狀況的復(fù)雜性;另一方面是許多控制參數(shù)之間存在著影響。電控單元的運(yùn)行參數(shù)和控制參數(shù)的優(yōu)化需要使用專門的工具進(jìn)行分析和修改，于是誕生了電控單元的標(biāo)定系統(tǒng)。標(biāo)定系統(tǒng)的選用關(guān)系到標(biāo)定質(zhì)量、標(biāo)定時(shí)間和標(biāo)定成本。因此選用一個(gè)完善、適用的電控單元標(biāo)定系統(tǒng)是電控系統(tǒng)開發(fā)成功的關(guān)鍵因素之一。綜合以上因素，最終選擇了NI CompactRIO系統(tǒng)，在此平臺(tái)之上開發(fā)混合動(dòng)力汽車整車標(biāo)定系統(tǒng)，其小巧的外形可放置在車廂任何空余位置而不影響整車空間;堅(jiān)固的設(shè)計(jì)使得在汽車行駛工況比較惡劣的情況下依然可以穩(wěn)定的運(yùn)行;抗干擾措施可以消除行車過程中各種干擾對系統(tǒng)的影響;Labview圖形化編程語言將工程師從復(fù)雜的編程工作中解放出來，大大縮短了開發(fā)周期;內(nèi)置信號調(diào)理的可熱插播I/O模塊使得系統(tǒng)的開放性和靈活性增強(qiáng)，并且工程師可以訪問到底層的硬件資源。

　　混合動(dòng)力汽車設(shè)計(jì)方案

　　本文所研究的單軸并聯(lián)式混合動(dòng)力方案是一種前置前驅(qū)的中度混合形。經(jīng)過大量的方案選型和設(shè)計(jì)，集成發(fā)動(dòng)機(jī)、ISG電機(jī)、超級電容和雙離合器等部件。將盤式一體化ISG電機(jī)直接安裝在內(nèi)燃機(jī)曲軸輸出端，電機(jī)轉(zhuǎn)子和發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸直接連接，定子固定在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體上，電機(jī)取代了飛輪以及原有的起動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)。

　　本方案混合動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力以內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)為主，電機(jī)輔助驅(qū)動(dòng)。內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力輸出動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢、扭矩輸出控制精度差，而電機(jī)瞬間動(dòng)力驅(qū)動(dòng)響應(yīng)快，扭矩輸出控制精度高，能量回收效率高，因此利用電機(jī)工作特點(diǎn)對發(fā)動(dòng)機(jī)工況進(jìn)行優(yōu)，制訂了怠速停機(jī)、快速起動(dòng)、減速斷油、加速助力、電機(jī)常發(fā)電和減速制動(dòng)能量回收等混合動(dòng)力控制策略。

　　NI CompactRIO系統(tǒng)的優(yōu)勢

　　NI CompactRIO是一種小巧而堅(jiān)固的工業(yè)化控制和采集系統(tǒng)，采用可重新配置I/O (reconfigurable I/O，縮寫為RIO) 和FPGA技術(shù)實(shí)現(xiàn)超高性能和可自定義功能。其包含一個(gè)實(shí)時(shí)控制器與可重新配置的FPGA芯片，適用于可靠的獨(dú)立嵌入式或分布式應(yīng)用系統(tǒng);還包含熱插拔工業(yè)I/O模塊，內(nèi)置可直接和傳感器/調(diào)節(jié)器連接的信號調(diào)理。這種設(shè)計(jì)使得低成本的構(gòu)架具有開放性，用戶可以訪問到底層的硬件資源。

　　FPGA(Field Programmable Gate Array)，是PAL、GAL、PLD等可編程器件進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物，其邏輯功能由內(nèi)部規(guī)則排列的邏輯單元陣列完成。邏輯單元陣列內(nèi)部包括可配置邏輯模塊、輸入輸出模塊和內(nèi)部連線三個(gè)部分。工程師可通過軟件編程實(shí)現(xiàn)FPGA內(nèi)部的邏輯模塊和I/O模塊的重新配置，以實(shí)現(xiàn)自定義的邏輯。

　　FPGA技術(shù)有很多優(yōu)勢，包括自定義I/O硬件定時(shí)和同步、高度可靠性、數(shù)字信號處理和分析等。這些優(yōu)勢為快速增長的汽車電子測試技術(shù)提供了靈活的低成本解決方案。FPGA可以直接連接到數(shù)字和模擬I/O，并可對各通道定義不同的采樣率和觸發(fā)。應(yīng)用FPGA技術(shù)，可對任何傳感器信號進(jìn)行高級信號處理和分析。在很多信號處理系統(tǒng)中，底層的信號預(yù)處理算法要處理大量的數(shù)據(jù)，對處理速度要求很高，但算法相對簡單，可用FPGA進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)。此外，可很方便的在FPGA上實(shí)現(xiàn)對所采集的信號作數(shù)字濾波運(yùn)算、快速傅立葉變換、加窗等多種信號處理和分析。

　　系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

　　混合動(dòng)力整車標(biāo)定與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定有所不同，由于工況和環(huán)境更加復(fù)雜，因此對標(biāo)定系統(tǒng)的穩(wěn)定性有更高的要求，最終開發(fā)的標(biāo)定硬件環(huán)境如圖1所示。通信主端由便攜式PC機(jī)與NI CompactRIO系統(tǒng)組成，通信通過TCP/IP完成;通信從端為整車控制器的msCAN。標(biāo)定方式采用CCP這一基于CAN總線的車用標(biāo)定協(xié)議，故NI CompactRIO系統(tǒng)通過CAN總線與整車控制器連接。