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基于數(shù)據(jù)耦合的混合動力汽車分布式測試平臺

2019-07-22 21:59:56·  來源：中國汽研  
　
1、概述針對于正向開發(fā)過程中存在的整車性能測試與策略驗證，目前有三種方法被廣泛采用，即模型在環(huán)（Model in the loop, MIL）、硬件在環(huán)(Hardware in the loop
1、概述
針對于正向開發(fā)過程中存在的整車性能測試與策略驗證，目前有三種方法被廣泛采用，即模型在環(huán)（Model in the loop, MIL）、硬件在環(huán)(Hardware in the loop, HIL)與整車在環(huán)（Vehicle in the loop, VIL），分別應(yīng)用于車輛研發(fā)過程的各個階段。傳統(tǒng)的HIL受測試空間限制，一方面會喪失被測對象的硬件拓撲配置可編輯性。此外，傳統(tǒng)HIL可還原的測試場景有限，且較難同步反應(yīng)交通流、環(huán)境溫度、海拔高度以及駕駛風格的變化。
 
HEV系統(tǒng)具有多能量源耦合的特點，針對其集成化驅(qū)動系統(tǒng)的HIL測試只能通過對原有測試平臺的改造實現(xiàn)（如在原有發(fā)動機HIL上通過轉(zhuǎn)矩耦合器并入被測動力總成驅(qū)動電機，以實現(xiàn)對于HEV 集成化驅(qū)動系統(tǒng)的模擬），造成測評成本增高。分布式在環(huán)測試平臺（Distributed—X in the Loop, D-XIL)為解決上述問題提供了有效技術(shù)路徑。
 
2、整體架構(gòu)
 
D-XIL最大化利用了混合動力汽車(HEV)硬件在環(huán)(HIL)測試設(shè)備的硬件基礎(chǔ)，通過數(shù)據(jù)耦合的思想，將作為中央控制節(jié)點的服務(wù)器，作為實車在環(huán)(VIL) 的純電動汽車(EV)，與作為模擬HEV子系統(tǒng)的發(fā)動機硬件在環(huán)實驗臺架(Engine in the loop，EIL)以及電池硬件在環(huán)實驗臺架(Battery in the loop，BIL)整合在一起，從而組合為具有實車在環(huán)的分布式HEV性能測試平臺（Distributed—Vehicle in the Loop, D-VIL) ，整體架構(gòu)如圖1[1]所示。
圖1 測試平臺整體架構(gòu)
“分布式”即在測試實施過程中，被測車輛實體、動力總成、電池系統(tǒng)以及整車或子系統(tǒng)控制器為物理分開布置形式，如圖2[2]所示。
圖2 試驗硬件物理耦合架構(gòu)及地理位置分布
3
數(shù)據(jù)通訊方式
如果硬件間的數(shù)據(jù)耦合與數(shù)據(jù)交換交由互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)，則測試平臺進化為基于互聯(lián)網(wǎng)的分布式實車在環(huán)測試平臺（Internet Distributed—Vehicle in the Loop, ID-VIL），在構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)分布式HIL拓撲時，需要在原有系統(tǒng)上選擇若干“耦合點”，斷開其對應(yīng)的物理耦合關(guān)系，改用基于數(shù)據(jù)通信的數(shù)據(jù)耦合關(guān)系替代。數(shù)據(jù)耦合架構(gòu)如圖3所示。
圖3 數(shù)據(jù)耦合架構(gòu)
在測試的實施過程中，通過車聯(lián)網(wǎng)將被測EV接入分布式系統(tǒng)，測試平臺數(shù)據(jù)鏈的流向?qū)l(fā)生變化。雖然整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲仍為服務(wù)器(Cloud Server)→客戶端(包括EIL，BIL和EV) 模式，但是此刻數(shù)據(jù)流交換的起始邏輯端將變?yōu)楸粶yEV端的駕駛員輸入。測試平臺會首先將駕駛員輸入送入Cloud Server，隨后Cloud將根據(jù)HEV 整車模型計算各個HIL(包含發(fā)動機和電池)所需的功率輸出并發(fā)送，接著各個HIL 根據(jù)Cloud Server的需求調(diào)整自身輸出并將本地傳感器實際測量到的輸出回傳給Cloud Server，Cloud Server再根據(jù)HEV 整車模型整合各個HIL 反饋的實際輸出得到整車實際可用的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩并將其發(fā)送給EV，最后EV將Cloud Server回傳的整車驅(qū)動轉(zhuǎn)矩作為車載電機驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的給定值，測試過程中的數(shù)據(jù)交換架構(gòu)如圖4所示。
圖4 數(shù)據(jù)交換架構(gòu)
 
4、小結(jié)
具備高數(shù)據(jù)傳輸速率與低延遲網(wǎng)絡(luò)等眾多優(yōu)勢的5G移動通訊技術(shù)迅猛發(fā)展和未來的商業(yè)化應(yīng)用將解決ID-VIL實現(xiàn)的最大瓶頸，云端數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)交換可靠性的進一步保證提升了ID-VIL在車輛的正向開發(fā)及整體性能測試評價方面的應(yīng)用潛力，從總體上來說，ID-VIL具有以下幾個顯著優(yōu)點：
(1) 解決測試評價硬件拓撲構(gòu)型限制，被測EV無需安裝混合動力系統(tǒng)（其中包括發(fā)動機或電池)，通過與Cloud Server的數(shù)據(jù)耦合就可以使得其動力特性與安裝了混合動力系統(tǒng)的HEV一致；
(2) 突破測試評價地域限制，使得跨地域測試評價未來可期；
(3) 拓展測試評價范圍，實車測試比循環(huán)工況(如NEDC或UDDS)更能反映真實情況(如天氣或交通擁堵)，提升整車能量管理策略的精細化匹配；另外，方面加入測試評價人員主觀駕乘感受，便于整車綜合性能的精準化優(yōu)化。
后續(xù)文章我們將對于ID-VIL的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)及針對網(wǎng)絡(luò)延遲的系統(tǒng)透明度（transparency）分析和測試過程中網(wǎng)絡(luò)斷開的應(yīng)急處理機制做進一步介紹。

參考文獻
[1] Zhang, Yi, et al. "Internet-distributed vehicle-in-the-loop simulation for HEVs." IEEE Transactions on Vehicular Technology 67.5 (2018): 3729-3739.
[2] Niu, Wenxu, et al. "Transparency of a Geographically Distributed Test Platform for Fuel Cell Electric Vehicle Powertrain Systems based on X-in-the-Loop Approach." Energies 11.9 (2018): 2411. 
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