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基于數(shù)據(jù)耦合的混合動(dòng)力汽車(chē)分布式測(cè)試平臺(tái)

2019-07-22 21:59:56·  來(lái)源：中國(guó)汽研  
　
1、概述針對(duì)于正向開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在的整車(chē)性能測(cè)試與策略驗(yàn)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(duì)于正向開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在的整車(chē)性能測(cè)試與策略驗(yàn)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(chē)在環(huán)（Vehicle in the loop, VIL），分別應(yīng)用于車(chē)輛研發(fā)過(guò)程的各個(gè)階段。傳統(tǒng)的HIL受測(cè)試空間限制，一方面會(huì)喪失被測(cè)對(duì)象的硬件拓?fù)渑渲每删庉嬓?。此外，傳統(tǒng)HIL可還原的測(cè)試場(chǎng)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(fēng)格的變化。
 
HEV系統(tǒng)具有多能量源耦合的特點(diǎn)，針對(duì)其集成化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的HIL測(cè)試只能通過(guò)對(duì)原有測(cè)試平臺(tái)的改造實(shí)現(xiàn)（如在原有發(fā)動(dòng)機(jī)HIL上通過(guò)轉(zhuǎn)矩耦合器并入被測(cè)動(dòng)力總成驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)于HEV 集成化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的模擬），造成測(cè)評(píng)成本增高。分布式在環(huán)測(cè)試平臺(tái)（Distributed—X in the Loop, D-XIL)為解決上述問(wèn)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(dòng)力汽車(chē)(HEV)硬件在環(huán)(HIL)測(cè)試設(shè)備的硬件基礎(chǔ)，通過(guò)數(shù)據(jù)耦合的思想，將作為中央控制節(jié)點(diǎn)的服務(wù)器，作為實(shí)車(chē)在環(huán)(VIL) 的純電動(dòng)汽車(chē)(EV)，與作為模擬HEV子系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架(Engine in the loop，EIL)以及電池硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架(Battery in the loop，BIL)整合在一起，從而組合為具有實(shí)車(chē)在環(huán)的分布式HEV性能測(cè)試平臺(tái)（Distributed—Vehicle in the Loop, D-VIL) ，整體架構(gòu)如圖1[1]所示。
圖1 測(cè)試平臺(tái)整體架構(gòu)
“分布式”即在測(cè)試實(shí)施過(guò)程中，被測(cè)車(chē)輛實(shí)體、動(dòng)力總成、電池系統(tǒng)以及整車(chē)或子系統(tǒng)控制器為物理分開(kāi)布置形式，如圖2[2]所示。
圖2 試驗(yàn)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(shí)現(xiàn)，則測(cè)試平臺(tái)進(jìn)化為基于互聯(lián)網(wǎng)的分布式實(shí)車(chē)在環(huán)測(cè)試平臺(tái)（Internet Distributed—Vehicle in the Loop, ID-VIL），在構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)分布式HIL拓?fù)鋾r(shí)，需要在原有系統(tǒng)上選擇若干“耦合點(diǎn)”，斷開(kāi)其對(duì)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(cè)試的實(shí)施過(guò)程中，通過(guò)車(chē)聯(lián)網(wǎng)將被測(cè)EV接入分布式系統(tǒng)，測(cè)試平臺(tái)數(shù)據(jù)鏈的流向?qū)l(fā)生變化。雖然整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙詾榉?wù)器(Cloud Server)→客戶(hù)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y(cè)EV端的駕駛員輸入。測(cè)試平臺(tái)會(huì)首先將駕駛員輸入送入Cloud Server，隨后Cloud將根據(jù)HEV 整車(chē)模型計(jì)算各個(gè)HIL(包含發(fā)動(dòng)機(jī)和電池)所需的功率輸出并發(fā)送，接著各個(gè)HIL 根據(jù)Cloud Server的需求調(diào)整自身輸出并將本地傳感器實(shí)際測(cè)量到的輸出回傳給Cloud Server，Cloud Server再根據(jù)HEV 整車(chē)模型整合各個(gè)HIL 反饋的實(shí)際輸出得到整車(chē)實(shí)際可用的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩并將其發(fā)送給EV，最后EV將Cloud Server回傳的整車(chē)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩作為車(chē)載電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的給定值，測(cè)試過(guò)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(shì)的5G移動(dòng)通訊技術(shù)迅猛發(fā)展和未來(lái)的商業(yè)化應(yīng)用將解決ID-VIL實(shí)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(jìn)一步保證提升了ID-VIL在車(chē)輛的正向開(kāi)發(fā)及整體性能測(cè)試評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用潛力，從總體上來(lái)說(shuō)，ID-VIL具有以下幾個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)：
(1) 解決測(cè)試評(píng)價(jià)硬件拓?fù)錁?gòu)型限制，被測(cè)EV無(wú)需安裝混合動(dòng)力系統(tǒng)（其中包括發(fā)動(dòng)機(jī)或電池)，通過(guò)與Cloud Server的數(shù)據(jù)耦合就可以使得其動(dòng)力特性與安裝了混合動(dòng)力系統(tǒng)的HEV一致；
(2) 突破測(cè)試評(píng)價(jià)地域限制，使得跨地域測(cè)試評(píng)價(jià)未來(lái)可期；
(3) 拓展測(cè)試評(píng)價(jià)范圍，實(shí)車(chē)測(cè)試比循環(huán)工況(如NEDC或UDDS)更能反映真實(shí)情況(如天氣或交通擁堵)，提升整車(chē)能量管理策略的精細(xì)化匹配；另外，方面加入測(cè)試評(píng)價(jià)人員主觀駕乘感受，便于整車(chē)綜合性能的精準(zhǔn)化優(yōu)化。
后續(xù)文章我們將對(duì)于ID-VIL的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及針對(duì)網(wǎng)絡(luò)延遲的系統(tǒng)透明度（transparency）分析和測(cè)試過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)的應(yīng)急處理機(jī)制做進(jìn)一步介紹。

參考文獻(xiàn)
[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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