基于NI CompactRIO混合動(dòng)力轎車(chē)整車(chē)標定系統的開(kāi)發(fā)

　　挑戰：針對混合動(dòng)力汽車(chē)的特性，開(kāi)發(fā)了基于NI CompactRIO的混合動(dòng)力汽車(chē)整車(chē)標定系統，在臺架及整車(chē)調試階段，可以利用該系統對整車(chē)控制器內部的標定參數變量進(jìn)行在線(xiàn)修改，以達到優(yōu)化整車(chē)各項性能的目的。

　　應用方案：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(lái)開(kāi)發(fā)該自動(dòng)化測試系統。

　　使用的產(chǎn)品：

　　Labview 8.5 軟件開(kāi)發(fā)平臺
　　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
　　嵌入式機箱
　　NI 9853 2-Port High-Speed CAN Module

　　介紹

　　混合動(dòng)力汽車(chē)融合了傳統車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)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(chē)控制器(VCU)用于實(shí)現整車(chē)能量管理和動(dòng)力系統控制，是混合動(dòng)力車(chē)的控制中樞。VCU中的控制參數是實(shí)現混合動(dòng)力車(chē)性能的關(guān)鍵因素之一，必須進(jìn)行相應的優(yōu)化和標定工作。

　　車(chē)用電控單元標定是一個(gè)十分復雜的過(guò)程，一方面是由于被控系統工作狀況的復雜性;另一方面是許多控制參數之間存在著(zhù)影響。電控單元的運行參數和控制參數的優(yōu)化需要使用專(zhuān)門(mén)的工具進(jìn)行分析和修改，于是誕生了電控單元的標定系統。標定系統的選用關(guān)系到標定質(zhì)量、標定時(shí)間和標定成本。因此選用一個(gè)完善、適用的電控單元標定系統是電控系統開(kāi)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，在此平臺之上開(kāi)發(fā)混合動(dòng)力汽車(chē)整車(chē)標定系統，其小巧的外形可放置在車(chē)廂任何空余位置而不影響整車(chē)空間;堅固的設計使得在汽車(chē)行駛工況比較惡劣的情況下依然可以穩定的運行;抗干擾措施可以消除行車(chē)過(guò)程中各種干擾對系統的影響;Labview圖形化編程語(yǔ)言將工程師從復雜的編程工作中解放出來(lái)，大大縮短了開(kāi)發(fā)周期;內置信號調理的可熱插播I/O模塊使得系統的開(kāi)放性和靈活性增強，并且工程師可以訪(fǎng)問(wèn)到底層的硬件資源。

　　混合動(dòng)力汽車(chē)設計方案

　　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的中度混合形。經(jīng)過(guò)大量的方案選型和設計，集成發(fā)動(dòng)機、ISG電機、超級電容和雙離合器等部件。將盤(pán)式一體化ISG電機直接安裝在內燃機曲軸輸出端，電機轉子和發(fā)動(dòng)機曲軸直接連接，定子固定在發(fā)動(dòng)機機體上，電機取代了飛輪以及原有的起動(dòng)機和發(fā)電機。

　　本方案混合動(dòng)力系統的動(dòng)力以?xún)热紮C驅動(dòng)為主，電機輔助驅動(dòng)。內燃機動(dòng)力輸出動(dòng)態(tài)響應慢、扭矩輸出控制精度差，而電機瞬間動(dòng)力驅動(dòng)響應快，扭矩輸出控制精度高，能量回收效率高，因此利用電機工作特點(diǎn)對發(fā)動(dòng)機工況進(jìn)行優(yōu)，制訂了怠速停機、快速起動(dòng)、減速斷油、加速助力、電機常發(fā)電和減速制動(dòng)能量回收等混合動(dòng)力控制策略。

　　NI CompactRIO系統的優(yōu)勢

　　NI CompactRIO是一種小巧而堅固的工業(yè)化控制和采集系統，采用可重新配置I/O (reconfigurable I/O，縮寫(xiě)為RIO) 和FPGA技術(shù)實(shí)現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，適用于可靠的獨立嵌入式或分布式應用系統;還包含熱插拔工業(yè)I/O模塊，內置可直接和傳感器/調節器連接的信號調理。這種設計使得低成本的構架具有開(kāi)放性，用戶(hù)可以訪(fǎng)問(wèn)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，其邏輯功能由內部規則排列的邏輯單元陣列完成。邏輯單元陣列內部包括可配置邏輯模塊、輸入輸出模塊和內部連線(xiàn)三個(gè)部分。工程師可通過(guò)軟件編程實(shí)現FPGA內部的邏輯模塊和I/O模塊的重新配置，以實(shí)現自定義的邏輯。

　　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、數字信號處理和分析等。這些優(yōu)勢為快速增長(cháng)的汽車(chē)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中，底層的信號預處理算法要處理大量的數據，對處理速度要求很高，但算法相對簡(jiǎn)單，可用FPGA進(jìn)行編程實(shí)現。此外，可很方便的在FPGA上實(shí)現對所采集的信號作數字濾波運算、快速傅立葉變換、加窗等多種信號處理和分析。

　　系統的設計方案

　　混合動(dòng)力整車(chē)標定與傳統發(fā)動(dòng)機標定有所不同，由于工況和環(huán)境更加復雜，因此對標定系統的穩定性有更高的要求，最終開(kāi)發(fā)的標定硬件環(huán)境如圖1所示。通信主端由便攜式PC機與NI CompactRIO系統組成，通信通過(guò)TCP/IP完成;通信從端為整車(chē)控制器的msCAN。標定方式采用CCP這一基于CAN總線(xiàn)的車(chē)用標定協(xié)議，故NI CompactRIO系統通過(guò)CAN總線(xiàn)與整車(chē)控制器連接?！　?/p>