0 引言

    世界各大汽車生產(chǎn)大國為了提振經(jīng)濟(jì)和促進(jìn)汽車工業(yè)的發(fā)展,，紛紛制定了新能源汽車的發(fā)展目標(biāo)。新能源動力系統(tǒng)的研發(fā)需要進(jìn)行大量的匹配,、標(biāo)定和試驗(yàn)驗(yàn)證,。如何縮短研發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量,、克服研發(fā)過程中的難點(diǎn),，成為新能源行業(yè)面臨的主要問題。因此,，新能源汽車臺架的研發(fā)受到各大廠家越來越多的重視,，成為新能源汽車產(chǎn)品開發(fā)中的重要一環(huán)。通過新能源臺架試驗(yàn),，可以進(jìn)行動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選型,、關(guān)鍵零部件之間的優(yōu)化匹配、整車控制策略優(yōu)化標(biāo)定,、動力總成可靠性耐久試驗(yàn)等,。

    當(dāng)前,，環(huán)境保護(hù)、交通限行禁令,、柴油價(jià)格上漲及道路使用費(fèi)用提高等問題嚴(yán)重困擾著交通運(yùn)輸業(yè),。商用車制造商及其合作伙伴面臨著最嚴(yán)格的商用車和大型客車廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)，混合動力作為商用車的開發(fā)方向之一,，面臨著很多問題,。目前各產(chǎn)品的開發(fā)單位的單項(xiàng)試驗(yàn)臺架^[1]（如柴油機(jī)發(fā)動機(jī)臺架）還只是以穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)為主,并不具備商用車新能源混合動力的動態(tài)試驗(yàn)?zāi)芰Α榱嗽诋a(chǎn)品上市之前對產(chǎn)品的性能進(jìn)行充分驗(yàn)證,，分析潛在風(fēng)險(xiǎn),，及時(shí)優(yōu)化改進(jìn)，臺架試驗(yàn)研究成為商用車開發(fā)過程中關(guān)鍵的一環(huán),。但是商用車相對于乘用車而言具有功率大,、扭矩大、轉(zhuǎn)速低等特點(diǎn),，因此市場上也沒有現(xiàn)成的商用車動力總成試驗(yàn)臺可以使用,。

    本文設(shè)計(jì)與開發(fā)了一種全新的商用車混合動力瞬態(tài)模擬試驗(yàn)臺，采用LabVIEW軟件對各種儀器,、試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行廣泛兼容與集成,，同時(shí)鑒于混合動力總成試驗(yàn)對于數(shù)據(jù)接口、CAN節(jié)點(diǎn)信息監(jiān)測及模擬,、標(biāo)定功能集成、自動工況道路負(fù)載模擬等的各類復(fù)雜要求,，軟件架構(gòu)采用模塊化的思想,，將多種通信協(xié)議、控制方式集成于統(tǒng)一平臺,，以滿足商用車的各類動力總成試驗(yàn)需求,。該商用車混合動力測試系統(tǒng)平臺作為測試工作的基礎(chǔ)，其實(shí)車接近度高,。其高動態(tài)的駕駛員模擬和環(huán)境模擬確保整個(gè)測試過程系統(tǒng)具有很高控制精度,，先進(jìn)的測量設(shè)備決定了測試數(shù)據(jù)的有效性。

1 商用車混合動力總成試驗(yàn)臺設(shè)計(jì)方案

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

    商用車混合動力大巴試驗(yàn)臺主要用來進(jìn)行商用車混合動力總成的動態(tài)試驗(yàn),，需要將混合動力總成（包含電機(jī),、發(fā)動機(jī)、變速箱等）與臺架系統(tǒng)進(jìn)行無縫集成,，因此需要高動態(tài)的閉環(huán)控制及很高的測量精度,，其主要的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

1.2 測功機(jī)的選擇

    根據(jù)混合動力總成試驗(yàn)要求, 設(shè)計(jì)該臺架采用單電機(jī)形式, 即1臺負(fù)載測功機(jī)來進(jìn)行道路負(fù)載的模擬,。根據(jù)試驗(yàn)輸入需求,，整個(gè)動力總成的仿真最大輸出轉(zhuǎn)速為1 800 r/m,，最大扭矩為2 800 N·m。因此本文選用西門子355 kW的交流電力測功機(jī),，可以滿足整個(gè)動力總成的試驗(yàn)需求,。

1.3 電子負(fù)載選擇

    商用車混合動力總成試驗(yàn)臺需要穩(wěn)定、持續(xù)的高壓輸入, 并在電機(jī)處于發(fā)電模式時(shí)吸收產(chǎn)生的電能,。電子負(fù)載為混合動力電機(jī)的電力電子系統(tǒng)提供直流高壓輸入,。電子負(fù)載同時(shí)具有電池管理系統(tǒng)(BMS)模擬功能。輸入不同電池特性曲線, 即可對不同電池進(jìn)行性能仿真,。同時(shí)通過電子負(fù)載所在CAN通信模塊與整車控制器及臺架控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信,從而實(shí)現(xiàn)從電池硬件到軟件的全面仿真及電力輸出功能,。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，選擇功率為75 kW的電子負(fù)載,。

1.4 軟件系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

1.4.1 軟件系統(tǒng)架構(gòu)

    商用車混合動力總成試驗(yàn)臺主控系統(tǒng)的核心在于集成對測功機(jī),、被測件、數(shù)采,、電子負(fù)載等部件的監(jiān)控,。所開發(fā)主控系統(tǒng)的硬件基于NI的CAN板卡以及數(shù)采系統(tǒng)，軟件基于NI LabVIEW進(jìn)行編寫,軟件功能包括CAN網(wǎng)絡(luò)的收發(fā),、與標(biāo)定軟件INCA通過ASAM3接口協(xié)議進(jìn)行通信,、自動測試、報(bào)警急停,、數(shù)據(jù)采集,、信息提醒、報(bào)告生成以及簡易CCP標(biāo)定等功能,。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖2所示,。

1.4.2 系統(tǒng)軟件各模塊開發(fā)

    程序中所需的各項(xiàng)功能以模塊化形式實(shí)現(xiàn)，各模塊提供與主界面的接口函數(shù),。模塊化功能能夠大大減少主界面程序的大小,，提高界面控件的響應(yīng)速度，也減少了程序卡頓及系統(tǒng)崩潰的可能,。下面簡要介紹各個(gè)功能模塊的實(shí)現(xiàn)原理和功能,。

    (1)CAN模塊：商用車混合動力總成試驗(yàn)臺配置了4路CAN，包括：整車動力CAN,、整車混合動力CAN,、臺架CAN、電子負(fù)載CAN,。模塊包含DBC解析模塊,，實(shí)現(xiàn)發(fā)送和采集參數(shù)配置功能。自動化程序在整車混合動力CAN上采集相關(guān)信息,，并模擬整車的BMS發(fā)送報(bào)文,，使系統(tǒng)正常工作,。臺架CAN用于控制程序與臺架主控軟件的信息交互，使主控程序能夠控制臺架進(jìn)行轉(zhuǎn)速和扭矩加載以及當(dāng)前臺架信息的監(jiān)控,。電子負(fù)載CAN主要采集臺架電池模擬器的實(shí)時(shí)電壓和電流,，作為系統(tǒng)能量需求反饋。

    (2)ASAM3模塊：ASAM3是自動測量系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會定義的標(biāo)準(zhǔn)體系A(chǔ)SAM-CD中用于控制器標(biāo)定系統(tǒng)遠(yuǎn)程通信的一個(gè)協(xié)議,。商用車動力總成在臺架功能性或耐久測試時(shí)需要標(biāo)定系統(tǒng)對ECU進(jìn)行控制,，因此自動化程序中需要ASAM3模塊來進(jìn)行遠(yuǎn)程控制[2]，比如：常用的ETAS公司的INCA標(biāo)定軟件中有ASAM3標(biāo)定軟件端的驅(qū)動插件,，因此在自動程序中需要編寫測控系統(tǒng)端的ASAM3命令驅(qū)動庫,。

    (3)自動測試模塊是包含自動測試腳本的運(yùn)行框架及其所含的測試項(xiàng)目，一個(gè)測試工況對應(yīng)一段測試腳本,。對測試規(guī)范進(jìn)行自動化編制時(shí),，需要注重各項(xiàng)功能的模塊化，減少重復(fù)勞動,，特別是動作執(zhí)行的每個(gè)子函數(shù),，需要考慮進(jìn)行重復(fù)利用。每個(gè)動作需求函數(shù)的編寫需要考慮校驗(yàn)邏輯,，使執(zhí)行的效果得到保障,，需要預(yù)防誤操作、操作丟失的情況,，保障程序的自動執(zhí)行,。自動測試各測試項(xiàng)目在編寫除了考慮正常運(yùn)行的執(zhí)行流程，還需要進(jìn)行測試失效的處置,，使測試在出現(xiàn)異?；蚱顣r(shí)能夠進(jìn)行安全處置，最大程度保證被測件和設(shè)備的安全,。

    (4)報(bào)警急停模塊用于對測試比較關(guān)注的信號變量值進(jìn)行限制，信號的選擇范圍包括自動程序各個(gè)模塊采集到的所有參數(shù),。報(bào)警急停分為3個(gè)等級,，分別對應(yīng)不同的處理機(jī)制，以此達(dá)到保證試驗(yàn)測試的效率與對臺架各設(shè)備的保護(hù)二者之間的平衡,。

    (5)信息提醒模塊：信息提醒是的日志文件,，在程序調(diào)試和運(yùn)行階段都發(fā)揮著很大的作用。程序錯誤和運(yùn)行動作次序的驗(yàn)證能夠通過信息顯示出來,；自動程序運(yùn)行階段的日志用來指示程序動作和自動測試各步驟的正常運(yùn)行,，并能夠指示故障和錯誤的發(fā)生狀態(tài)和細(xì)節(jié)，便于排查和溯源,。

    (6)報(bào)告生成模塊：自動生成報(bào)告模塊能夠靈活地定制報(bào)告的顯示方式和所需結(jié)果值,?？梢愿鶕?jù)客戶的需求定制Excel模板，通過NI的Report Generation Toolkit函數(shù)庫能夠方便地進(jìn)行自動報(bào)告模塊的編制,。根據(jù)測試規(guī)范中的報(bào)告模板（基于Excel或Word）進(jìn)行關(guān)聯(lián),，將測得的結(jié)果自動填充即可得到生成的報(bào)告。

    (7)CCP標(biāo)定模塊：CCP^[2]標(biāo)定是一個(gè)基于CAN總線的控制器在線標(biāo)定協(xié)議,，實(shí)現(xiàn)對ECU中軟件運(yùn)行參數(shù)值的實(shí)時(shí)改變,，以測試不同策略下的不同運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行軟件控制策略的優(yōu)化,。CCP標(biāo)定模塊包括A2L文件解析,、DAQ模塊、標(biāo)定模塊等,。

1.5 道路負(fù)載模擬

    在一般穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)中,，測功機(jī)主要功能是作為動力系統(tǒng)的能量吸收或動力輸出單元，本文的自動化控制臺架系統(tǒng)是一個(gè)動態(tài)的試驗(yàn)?zāi)M過程,，測功機(jī)既是車輛運(yùn)行時(shí)慣量與阻力模擬單元,，也是制動過程中制動力的模擬單元，因此就需要選用低慣量,、高動態(tài)響應(yīng)的交流電力測功機(jī),。

    在本試驗(yàn)臺架上使用經(jīng)過簡化的道路負(fù)載公式，忽略了坡道阻力的影響,，采用了一個(gè)擬合的二次方程式,，具體公式如下^[3]：

其中，A表示不隨速度變化的恒定阻力(如軸承,、密封圈,、輪胎等)，B表示所有隨速度線性變化的阻力(如驅(qū)動系,、差速器等),，C表示隨速度平方變化的阻力(如風(fēng)阻,、輪胎變形阻力等),，V表示車速，m表示整車質(zhì)量,，a表示整車加速度,，F(xiàn)表示整車行駛阻力,。

    在試驗(yàn)過程中先通過設(shè)定的整車質(zhì)量、輪胎半徑和A,、B,、C的值等實(shí)時(shí)計(jì)算出整車道路負(fù)載，并與測功機(jī)實(shí)測的扭矩值進(jìn)行比較，利用整車道路負(fù)載計(jì)算扭矩和測功機(jī)扭矩傳感器實(shí)測輸出軸扭矩之間的差異值來做PID調(diào)節(jié)^[4],，進(jìn)行閉環(huán)控制,，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電子節(jié)氣門開度的功能，使輸出軸實(shí)際扭矩與整車道路負(fù)載計(jì)算扭矩相平衡,。同時(shí)使負(fù)載測功機(jī)的輸出軸轉(zhuǎn)速始終控制在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)車輛的動態(tài)模擬,。

2 試驗(yàn)驗(yàn)證

    試驗(yàn)臺架建成后，在該臺架上進(jìn)行了某商用車混合動力總成試驗(yàn),。從試驗(yàn)結(jié)果可見,，所開發(fā)的測控系統(tǒng)滿足商用車混合動力總成臺架試驗(yàn)要求，各個(gè)控制器未有CAN通信錯誤,，證明測控軟件的CAN節(jié)點(diǎn)模擬正常,；整車控制單元可正常響應(yīng)測控系統(tǒng)的油門和剎車指令，并進(jìn)行相應(yīng)的扭矩輸出及制動能量回收,，行駛阻力加載控制可正確進(jìn)行道路負(fù)載模擬,。圖3為自動測試工況實(shí)際車速與期望車速的對比曲線圖，從圖中可以看出實(shí)際車速與期望車速基本吻合,，該測控系統(tǒng)很好地完成了商用車標(biāo)準(zhǔn)自動工況測試,。

    最后該商用車混合動力臺架進(jìn)行了兩輪60 000 km的動力總成性能驗(yàn)證，為混合動力子系統(tǒng)的開發(fā)提供了有力的幫助,。

3 結(jié)論

    該自主設(shè)計(jì)建成的商用車混合動力試驗(yàn)臺架能夠很好地完成商用車動力總成系統(tǒng)試驗(yàn), 對新能源汽車研發(fā)具有重要意義,。

    該商用車動力總成臺架將多方通信協(xié)議集成于測控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對混合動力單元各控制器信號的實(shí)時(shí)同步采集,，通過對第三方設(shè)備的集成和道路負(fù)載的模擬實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)臺自動工況測試,，就無需整車作為平臺而替代相應(yīng)的道路和轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)進(jìn)行混合動力總成功能性的研究試驗(yàn)，在研發(fā)階段去除整車其他因素的干擾,，可以更精確快速地定位混合動力總成的缺陷,，并縮短開發(fā)周期，大大降低研發(fā)成本,；可以在整車裝車之前進(jìn)行耐久試驗(yàn)和預(yù)標(biāo)定與功能驗(yàn)證,，減少整車改進(jìn)的工作量。

    同時(shí)由于采用了電子剎車踏板和電子加速踏板,，可以消除路試人員實(shí)車駕駛的差異,。試驗(yàn)條件的嚴(yán)格控制(包括水溫、油溫,、室溫)確保了工況控制準(zhǔn)確，重復(fù)性好,。

    最后采用此自動化控制方法的試驗(yàn)臺可以針對整車參數(shù)進(jìn)行任意更改,，而無需更改實(shí)車平臺，可以隨時(shí)在臺架上進(jìn)行試驗(yàn),，對混合動力系統(tǒng)的早期開發(fā)和驗(yàn)證進(jìn)行靈活的配置,。

    該商用車混合動力試驗(yàn)臺滿足商用車混合動力開發(fā)的各種階段需求,，能夠進(jìn)行混合動力的動力總成的開發(fā)試驗(yàn)，也能夠進(jìn)行零部件的耐久,、性能試驗(yàn)等,，同時(shí)還能夠進(jìn)行整車控制器的開發(fā)測試與研制，以及動力總成排放試驗(yàn)的驗(yàn)證等,。

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作者信息:

邢進(jìn)進(jìn),，邵  華,，劉運(yùn)瀟

(上海捷能汽車技術(shù)有限公司，上海201804)