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

　　挑戰(zhàn)：針對混合動力汽車的特性，開發(fā)了基于NI CompactRIO的混合動力汽車整車標定系統(tǒng)，在臺架及整車調試階段，可以利用該系統(tǒng)對整車控制器內部的標定參數變量進行在線修改，以達到優(yōu)化整車各項性能的目的。

　　應用方案：使用NI公司的CompactRIO實時控制器、Labview Real-Time、Labview FPGA、Labview RIO和Labview Real-Time Application工具來開發(fā)該自動化測試系統(tǒng)。

　　使用的產品：

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

　　介紹

　　混合動力汽車融合了傳統(tǒng)車和電動汽車的優(yōu)勢，其做為較成熟的新能源力量，已經得到廣泛的發(fā)展。其整車控制器(VCU)用于實現整車能量管理和動力系統(tǒng)控制，是混合動力車的控制中樞。VCU中的控制參數是實現混合動力車性能的關鍵因素之一，必須進行相應的優(yōu)化和標定工作。

　　車用電控單元標定是一個十分復雜的過程，一方面是由于被控系統(tǒng)工作狀況的復雜性;另一方面是許多控制參數之間存在著影響。電控單元的運行參數和控制參數的優(yōu)化需要使用專門的工具進行分析和修改，于是誕生了電控單元的標定系統(tǒng)。標定系統(tǒng)的選用關系到標定質量、標定時間和標定成本。因此選用一個完善、適用的電控單元標定系統(tǒng)是電控系統(tǒng)開發(fā)成功的關鍵因素之一。綜合以上因素，最終選擇了NI CompactRIO系統(tǒng)，在此平臺之上開發(fā)混合動力汽車整車標定系統(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;堅固的設計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雜的編程工作中解放出來，大大縮短了開發(fā)周期;內置信號調理的可熱插播I/O模塊使得系統(tǒng)的開放性和靈活性增強，并且工程師可以訪問到底層的硬件資源。

　　混合動力汽車設計方案

　　本文所研究的單軸并聯(lián)式混合動力方案是一種前置前驅的中度混合形。經過大量的方案選型和設計，集成發(fā)動機、ISG電機、超級電容和雙離合器等部件。將盤式一體化ISG電機直接安裝在內燃機曲軸輸出端，電機轉子和發(fā)動機曲軸直接連接，定子固定在發(fā)動機機體上，電機取代了飛輪以及原有的起動機和發(fā)電機。

　　本方案混合動力系統(tǒng)的動力以內燃機驅動為主，電機輔助驅動。內燃機動力輸出動態(tài)響應慢、扭矩輸出控制精度差，而電機瞬間動力驅動響應快，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對發(fā)動機工況進行優(yōu)，制訂了怠速停機、快速起動、減速斷油、加速助力、電機常發(fā)電和減速制動能量回收等混合動力控制策略。

　　NI CompactRIO系統(tǒng)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(tǒng)，采用可重新配置I/O (reconfigurable I/O，縮寫為RIO) 和FPGA技術實現超高性能和可自定義功能。其包含一個實時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(tǒng);還包含熱插拔工業(yè)I/O模塊，內置可直接和傳感器/調節(jié)器連接的信號調理。這種設計使得低成本的構架具有開放性，用戶可以訪問到底層的硬件資源。

　　FPGA(Field Programmable Gate Array)，是PAL、GAL、PLD等可編程器件進一步發(fā)展的產物，其邏輯功能由內部規(guī)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三個部分。工程師可通過軟件編程實現FPGA內部的邏輯模塊和I/O模塊的重新配置，以實現自定義的邏輯。

　　FPGA技術有很多優(yōu)勢，包括自定義I/O硬件定時和同步、高度可靠性、數字信號處理和分析等。這些優(yōu)勢為快速增長的汽車電子測試技術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，可對任何傳感器信號進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，但算法相對簡單，可用FPGA進行編程實現。此外，可很方便的在FPGA上實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(tǒng)的設計方案

　　混合動力整車標定與傳統(tǒng)發(fā)動機標定有所不同，由于工況和環(huán)境更加復雜，因此對標定系統(tǒng)的穩(wěn)定性有更高的要求，最終開發(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(tǒng)組成，通信通過TCP/IP完成;通信從端為整車控制器的msCAN。標定方式采用CCP這一基于CAN總線的車用標定協(xié)議，故NI CompactRIO系統(tǒng)通過CAN總線與整車控制器連接。