本發(fā)明涉及一種汽車綜合測試儀器的主控系統(tǒng)，尤其是涉及一種用于燃料電池汽車動力綜合測試儀器的主控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

燃料電池汽車由于其高效率、零排放等優(yōu)勢，成為了未來汽車工業(yè)發(fā)展的一個重要方向。國內(nèi)外學(xué)者在研究燃料電池汽車的氣候環(huán)境的適應(yīng)性、道路行駛環(huán)境的適應(yīng)性、整車動力系統(tǒng)的耐久性、系統(tǒng)集成開發(fā)中的匹配等問題進行試驗室測試時，存在試驗數(shù)據(jù)的不同步、多儀器管理效率低、任務(wù)管理混亂等的問題。因此，有必要設(shè)計一個針對汽車動力系統(tǒng)測試儀器開發(fā)一套主控系統(tǒng)，實現(xiàn)對試驗任務(wù)的調(diào)度和綜合管理，實現(xiàn)模型的仿真運行、數(shù)據(jù)處理以及總線通訊處理的功能，并且保證數(shù)據(jù)的同步性、控制的實時性以及系統(tǒng)整體的可靠性。

專利CN201110412783提出了一種燃料電池混合電動汽車動力系統(tǒng)綜合測試平臺及測試方法，其中工控臺操作單元通過數(shù)據(jù)采集卡以及CAN卡和CAN總線與其他所有單元實現(xiàn)了相互連接通訊，模擬管理整個綜合測試平臺。但是并未涉及到數(shù)據(jù)冗余、數(shù)據(jù)同步和實時性等方面的設(shè)計。

專利CN200410009687.1提出了一種燃料電池混合動力系統(tǒng)試驗研究系統(tǒng)，針對該系統(tǒng)設(shè)計了試驗控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括CAN網(wǎng)絡(luò)、dSPACE控制器和控制系統(tǒng)上位機?？刂葡到y(tǒng)上位機可以實現(xiàn)與dSPACE控制器之間的信息交互和控制算法調(diào)整、監(jiān)視各部件工作狀態(tài)并發(fā)布控制指令的功能。但是該控制系統(tǒng)不能針對多個外部測試模塊進行綜合管理，同樣也未考慮數(shù)據(jù)的存儲融合與分發(fā)，以及對于數(shù)據(jù)的冗余和同步性方面并沒有進行相關(guān)設(shè)計考慮。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種用于燃料電池汽車動力綜合測試儀器的主控系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種用于燃料電池汽車動力綜合測試儀器的主控系統(tǒng)，所述的綜合測試儀器包括多個測試燃料電池汽車不同性能的外部測試模塊，所述的主控系統(tǒng)用于對所述的外部測試模塊進行控制管理，所述的主控系統(tǒng)包括：

上位機：用于用戶登錄、分發(fā)測試指令、顯示當(dāng)前綜合儀器狀態(tài)和測試數(shù)據(jù)；

實時處理器：用于對測試指令和測試數(shù)據(jù)進行綜合控制管理；

所述的實時處理器設(shè)置多臺，每臺實時處理器分別配置相應(yīng)的功能模塊，所有實時處理器通過光纖連接共享反射內(nèi)存形成一個信息共享的整體控制器；

所述的整體控制器還分別連接上位機和外部測試模塊。

所述的實時處理器中的功能模塊包括：

環(huán)境模型仿真模塊：用于對燃料電池汽車動力系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行仿真并得到相應(yīng)的模型數(shù)據(jù)；

數(shù)據(jù)分發(fā)模塊：用于將外部測試模塊的測試數(shù)據(jù)、環(huán)境模型仿真模塊的模型數(shù)據(jù)、上位機的指令數(shù)據(jù)分發(fā)至整體控制器中其他對應(yīng)的功能模塊；

數(shù)據(jù)融合模塊：用于對外部測試模塊上傳的測試數(shù)據(jù)、環(huán)境模型仿真模塊生成的模型數(shù)據(jù)、上位機下發(fā)的指令數(shù)據(jù)和系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)進行融合；

數(shù)據(jù)存儲模塊：用于對融合后的數(shù)據(jù)進行存儲；

數(shù)據(jù)冗余處理模塊：用于對數(shù)據(jù)存儲模塊中存儲的外部測試模塊的測試數(shù)據(jù)進行冗余校驗；

通信模塊：用于與外部測試模塊進行數(shù)據(jù)通信；

環(huán)境模型仿真模塊在接收到數(shù)據(jù)分發(fā)模塊分發(fā)的上位機指令數(shù)據(jù)以及相關(guān)配置信號后進行仿真運算，運算所得的模型數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)分發(fā)模塊分發(fā)至數(shù)據(jù)通信模塊，數(shù)據(jù)通信模塊將模型數(shù)據(jù)發(fā)送至各個外部測試模塊，并將模型數(shù)據(jù)用于實際測試；

各個外部測試模塊測試產(chǎn)生的測試數(shù)據(jù)通過通信模塊上傳至整體控制器，數(shù)據(jù)融合模塊進行數(shù)據(jù)融合，進而通過數(shù)據(jù)存儲模塊進行數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)冗余處理模塊對數(shù)據(jù)存儲模塊中的測試數(shù)據(jù)進行有效性校驗，獲得正確數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分發(fā)模塊將正確數(shù)據(jù)進行分發(fā)。

所述的功能模塊還包括：

授時模塊：用于對整體控制器內(nèi)所有功能模塊和外部測試模塊進行時間同步；

運行守護模塊：用于監(jiān)測整體控制器內(nèi)所有功能模塊和外部測試模塊的運行狀態(tài)。

所述的整體控制器設(shè)置多種通信接口，并通過多種通信接口中的任意一個或多個與外部測試模塊進行通信連接。

所述的多種通信接口包括TCP/IP、ModBus、CAN、EtherCAT和反射內(nèi)存。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明實時處理器通過光纖連接共享反射內(nèi)存形成一個信息共享的整體控制器，進而對動力系統(tǒng)綜合測試儀器進行綜合管理，實現(xiàn)了對多任務(wù)、多業(yè)務(wù)綜合控制；

(2)本發(fā)明設(shè)置數(shù)據(jù)融合模塊和數(shù)據(jù)分發(fā)模塊分別實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲融合與分發(fā)功能，保證了數(shù)據(jù)的安全性和可靠性；

(3)本發(fā)明設(shè)置授時模塊，通過系統(tǒng)同步授時，實現(xiàn)對所有子任務(wù)外部測試模塊的測量數(shù)據(jù)采集和實時控制；

(4)本發(fā)明采用多種通信方式實現(xiàn)對外部測試模塊的管理與控制業(yè)務(wù)執(zhí)行，實現(xiàn)了通信數(shù)據(jù)冗余，保證了測試系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，測試系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)的可靠性。

附圖說明

圖1為用于燃料電池汽車動力綜合測試儀器的主控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為授時模塊的工作原理框圖。

圖中，1為上位機，2為以太網(wǎng)交換機，3為實時處理器，4為共享反射內(nèi)存，5為外部測試模塊，31為環(huán)境模型仿真模塊，32為數(shù)據(jù)分發(fā)模塊，33為數(shù)據(jù)融合模塊，34為數(shù)據(jù)存儲模塊，35為數(shù)據(jù)冗余處理模塊，36為授時模塊，37為運行守護模塊，38為通信模塊。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。

實施例

如圖1所示，一種用于燃料電池汽車動力綜合測試儀器的主控系統(tǒng)，綜合測試儀器包括多個測試燃料電池汽車不同性能的外部測試模塊5，主控系統(tǒng)用于對外部測試模塊5進行控制管理，主控系統(tǒng)包括：

上位機1：用于用戶登錄、分發(fā)測試指令、顯示當(dāng)前綜合儀器狀態(tài)和測試數(shù)據(jù)；上位機1，是與用戶交互的媒介，操作員可以通過登錄專用項目管理等截面跳轉(zhuǎn)到功能實現(xiàn)主體程序中，實現(xiàn)試驗配置、測試執(zhí)行、狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)監(jiān)控以及數(shù)據(jù)后處理等功能。

實時處理器3：用于對測試指令和測試數(shù)據(jù)進行綜合控制管理；實時處理器3設(shè)置多臺，每臺實時處理器3分別配置相應(yīng)的功能模塊，所有實時處理器3通過光纖連接共享反射內(nèi)存4形成一個信息共享的整體控制器；整體控制器還分別連接上位機1和外部測試模塊5。

所述的實時處理器3中的功能模塊包括：

環(huán)境模型仿真模塊31：用于對燃料電池汽車動力系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行仿真并得到相應(yīng)的模型數(shù)據(jù)；

數(shù)據(jù)分發(fā)模塊32：用于將外部測試模塊5的測試數(shù)據(jù)、環(huán)境模型仿真模塊31的模型數(shù)據(jù)、上位機1的指令數(shù)據(jù)分發(fā)至整體控制器中其他對應(yīng)的功能模塊；

數(shù)據(jù)融合模塊33：用于對外部測試模塊5上傳的測試數(shù)據(jù)、環(huán)境模型仿真模塊31生成的模型數(shù)據(jù)、上位機1下發(fā)的指令數(shù)據(jù)和系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)進行融合；

數(shù)據(jù)存儲模塊34：用于對融合后的數(shù)據(jù)進行存儲；

數(shù)據(jù)冗余處理模塊35：用于對數(shù)據(jù)存儲模塊34中存儲的外部測試模塊5的測試數(shù)據(jù)進行冗余校驗；

通信模塊38：用于與外部測試模塊5進行數(shù)據(jù)通信；

環(huán)境模型仿真模塊31在接收到數(shù)據(jù)分發(fā)模塊32分發(fā)的上位機1指令數(shù)據(jù)以及相關(guān)配置信號后進行仿真運算，運算所得的模型數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)分發(fā)模塊32分發(fā)至數(shù)據(jù)通信模塊38，數(shù)據(jù)通信模塊38將模型數(shù)據(jù)發(fā)送至各個外部測試模塊5，并將模型數(shù)據(jù)用于實際測試；

各個外部測試模塊5測試產(chǎn)生的測試數(shù)據(jù)通過通信模塊38上傳至整體控制器，數(shù)據(jù)融合模塊33進行數(shù)據(jù)融合，進而通過數(shù)據(jù)存儲模塊34進行數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)冗余處理模塊35對數(shù)據(jù)存儲模塊34中的測試數(shù)據(jù)進行有效性校驗，獲得正確數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分發(fā)模塊32將正確數(shù)據(jù)進行分發(fā)。

功能模塊還包括：

授時模塊36：用于對整體控制器內(nèi)所有功能模塊和外部測試模塊5進行時間同步；

運行守護模塊37：用于監(jiān)測整體控制器內(nèi)所有功能模塊和外部測試模塊5的運行狀態(tài)。

整體控制器設(shè)置多種通信接口，并通過多種通信接口中的任意一個或多個與外部測試模塊5進行通信連接。多種通信接口包括TCP/IP、ModBus、CAN、EtherCAT和反射內(nèi)存4。

本實施例中實時處理器3設(shè)置3臺，RT01作為模型執(zhí)行實時執(zhí)行計算機，主要搭載了環(huán)境模型仿真模塊31；RT02作為數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)執(zhí)行計算機，主要搭載了數(shù)據(jù)分發(fā)模塊32、數(shù)據(jù)冗余處理模塊35、運行守護模塊37和授時模塊36；RT03作為總線數(shù)據(jù)處理執(zhí)行計算機，主要搭載了綜合儀器各子任務(wù)外部測試模塊5驅(qū)動接口、數(shù)據(jù)融合模塊33、數(shù)據(jù)存儲模塊34、授時模塊36和通信模塊38?？梢詫崿F(xiàn)半實物聯(lián)合仿真，在試驗過程中對于電堆狀態(tài)、車輛工況數(shù)據(jù)可以通過仿真模塊實時計算得到，計算得到的數(shù)據(jù)分發(fā)到各個子任務(wù)外部測試模塊5中，為實際測試所用。RT01搭載環(huán)境模型仿真模塊31，在試驗過程中對于電堆狀態(tài)、車輛工況數(shù)據(jù)可以通過仿真模塊實時計算得到，計算得到的數(shù)據(jù)分發(fā)到各個子任務(wù)外部測試模塊5中，為實際測試所用。RT02通過以太網(wǎng)交換機2連接上位機1。RT01、RT02、RT03是既互相獨立又相互聯(lián)系的三個實時處理器3，分別負(fù)責(zé)不能功能的執(zhí)行；同時他們計算、分析、處理后的數(shù)據(jù)通過共享反射內(nèi)存4實現(xiàn)共享。數(shù)據(jù)融合模塊33體現(xiàn)在RT03中，融合的數(shù)據(jù)包括外部測試模塊5上傳的測試數(shù)據(jù)、環(huán)境模型仿真模塊31生成的模型數(shù)據(jù)、上位機1下發(fā)的指令數(shù)據(jù)和配置數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)融合包括數(shù)據(jù)讀取和數(shù)據(jù)篩選兩步，數(shù)據(jù)讀取確?？偩€上傳的數(shù)據(jù)不丟失。數(shù)據(jù)篩選去除重復(fù)值，得到有效數(shù)據(jù)。(即在主控接收到子任務(wù)的某一數(shù)據(jù)參數(shù)后，在連續(xù)幾個采樣周期內(nèi)參數(shù)值不發(fā)生變化的情況下，數(shù)據(jù)參數(shù)值不再存儲至主控的內(nèi)存地址中，以減少地址的占用，便于數(shù)據(jù)的回放)。數(shù)據(jù)融合后將數(shù)據(jù)更新至RT03的數(shù)據(jù)池中。數(shù)據(jù)存儲模塊34同時以2種方式存儲1)寫入共享反射內(nèi)存4，寫入操作在數(shù)據(jù)融合之后；2)寫入RT03硬盤，以.tdms文件保存。操作員可在上位機1軟件上通過手動操作(SVN)上傳至服務(wù)器，實現(xiàn)服務(wù)器的存儲。數(shù)據(jù)冗余處理模塊35，首先實現(xiàn)數(shù)據(jù)的冗余，再對冗余的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)校驗得出正確有效的數(shù)據(jù)。這里冗余采用兩種方式，一種冗余方式是單一數(shù)據(jù)源的冗余，例如只采用modbus通信，是單一數(shù)據(jù)源。采用單一數(shù)據(jù)源的子任務(wù)通過建立兩條物理通道與主控系統(tǒng)通信，一條為主通道，與RT03建立modbus通信，另一條為冗余通道，與RT02建立modbus通信，從而實現(xiàn)單一數(shù)據(jù)源的冗余。另一種是多數(shù)據(jù)源的冗余方式，可以根據(jù)外部任務(wù)對象的不同采用設(shè)定的五種通信方式的幾種，例如采用modbus和反射內(nèi)存兩種通信方式與RT03建立連接，存在兩種或以上通訊方式的數(shù)據(jù)，以其中一種通信作為主要通訊，另一種則為冗余數(shù)據(jù)。實現(xiàn)了數(shù)據(jù)冗余后，RT02需要對冗余的數(shù)據(jù)進行校驗，判斷數(shù)據(jù)的有效性。校驗類型主要包括狀態(tài)/指令的校驗和參數(shù)的校驗。同時，校驗分為數(shù)據(jù)相等和不相等的兩種情況。

授時模塊36的工作原理如圖2所示，以RT02或RT03作為授時服務(wù)器，本實施例以RT02作為授時服務(wù)器，按照PTP授時原理進行同步授時。主控系統(tǒng)與外部采用UDP協(xié)議進行同步授時，主控系統(tǒng)內(nèi)部RT02和RT03之間采用UDP和RM(Reflective Memory，反射內(nèi)存)兩種通訊協(xié)議來進行PTP同步授時的是時鐘偏差的計算，然后通過時鐘偏差仲裁機制來確定最終的時鐘偏差，并按照此偏差進行主控系統(tǒng)內(nèi)部RT間的同步授時。

運行守護模塊37中守護主要分為ready前守護和運行中守護。Ready前守護主要保證試驗開始前系統(tǒng)各個節(jié)點的正確性，是必須執(zhí)行的步驟。由上位機1負(fù)責(zé)系統(tǒng)內(nèi)部自檢、喂狗檢查、系統(tǒng)外部檢查、任務(wù)系統(tǒng)部署授時、發(fā)送就緒指令。

運行中守護保證系統(tǒng)運行過程中處于保護的狀態(tài)。在系統(tǒng)層級，運行中守護包括主控系統(tǒng)內(nèi)部的守護和外部系統(tǒng)的守護。運行中守護除了包含Ready前守護中的周期性守護程序(看門狗、授時等)外，其它的守護主要分為對內(nèi)和對外的守護。