[發明專利]一種冗余制動系統硬件在環試驗臺及試驗方法

有效

• 申請號: 202110659326.5
• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113218677B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 趙健;康宇;朱冰;靳萬里;卜純研;李揚;楊港;黨瑞捷
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01M17/007
• 分類號: G01M17/007
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙) 22212
• 代理人: 鞠傳龍

1.一種冗余制動系統硬件在環試驗臺，包括有加載裝置、液壓制動系統、實時仿真機、上位機和供電模塊，其中加載裝置與液壓制動系統相連接，實時仿真機分別與加載裝置和液壓制動系統相連接，實時仿真機通過接收的信號控制加載裝置和液壓制動系統的工作，實時仿真機和上位機之間通過以太網相連接，實時仿真機和上位機之間利用TCP/IP協議進行數據傳輸，供電模塊分別與加載裝置、液壓制動系統、實時仿真機和上位機相連接，供電模塊為加載裝置、液壓制動系統、實時仿真機和上位機提供電力，其特征在于：所述的實時仿真機為dSPACE公司的實時控制器SCALEXIO，SCALEXIO對傳感器信號進行采集處理，模擬電動助力器以及ESC所需的信號，并運行Carsim的車輛模型，SCALEXIO利用模擬量輸入通道采集液壓制動系統中壓力傳感器測量的四個輪缸壓力信號；SCALEXIO利用模擬量輸入通道采集力傳感器采集到的電動缸作用在電動助力器推桿上的力的大?。籗CALEXIO利用控制器局域網CAN通信通道與電動助力器和ESC的CAN通道連接，模擬車輛CAN網絡上層節點與ESC和電動助力器進行CAN通信，接收電動助力器與ESC的ECU發出的CAN信號，并向二者發送車輛上層CAN信號，保證電動助力器與ESC處于正常工作的車輛CAN網絡中，SCALEXIO通過CAN通道與電動缸驅動裝置通信，通過發送CAN信號實現對電動缸運動的控制同時通過CAN信號采集電動缸的運動信息；SCALEXIO利用數字量輸入通道采集電動助力器的PTS傳感器信號，PTS傳感器信號通過PWM與SENT協議雙信號冗余備份傳輸，并通過數字量輸出通道將采集到的PTS傳感器信號分別以PWM和SENT協議的形式發送給電動助力器的ECU，SCALEXIO利用模擬量輸出通道模擬輪速傳感器信號發送給ESC，保證ESC能夠識別出車輛模型運行過程中的各個車輪的輪速，從而正常工作；SCALEXIO利用數字量輸出通道控制兩個電磁繼電器通斷實現SW1、SW3、SW4、SW6四根信號線的不同連接組合，以完成對電子手剎的控制；所述的加載裝置內設置有電動缸，電動缸型號為KollmorgenS700，電動缸通過支架裝配在鑄鐵平臺上，電動缸通過推桿與液壓制動系統內的制動主缸相連接，推桿上套設有軸承套筒，推桿上還裝配有力傳感器，力傳感器和電動缸均與實時仿真機相連接，力傳感器能夠把采集的數據傳輸給實時仿真機，實時仿真機控制電動缸的工作；所述的液壓制動系統包括有制動主缸、電動助力器、兩個前制動器和兩個后制動器，其中制動主缸、電動助力器、兩個前制動器和兩個后制動器均裝配在支撐架上，電動助力器裝配在制動主缸與電動缸之間的推桿上，制動主缸通過兩條管路與ESC相連接，ESC通過四條管路分別與兩個前制動器和兩個后制動器相連接，四條管路上分別裝配有壓力傳感器，兩個后制動器上集成有EPB，兩個EPB電機的正負極分別與ESC相應的線束連接實現EPB功能，電動助力器和ESC均與實時仿真機相連接并由實時仿真機控制工作，四個壓力傳感器也與實時仿真機相連接，四個壓力傳感器能夠把采集的信號傳輸給實時仿真機。

2.根據權利要求1所述的一種冗余制動系統硬件在環試驗臺，其特征在于：所述的上位機內運行的軟件包括有Carsim、Simulink、ConfigurationDesk和ControlDesk，其中Carsim提供車輛模型，能夠配置車輛參數，滿足針對不同車型進行測試的條件，配置車輛輸入輸出接口以便實現各種信號的交互，并能設置車輛運行的工況與場景；Simulink搭建模型，包括動力電機模型，用于替換Carsim車輛模型中的動力系統，實現對于電動汽車的仿真，并將車輛模型、動力電機模型與SCALEXIO相應的輸入輸出模塊連接，形成完整的信號交互系統；ConfigurationDesk用于對輸入輸出模塊的定義與參數配置，并將SCALEXIO硬件資源分配給對應的模塊，實現模型與硬件的信號交互，ConfigurationDesk中還能進行故障注入相關的設置；ControlDesk用于實驗過程的管理，參數的在線標定以及數據的觀察與記錄。

3.根據權利要求1所述的一種冗余制動系統硬件在環試驗臺，其特征在于：所述的供電模塊包括有220V電源、380V電源和可編程電源，其中220V電源為家用交流電，380V電源為工業用三相交流電，可編程電源型號為Sorensen DLM16-185E,輸出電壓的調節范圍為0-16V，功率為3kW,最大電流185A。

4.根據權利要求2所述的一種冗余制動系統硬件在環試驗臺的在環試驗方法，其特征在于：其方法包括如下步驟：

第一步、確定測試用例：

步驟一、基礎功能測試：根據制動系統的功能定義對系統的功能進行測試，主要功能可分為基礎的駕駛員助力功能，包括踩下踏板有響應，穩定性控制功能，包括EBD、TCS、ABS以及ESC，還有駕駛輔助功能，包括AEB、EPB、AVH、HHC、HDC、HBB、HBA、AWB、ABA、ABP、CDP和CRBS；

步驟二、根據車輛的運行場景，包括道路坡度、路面附著系數，車輛自身狀態，包括車速、方向盤轉角，以及制動系統功能模式進行組合導出測試用例；

步驟三、故障注入測試：對于制動系統進行故障注入測試，首先對制動系統可能發生的故障，進行故障分析，生成制動系統故障注入測試用例，具體如下：

對于故障注入測試用例，根據車輛運行工況，包括：車輛速度、加速度、和道路狀況；制動系統功能模式，包括ABS和ESC；CAN通信故障類型，包括CAN通信線路故障和CAN通信報文信號錯誤；傳感器失效的故障類型，包括線路斷路、線路短路、漸進性故障、漸發性故障和突發性故障進行組合，生成測試用例；

除正向分析得到故障列表與故障注入測試用例外，還根據供應商提供的故障列表與測試需求生成測試用例進行測試；

第二步、進行測試：

步驟一、硬件連接：將上位機與SCALEXIO用網線連接，將SCALEXIO與試驗臺對應線束連接，將整個試驗裝置供電；

步驟二、根據被試車輛型號在Carsim中配置好車輛參數，根據測試用例在Carsim中設置道路場景與測試工況；

步驟三、編譯模型：在ConfigurationDesk中選擇需要進行故障注入的硬件通道，然后將搭建完成并已經配置好輸入輸出接口的Simulink模型編譯；

步驟四、常規功能測試：在Carsim中進入測試環節，在ControlDesk中根據待測試功能以及測試用例設置參數并記錄數據，在ControlDesk中通過CANopen控制電動缸推動踏板推桿進行制動，觀察相應功能是否觸發以及觸發后車輛的狀態，并按照測試用例更改車速、通過CAN信號更改不同方向盤轉角，完成不同工況的多組測試；

步驟五、故障注入測試：按照故障注入測試步驟實現對于故障信息的注入，并觀察記錄實驗數據，按照測試用例的需求更改相關參數重復試驗，完成不同工況的測試；

第三步、數據處理與分析：

測試完成后，對記錄的數據進行處理與分析，對制動系統進行功能測試，主要是通過硬件在環的方法進行以下方面的驗證，具體步驟如下：

步驟一、驗證相應的功能是否工作；

步驟二、確定不同功能的功能邏輯；

步驟三、確定不同功能介入的邊界；

步驟四、驗證不同功能起作用后的作用效果；

步驟五、驗證不同功能之間是否有邏輯的交互與沖突；

對制動系統進行故障注入測試，主要是觀察系統故障后的表現并分析系統對于不同故障的處理方案，具體步驟如下：

步驟一、確定注入故障后制動系統是否能夠準確識別故障；

步驟二、確定注入故障后制動系統功能是否工作；

步驟三、確定注入故障后制動系統功能指標并與無故障進行對比；

步驟四、分析待測試ECU對故障的處理邏輯。