一种混合动力和电动汽车用控制器的功能测试系统

摘要

本发明公开了一种混合动力和电动汽车用控制器的功能测试系统，其中的中央控制计算机对数字测试仪器和程控设备进行控制，同时与信号处理电路、控制器之间进行通讯，对控制器的输入输出信号进行处理，并对各种信号进行控制和显示；信号处理电路模拟输入到控制器的整车信号并传送给控制器，同时对控制器的输出信号经处理后交由数字测试仪器测试后显示，电池管理系统将监测到的高压电池的状态通过CAN通讯传送至中央控制器计算机在软件面板上显示。本测试系统能对控制器进行针对所有功能参数或者某项功能参数的自动测试，输出相应的测试报告；还能针对各项功能参数进行详细的手动测试，具有良好的通用性和可扩展性。

说明书

技术领域

本发明属于汽车领域，具体是涉及一种模拟混合动力和电动汽车用控制器与整车之间各种相互作用的输入输出信号，从而来检测控制器在正常工作状态下功能及性能是否能达到标准的测试系统。

背景技术

汽车在全球保有量的不断增加使人类面临能源短缺、全球变暖、空气质量水平下降等诸多挑战，能源短缺和环保的要求推动了汽车技术的不断发展。为此汽车工程师正在不断努力研究降低油耗的方法，寻求各种代用燃料，积极开发不用或者少用汽油的新型车辆，混合动力和电动汽车已经成为现代清洁汽车代表和发展方向。混合动力汽车最简单的概念是：装备了两种驱动装置(电机和发动机)并由两种能量源(汽油和电储能装置)，通过刹车制动能量回收和控制发动机在高效/低排放区等形式实现了高燃油经济性和清洁排放。电动汽车的最大特点是在行驶过程中没有排放污染，热辐射低，噪声低且零油耗。混合动力汽车和电动汽车可应用多种能源，能节省甚至不消耗汽油，解决汽车的能源需求问题，毫无疑问，他们是一种节能、环保、可持续发展的新型交通工具，具有广阔的发展前景。本发明所阐述的混合动力车主要是指一种中度混合动力(ISG，集成启动发电)车辆，除常规汽车的配置之外，还包括混合动力整车控制器，安装在发动机和变速箱之间的混合动力电机(ISG电机，集成启动发电的电机)，高压动力电池等核心部件；具有发动机的自动启停、辅助驱动、能量回收等混合动力的核心功能，从而达到降低发动机油耗的目的。本发明所阐述的电动汽车主要是指去掉发动机而包含控制器、电机和高压动力电池等核心部件的纯电动汽车。

在混合动力和电动汽车上，用于对电机和整车信号进行控制的控制器性能将直接影响车辆的动力性和安全性。在控制器设计、生产、维护等各个阶段都需要对控制器进行针对逻辑和电机控制功能的检测来验证控制器的设计及生产工艺是否达到既定的功能和性能标准。

发明内容

本发明公开了一种混合动力和电动汽车用控制器的功能测试系统，包括：测试信号接口及部分调试面板、程控设备、数字测试仪器、冷却系统、信号处理电路、中央控制计算机、电机、测功机、高压电池以及电池管理系统，其中中央控制计算机对数字测试仪器和程控设备进行控制，同时与信号处理电路、控制器之间进行通讯，对控制器的输入输出信号进行处理，并对各种信号进行控制和显示；信号处理电路模拟输入到控制器的整车信号并传送给控制器，同时对控制器的输出信号经处理后交由数字测试仪器测试后显示，电池管理系统将监测到的高压电池的状态通过CAN通讯传送至中央控制器计算机在软件面板上显示。

进一步，所述测试系统处理测试的对象包括控制器与电机、控制器与模拟整车信号之间的电流、电压等的各种数字、模拟信号和PWM驱动信号。

进一步，通过电池管理系统监测高压电池的状态，从而来判断高压电池用于驱动电机或者用于接收储存电机在发电状态下输出的电能。

进一步，中央控制计算机与信号处理电路、控制器、电池管理系统之间进行CAN通讯；高压电池与电池管理系统之间、信号处理电路与控制器之间用线束连接。

进一步，中央控制计算机通过设定多种电源电压、电机速度、扭矩来测试控制器中的逆变器在不同条件下的工作状态和工作效率。

进一步，中央控制计算机通过给控制器中的DC-DC变换器输入一个开启电压，然后通过设定不同负载、输入电压和PWM占空比来测试DC-DC变换器的输出和工作效率。

进一步，所述程控设备包括高压和低压的程控电源，为控制器及信号处理电路提供工作电源，电源开关受中央控制计算机软件控制，同时也受调试面板的机械开关强制控制。

进一步，电机受控制器控制，工作在发电和电动两种模式下，当电机工作在发电状态时，由测功机为其提供源动力，电机输出的三相电能量通过控制器的逆变器转化为两相直流电后储存在高压电池中；当电机工作在电动状态时，根据电池管理系统监测到的高压电池的状态来判断驱动电机的电量由高压电池提供还是由程控高压电源提供，并通过上述电源开关进行切换。所述测功机为一台内燃机或者电动机。

所述数字测试仪器(3)包括数字存储示波器和数字万用表。

所述冷却系统包括冷却水管和水泵，与控制器和电机的水道连接为一个水循环通路。

所述测试系统能够进行自动测试和手动测试。所述手动测试是由测试人员通过测试信号接口及部分调试面板和中央控制计算机的软件面板对控制器进行控制信号的输入并显示控制器的输出，从而来判断控制器工作是否正常。

本测试系统能对控制器进行针对所有功能参数或者某项功能参数的自动测试，输出相应的测试报告，其中某项功能参数和报告格式可由测试人员自由编辑；还能针对各项功能参数进行详细的手动测试，具有良好的通用性和可扩展性。

附图说明

图1为本发明功能测试系统的结构示意图。

具体实施方式

图1中描述了本功能测试系统的结构及所包含的各种测试或用于创造测试条件的设备仪器。主要包括：测试信号接口及部分调试面板1、受PC软件程控的设备2(程控电源、程控负载等)、数字测试仪器3(万用表、示波器等)、冷却水泵4(服务于电机和控制器的水冷却系统，系统工作后即启动)、信号处理电路5、中央控制计算机6(包含程控软件)、混合动力或电动汽车用控制器7、受控制器控制的电机8、测功机9(为受控制器控制的电机发电状态提供动力的内燃机或电动机)、高压电池10(用来接收受控制器控制的电机的发电能量或者驱动电机)以及监测高压电池的电池管理系统11。本测试系统采开放式架构，具有通用性和可扩展性，能够对产品进行功能参数测试和分析；能够模拟各种输入信号(数字信号，模拟信号，频率信号等)，且具备多种通信接口，例如：CAN，GPIB，RS-232，RS-485等；采集控制器的各种输出信号(数字信号，驱动负载，频率信号，电压信号等)；系统能够为控制器电路提供供电电源，双量程输出程控电源，为测试过程中测试电路提供供电电源，电源的输出电压和电流限定值能通过手动控制和过程控制；模拟控制器输出端口的负载，要求负载可以通过程控和手动控制实现负载大小连续可调；配备能够与中央控制计算机进行实时通讯的数字存储示波器，数字万用表，信号发生器，测试信号快捷接口面板，电脑显示器(面板)等。

本测试系统处理测试的对象主要为控制器7与电机8、控制器7与模拟整车信号之间的各种数字、模拟信号和PWM驱动信号等。在测试过程中，包含高压和低压的程控电源2为混合动力和电动车用控制器7、信号处理电路5及电池管理系统11提供工作电源，电源开关受计算机6软件控制，同时也受调试面板1的机械开关强制控制；中央控制计算机6软件控制器面板除了能对各种程控设备2控制外，还与信号处理电路5、控制器7和电池管理系统11之间进行CAN或者其他接口的通讯，对控制器的输入输出信号进行处理，在面板上进行各种信号的控制和显示。信号处理电路5与控制器7之间用线束连接，它一方面模拟输入控制器7的整车信号并送给控制器7，同时对控制器7的输出信号经处理后交由各种测试仪器3测试后在软件或者硬件调试面板上显示。中央控制计算机6控制程控电源、程控负载进行各种输出让控制器7工作在不同的电源、负载条件下，从而来测试控制器7在不同环境下的工作稳定性，如在测试控制器7中包含的逆变器时，中央控制计算机6将通过设定多种电源电压、电机速度、扭矩来测试逆变器在不同条件下的工作状态和工作效率；在对控制器7中包含的DC-DC变换器进行测试时，中央控制计算机6会给DC-DC变换器输入一个开启电压，然后通过设定不同负载、输入电压和PWM占空比来测试DC-DC变换器的输出和工作效率等工作状态，同时数字测试仪器3将按照要求对信号进行测试，并将测试结果在报表中记录下来。

由于受控制器7控制的电机8需要工作在发电和电动两种模式下，图1中的测功机9为一台内燃机或者电动机，主要为受控制器7控制的电机8工作在发电状态下提供源动力，电机8在发电状态下输出的三相电能量通过控制器7的逆变器转化为两相直流电后储存在高压电池10中，当受控制器7控制的电机8需要工作在电动模式下时，根据电池管理系统11监测到的高压电池10的状态来判断驱动电机8的电量由高压电池10提供还是由程控高压电源2提供，可通过高压母线上的开关进行切换。由于包含逆变器和DC-DC变换器的混合动力和电动汽车用控制器7与电机8都对温度有比较严格的要求，所以本测试系统中还包含一套水冷却系统，冷却水管、水泵4将控制器7和电机8的水道连接为一个水循环通路，从而达到将系统的温度控制在适当的要求范围内的目的。

本系统中的控制器在电动状态下，可根据电池管理系统11监测到的高压电池10的状态来判断驱动电机8的电量由高压电池10提供还是由程控高压电源2提供，系统通过开关在程控高压电源与高压电池之间进行选择切换，在发电状态下，系统通过切换开关用经过控制器整流后的高压电对高压电池进行充电，从而实现了能量的循环利用。

本测试系统包含自动测试和手动测试两种功能，使用者可根据具体需要通过中央控制计算机6结合调试面板1进行设置并可以更改测试参数标准范围值及编辑报表。自动测试可设定为多项参数测试或者全项参数测试，在中央控制计算机6上对参数和程控设备进行配置完毕后，测试系统将对控制器7按照测试要求进行一次性完整快速的功能测试，测试完毕后会自动输出测试结果报表；手动测试功能为使用者提供针对某一项功能参数进行测试的功能，手动测试主要是由测试人员通过测试信号接口及调试面板和中央控制器计算机的软件面板对控制器进行控制信号的输入并显示控制器的输出，从而来判断控制器工作是否正常，测试完毕同样能输出测试结果。