基于NI CompactRIO混合动力轿车整车标定系统的开发

　　挑战：针对混合动力汽车的特性，开发了基于NI CompactRIO的混合动力汽车整车标定系统，在台架及整车调试阶段，可以利用该系统对整车控制器内部的标定参数变量进行在线修改，以达到优化整车各项性能的目的。

　　应用方案：使用NI公司的CompactRIO实时控制器、Labview Real-Time、Labview FPGA、Labview RIO和Labview Real-Time Application工具来开发该自动化测试系统。

　　使用的产品：

　　Labview 8.5 软件开发平台
　　Labview Real-Time模块
　　Labview FPGA模块
　　Labview RIO模块
　　NI CompactRIO-9014 带128MB
　　DRAM的实时控制器
　　NI CompactRIO-9104 8槽可再配置
　　嵌入式机箱
　　NI 9853 2-Port High-Speed CAN Module

　　介绍

　　混合动力汽车融合了传统车和电动汽车的优势，其做为较成熟的新能源力量，已经得到广泛的发展。其整车控制器(VCU)用于实现整车能量管理和动力系统控制，是混合动力车的控制中枢。VCU中的控制参数是实现混合动力车性能的关键因素之一，必须进行相应的优化和标定工作。

　　车用电控单元标定是一个十分复杂的过程，一方面是由于被控系统工作状况的复杂性;另一方面是许多控制参数之间存在着影响。电控单元的运行参数和控制参数的优化需要使用专门的工具进行分析和修改，于是诞生了电控单元的标定系统。标定系统的选用关系到标定质量、标定时间和标定成本。因此选用一个完善、适用的电控单元标定系统是电控系统开发成功的关键因素之一。综合以上因素，最终选择了NI CompactRIO系统，在此平台之上开发混合动力汽车整车标定系统，其小巧的外形可放置在车厢任何空余位置而不影响整车空间;坚固的设计使得在汽车行驶工况比较恶劣的情况下依然可以稳定的运行;抗干扰措施可以消除行车过程中各种干扰对系统的影响;Labview图形化编程语言将工程师从复杂的编程工作中解放出来，大大缩短了开发周期;内置信号调理的可热插播I/O模块使得系统的开放性和灵活性增强，并且工程师可以访问到底层的硬件资源。

　　混合动力汽车设计方案

　　本文所研究的单轴并联式混合动力方案是一种前置前驱的中度混合形。经过大量的方案选型和设计，集成发动机、ISG电机、超级电容和双离合器等部件。将盘式一体化ISG电机直接安装在内燃机曲轴输出端，电机转子和发动机曲轴直接连接，定子固定在发动机机体上，电机取代了飞轮以及原有的起动机和发电机。

　　本方案混合动力系统的动力以内燃机驱动为主，电机辅助驱动。内燃机动力输出动态响应慢、扭矩输出控制精度差，而电机瞬间动力驱动响应快，扭矩输出控制精度高，能量回收效率高，因此利用电机工作特点对发动机工况进行优，制订了怠速停机、快速起动、减速断油、加速助力、电机常发电和减速制动能量回收等混合动力控制策略。

　　NI CompactRIO系统的优势

　　NI CompactRIO是一种小巧而坚固的工业化控制和采集系统，采用可重新配置I/O (reconfigurable I/O，缩写为RIO) 和FPGA技术实现超高性能和可自定义功能。其包含一个实时控制器与可重新配置的FPGA芯片，适用于可靠的独立嵌入式或分布式应用系统;还包含热插拔工业I/O模块，内置可直接和传感器/调节器连接的信号调理。这种设计使得低成本的构架具有开放性，用户可以访问到底层的硬件资源。

　　FPGA(Field Programmable Gate Array)，是PAL、GAL、PLD等可编程器件进一步发展的产物，其逻辑功能由内部规则排列的逻辑单元阵列完成。逻辑单元阵列内部包括可配置逻辑模块、输入输出模块和内部连线三个部分。工程师可通过软件编程实现FPGA内部的逻辑模块和I/O模块的重新配置，以实现自定义的逻辑。

　　FPGA技术有很多优势，包括自定义I/O硬件定时和同步、高度可靠性、数字信号处理和分析等。这些优势为快速增长的汽车电子测试技术提供了灵活的低成本解决方案。FPGA可以直接连接到数字和模拟I/O，并可对各通道定义不同的采样率和触发。应用FPGA技术，可对任何传感器信号进行高级信号处理和分析。在很多信号处理系统中，底层的信号预处理算法要处理大量的数据，对处理速度要求很高，但算法相对简单，可用FPGA进行编程实现。此外，可很方便的在FPGA上实现对所采集的信号作数字滤波运算、快速傅立叶变换、加窗等多种信号处理和分析。

　　系统的设计方案

　　混合动力整车标定与传统发动机标定有所不同，由于工况和环境更加复杂，因此对标定系统的稳定性有更高的要求，最终开发的标定硬件环境如图1所示。通信主端由便携式PC机与NI CompactRIO系统组成，通信通过TCP/IP完成;通信从端为整车控制器的msCAN。标定方式采用CCP这一基于CAN总线的车用标定协议，故NI CompactRIO系统通过CAN总线与整车控制器连接。