[发明专利]一种冗余制动系统硬件在环试验台及试验方法

权利要求书

1.一种冗余制动系统硬件在环试验台，包括有加载装置、液压制动系统、实时仿真机、上位机和供电模块，其中加载装置与液压制动系统相连接，实时仿真机分别与加载装置和液压制动系统相连接，实时仿真机通过接收的信号控制加载装置和液压制动系统的工作，实时仿真机和上位机之间通过以太网相连接，实时仿真机和上位机之间利用TCP/IP协议进行数据传输，供电模块分别与加载装置、液压制动系统、实时仿真机和上位机相连接，供电模块为加载装置、液压制动系统、实时仿真机和上位机提供电力，其特征在于：所述的实时仿真机为dSPACE公司的实时控制器SCALEXIO，SCALEXIO对传感器信号进行采集处理，模拟电动助力器以及ESC所需的信号，并运行Carsim的车辆模型，SCALEXIO利用模拟量输入通道采集液压制动系统中压力传感器测量的四个轮缸压力信号；SCALEXIO利用模拟量输入通道采集力传感器采集到的电动缸作用在电动助力器推杆上的力的大小；SCALEXIO利用控制器局域网CAN通信通道与电动助力器和ESC的CAN通道连接，模拟车辆CAN网络上层节点与ESC和电动助力器进行CAN通信，接收电动助力器与ESC的ECU发出的CAN信号，并向二者发送车辆上层CAN信号，保证电动助力器与ESC处于正常工作的车辆CAN网络中，SCALEXIO通过CAN通道与电动缸驱动装置通信，通过发送CAN信号实现对电动缸运动的控制同时通过CAN信号采集电动缸的运动信息；SCALEXIO利用数字量输入通道采集电动助力器的PTS传感器信号，PTS传感器信号通过PWM与SENT协议双信号冗余备份传输，并通过数字量输出通道将采集到的PTS传感器信号分别以PWM和SENT协议的形式发送给电动助力器的ECU，SCALEXIO利用模拟量输出通道模拟轮速传感器信号发送给ESC，保证ESC能够识别出车辆模型运行过程中的各个车轮的轮速，从而正常工作；SCALEXIO利用数字量输出通道控制两个电磁继电器通断实现SW1、SW3、SW4、SW6四根信号线的不同连接组合，以完成对电子手刹的控制；所述的加载装置内设置有电动缸，电动缸型号为KollmorgenS700，电动缸通过支架装配在铸铁平台上，电动缸通过推杆与液压制动系统内的制动主缸相连接，推杆上套设有轴承套筒，推杆上还装配有力传感器，力传感器和电动缸均与实时仿真机相连接，力传感器能够把采集的数据传输给实时仿真机，实时仿真机控制电动缸的工作；所述的液压制动系统包括有制动主缸、电动助力器、两个前制动器和两个后制动器，其中制动主缸、电动助力器、两个前制动器和两个后制动器均装配在支撑架上，电动助力器装配在制动主缸与电动缸之间的推杆上，制动主缸通过两条管路与ESC相连接，ESC通过四条管路分别与两个前制动器和两个后制动器相连接，四条管路上分别装配有压力传感器，两个后制动器上集成有EPB，两个EPB电机的正负极分别与ESC相应的线束连接实现EPB功能，电动助力器和ESC均与实时仿真机相连接并由实时仿真机控制工作，四个压力传感器也与实时仿真机相连接，四个压力传感器能够把采集的信号传输给实时仿真机。

2.根据权利要求1所述的一种冗余制动系统硬件在环试验台，其特征在于：所述的上位机内运行的软件包括有Carsim、Simulink、ConfigurationDesk和ControlDesk，其中Carsim提供车辆模型，能够配置车辆参数，满足针对不同车型进行测试的条件，配置车辆输入输出接口以便实现各种信号的交互，并能设置车辆运行的工况与场景；Simulink搭建模型，包括动力电机模型，用于替换Carsim车辆模型中的动力系统，实现对于电动汽车的仿真，并将车辆模型、动力电机模型与SCALEXIO相应的输入输出模块连接，形成完整的信号交互系统；ConfigurationDesk用于对输入输出模块的定义与参数配置，并将SCALEXIO硬件资源分配给对应的模块，实现模型与硬件的信号交互，ConfigurationDesk中还能进行故障注入相关的设置；ControlDesk用于实验过程的管理，参数的在线标定以及数据的观察与记录。

3.根据权利要求1所述的一种冗余制动系统硬件在环试验台，其特征在于：所述的供电模块包括有220V电源、380V电源和可编程电源，其中220V电源为家用交流电，380V电源为工业用三相交流电，可编程电源型号为Sorensen DLM16-185E,输出电压的调节范围为0-16V，功率为3kW,最大电流185A。

4.根据权利要求2所述的一种冗余制动系统硬件在环试验台的在环试验方法，其特征在于：其方法包括如下步骤：

第一步、确定测试用例：

步骤一、基础功能测试：根据制动系统的功能定义对系统的功能进行测试，主要功能可分为基础的驾驶员助力功能，包括踩下踏板有响应，稳定性控制功能，包括EBD、TCS、ABS以及ESC，还有驾驶辅助功能，包括AEB、EPB、AVH、HHC、HDC、HBB、HBA、AWB、ABA、ABP、CDP和CRBS；

步骤二、根据车辆的运行场景，包括道路坡度、路面附着系数，车辆自身状态，包括车速、方向盘转角，以及制动系统功能模式进行组合导出测试用例；

步骤三、故障注入测试：对于制动系统进行故障注入测试，首先对制动系统可能发生的故障，进行故障分析，生成制动系统故障注入测试用例，具体如下：

对于故障注入测试用例，根据车辆运行工况，包括：车辆速度、加速度、和道路状况；制动系统功能模式，包括ABS和ESC；CAN通信故障类型，包括CAN通信线路故障和CAN通信报文信号错误；传感器失效的故障类型，包括线路断路、线路短路、渐进性故障、渐发性故障和突发性故障进行组合，生成测试用例；

除正向分析得到故障列表与故障注入测试用例外，还根据供应商提供的故障列表与测试需求生成测试用例进行测试；

第二步、进行测试：

步骤一、硬件连接：将上位机与SCALEXIO用网线连接，将SCALEXIO与试验台对应线束连接，将整个试验装置供电；

步骤二、根据被试车辆型号在Carsim中配置好车辆参数，根据测试用例在Carsim中设置道路场景与测试工况；

步骤三、编译模型：在ConfigurationDesk中选择需要进行故障注入的硬件通道，然后将搭建完成并已经配置好输入输出接口的Simulink模型编译；

步骤四、常规功能测试：在Carsim中进入测试环节，在ControlDesk中根据待测试功能以及测试用例设置参数并记录数据，在ControlDesk中通过CANopen控制电动缸推动踏板推杆进行制动，观察相应功能是否触发以及触发后车辆的状态，并按照测试用例更改车速、通过CAN信号更改不同方向盘转角，完成不同工况的多组测试；

步骤五、故障注入测试：按照故障注入测试步骤实现对于故障信息的注入，并观察记录实验数据，按照测试用例的需求更改相关参数重复试验，完成不同工况的测试；

第三步、数据处理与分析：

测试完成后，对记录的数据进行处理与分析，对制动系统进行功能测试，主要是通过硬件在环的方法进行以下方面的验证，具体步骤如下：

步骤一、验证相应的功能是否工作；

步骤二、确定不同功能的功能逻辑；

步骤三、确定不同功能介入的边界；

步骤四、验证不同功能起作用后的作用效果；

步骤五、验证不同功能之间是否有逻辑的交互与冲突；

对制动系统进行故障注入测试，主要是观察系统故障后的表现并分析系统对于不同故障的处理方案，具体步骤如下：

步骤一、确定注入故障后制动系统是否能够准确识别故障；

步骤二、确定注入故障后制动系统功能是否工作；

步骤三、确定注入故障后制动系统功能指标并与无故障进行对比；

步骤四、分析待测试ECU对故障的处理逻辑。