汽车|燃料电池汽车动力系统测试平台的设计与验证( 三 )
图3 系统状态划分
根据马尔可夫理论模型 ， 假设RT01、RT02的失效率分别为 λ1、λ2 ， 故障修复率均为u ， 则在t～( t+Δt)时间内 ， RT01、RT02发生故障的概率分别为λ1Δt、λ2Δt ， 故障修复的概率为uΔt 。 根据状态转移关系 ， 可作出系统空间状态转移图 ， 如图4所示 。
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图4 系统空间状态转移
根据图4可以写出系统故障转移矩阵：
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消去Δ t ， 可求出系统故障转移密度矩阵：
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双模冗余系统可靠性模型中定义了6个状态：
微分方程的求解结果如图5所示 。 通过上述测试结果可以证明主控系统的冗余部件提高了系统可靠性 。
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图5 系统冗余可靠度
3.3 冗余切换设计
测试平台在试验过程中要求良好的通信实时性 ， 所以实时处理器的冗余应设计为热备份形式 。 在热备份的工作方式下 ， 2个实时处理器同时处于运行状态 ， 其中RT02为主设备 ， 用于接收外部子设备的试验数据信息 ， 以及下发上位机的指令 。 当主设备故障时 ， 备份设备RT03不需要启动时间就能快速接替主设备工作 ， 可提高试验的稳定性和可靠性 。 由此可知 ， 上位机对实时处理器的状态监控以及主、从设备的数据同步是实现冗余切换的基础 。 为了使设备之间能够无缝切换 ， 需要保证设备之间的数据实时同步 。 主设备接收外部试验模块的报文后 ， 进行数据解析等工作 ， 将自己的运算结果和相关状态通过反射内存发送给备用设备 。 备用设备将自己的运行结果与主设备发送来的结果进行比较 ， 如果相同 ， 发送确认信息 ， 此时数据已同步 ， 如果不相同 ， 则修改自己的运行结果并将信息反馈给主设备 ， 保证备用设备的输出部分与主监控系统同步 。 同时 ， 当主设备出现故障时 ， 需要通过同步控制将主机的部分数据复制到本机 ， 实现监控系统数据信息的一致性和完整性 。
当主设备故障时 ， 上位机会出现报警 。 待故障维修完成 ， 作为备用设备接入主控系统中继续使用 。 主、备设备切换流程如图6所示 。
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图6 主、备设备切换流程
4 测试平台验证4.1 测试平台验证过程
测试平台集成了模型在环（Mode-in-the-Loop ， MiL）、软件在环（Software-in-the-Loop ， SiL）和硬件在环（Hardware-in-the-Loop ， HiL）测试功能 ， 可以无缝连接完成模型、硬件在环仿真和台架测试内容 。 本文以混合度仿真测试为例 ， 验证测试平台的功能 。 测试流程如图7所示 。
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图7 主控系统验证流程
试验进行过程中 ， 同时验证冗余切换策略的有效性 。 在上位机的状态监控模块中设计了主动故障注入机制 ， 通过人为抛出异常的方式模拟实时处理器故障信息 。 故障注入流程如图8所示 。
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图8 故障注入流程
混合度指燃料电池发动机的功率与动力系统功率的比率 ， 是FCV动力系统开发和验证的重要指标 。 在文献[15]、文献[16]中 ， 混合度定义为蓄电池结构设计功率在动力源总的结构设计功率中的占比 ， 在文献[17]中定义为蓄电池功率在动力源总输出功率中的占比 。
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