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汽车|燃料电池汽车动力系统测试平台的设计与验证( 二 )


分布式实时处理器的功能模块包括：
a.环境模型的仿真模块：用于模拟FCV的运行环境、外部子模块的通信安全机制的控制、系统的在线诊断模型控制以及通信调度机制的控制 。
b. 数据分发模块：将外部子模块的测试数据、环境模型模拟模块的运行数据、主机的指令数据分配给相应的目标单元或模块 。
c.数据融合模块：将系统中不同形式与格式的数据进行解析、转换和融合 ， 包含外部子模块上传的测试数据、仿真模块的运行数据、上位机指令数据和系统配置数据 。
d.授时模块：根据周期同步网络中的运行时钟 ， 包括主控制系统的内部设备和外部子模块 。
e.数据冗余处理模块：数据存储模块中的主通信数据源和备份通道数据源的冗余检查 。
f.通信协议解析模块：完成主控制系统与外部子模块之间的通信驱动程序和协议分析 。
g. 在线诊断模块：用于监控主控系统 ， 获取网络中各节点的运行状态和重要测试数据 ， 包括通信、数据有效性和测试数据 ， 按故障的紧急重要性分为4类 。
h.数据存储模块：将存储融合后的数据作为数据分发、冗余处理、在线诊断等模块的数据共享池 。 测试平台主控系统的构成如图2所示 。
汽车|燃料电池汽车动力系统测试平台的设计与验证
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图2 主控系统内部功能模块设计
3.2 系统冗余建模
如上所述 ， 主控制器是测试平台的监控中心 ， 也是实现集成测试平台的关键 。 主控制器可以调度和管理测试任务、模拟车辆和控制模型、处理数据和通信 ， 并实施在线诊断 。 为了实现这些复杂功能 ， 主控系统采用PXIe架构和实时处理器技术 ， 使用MATLAB/Simulink和LabVIEW工具链和图形建模功能分别实现相关功能 ， 但系统的可靠性是首先要解决的问题 。
在系统可靠性理论中 ， 系统可靠性定义为系统在规定时间内完成规定功能的能力 。 提高主控制器的可靠性可以减少故障和事故、系统停机时间和维护工作量 。 测试模块和UUTs模型之间的拓扑关系很复杂 ， 因此 ， 必须量化主控制器的可靠性模型 ， 并通过设备的冗余来提高和优化可靠性 。
首先 ， 对主控系统作出如下假设：系统状态离散 ， 每次状态变化时至多1个设备出现状态变化（故障或修复）；系统启动时所有设备均完好无故障；故障设备经修复返回前一个状态后 ， 下次故障概率不受之前的故障影响；所有设备故障均可检测 ， 且立即修复 ， 不存在故障检测不出的状态 。 在现有测试平台的使用过程中 ， 实时处理器RT01运行MATLAB/Simulink模型 ， 以模拟车辆、气候和虚拟组件的环境 ， 实时处理器RT02通过LabVIEW代码执行更多数据处理任务 ， 这些数据来自于主控系统所控制的各模块 。 当系统需要多任务并行工作时 ， 工作负载率超过60% ， 这可能导致更高的故障率 。
为了提高系统可靠性 ， 本文在现有平台的基础上设计主控系统中执行数据处理任务的实时处理器的冗余部件 ， 命名为RT03 。 RT03被设计为RT02的冗余热备份 ， 运行数据融合、数据存储、定时服务和通信解析功能 。 根据系统可靠性理论和马尔可夫理论模型[13-14] ， RT02与RT03并联 ， 主控制器为双模冗余系统 。 双模冗余系统可分为6个离散状态 ， 如图3所示 。 状态0表示所有设备均正常运行 ， 系统正常运行；状态1表示有1个冗余设备出现故障 ， 系统正常运行；状态2表示RT01出现故障 ， 系统故障；状态3表示2个冗余设备都出现故障 ， 系统故障；状态4表示RT01和1个冗余设备出现故障 ， 系统故障；状态5表示RT01和2个冗余设备均出现故障 ， 系统故障 。 其中 ， 系统处于状态0和状态1时为正常工作状态 ， 其余状态都是故障状态 。
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