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一种基于互联网优化新能源汽车整车控制参数的系统及其方法 出售状态:未出售

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专利号 2015109663391 专利类型 发明专利
专利分类 软件开发 专利状态 已下证
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专利详细内容

专利名: 一种基于互联网优化新能源汽车整车控制参数的系统及其方法 出售状态: 未出售
专利号: 2015109663391 专利类型: 发明专利 专利分类: 软件开发
专利权人: 联系人 出售价格: 面议
详细介绍:

技术领域

本发明涉及物联网领域,提供一种基于互联网采用双CPU结构车辆电子控制单元、 手机和云平台优化新能源汽车控制参数的方法。

背景技术

新能源汽车的运行是由车辆电子控制单元ECU(ElectronicControlUnit)控制, 所以ECU中控制数据就决定了新能源汽车能否正常工作。换句话说,即使新能源汽车的机械 系统、电控系统完全正常,但控制数据不合适,将导致车辆可能完全无法运行,或是运行效 果达不到设计预期。因此,对于新能源汽车控制参数做出完整的“标定”(Calibration),是 使新能源汽车处于良好工作状态的重要环节。

现有的新能源汽车控制单元ECU的控制参数,简称“MAP”或“脉谱”,在出厂时以数 组这种变量类型固化到ECU的FLASH区内。MAP是通过人工大量的实车行驶实验进行标定得 到的数据。如果车辆不返厂进行重新标定,数据就无法更换,所以在车辆运行环境发生变 化、驾驶员驾驶习惯发生变化以及车辆状态发生变化时,现有新能源汽车控制单元内的MAP 是无法进行相应调整的,这将导致效率降低、驾驶体验变差甚至产生硬件损坏的现象。

发明内容

本发明的目的在于:针对现有技术的不足,提出一种基于互联网采用双CPU结构 ECU、手机与云平台优化新能源汽车ECU控制参数的系统和方法,其中主CPU采用微控制器 MCU,从CPU采用数据处理器DSP并带有WiFi模块。

该系统由ECU(A1)、手机(A2)和云平台(A3)组成。

其中ECU由主CPU(M1)、从CPU(M2)及GPRS/GPS/蓝牙集成模块组成。所述主CPU将 MAP存储在片上Flash单元中,分别通过两个片上UART模块与GPRS/GPS/蓝牙集成模块和从 CPU相连;所述GPRS/GPS/蓝牙集成模块外部留有SIM卡接口,内部嵌入TCP/IP协议栈和蓝牙 协议栈,支持GSM标准的Attention指令集即AT命令。该集成模块通过接收主CPU发送的AT 命令,实现GPRS通讯或GPS位置信息采集或蓝牙通讯功能;所述从CPU内嵌WiFi模块,负责数 据运算和WiFi通讯管理。从CPU通过UART串口获取主CPU的工况参数,对工况参数进行运算 处理后生成新的MAP,通过UART串口将MAP发送到主CPU。从CPU中的WiFi模块支持Station模 式和Direct模式,通过两种模式切换,实现与云平台和手机的通讯;手机通过WiFi或2G/3G/ 4G数据网络与云平台连接。

其中手机为市面上普通的智能手机,由车辆驾驶者持有,具有WiFi模块、蓝牙模块 和ECU管理APP。所述WiFi模块支持Direct模式,通过手机操作系统自带界面将WiFi模块设 置为Direct模式时实现手机与ECU通讯;所述蓝牙模块可设置为蓝牙主设备,通过操作系统 自带的搜索蓝牙设备功能,实现手机与ECU的蓝牙连接;所述ECU管理APP为手机软件(以下 简称手机APP),由客户端界面、客户端数据库、通信管理、MAP优化算法四个功能模块组成。 客户端界面包括ECU的实时工况数据和历史工况数据的显示、ECU编号设置以及MAP优化开 启按钮。客户端数据库按照时间顺序和先进先出原则,连续存储车辆工况参数;通信管理模 块负责与ECU和云平台的数据收发处理。与ECU通信时,通信管理模块负责协议的编码和解 码;与云平台通信时,通信管理模块负责数据库接口的解释;MAP优化算法模块实现对工况 数据的分析与新MAP的生成。

其中云平台为由云上网关、WCF服务器、网站服务器、云计算服务器、数据库以及网 页组成。所述云上网关负责与ECU之间通信数据的编码和解码,以及服务器域名和端口号的 固定;所述WCF服务器负责将云上网关解码后的数据推送给网站服务器和数据库,以及将网 站服务器的指令传递给云上网关;所述网站服务器维护网页用户数据库,负责解释网页界 面命令,维护用户与ECU之间关联以及ECU及其参数与数据库之间的关联;所述云计算服务 器负责根据MAP优化模型实现对同一批次ECU的大量数据运算,根据运算结果生成MAP;所述 数据库由工况参数数据库和MAP数据库组成。其中工况参数数据库按照时间顺序存储ECU的 各工况参数,MAP数据库存储ECU出厂时固化的MAP以及当前使用的MAP;所述网页实现ECU工 况数据和MAP显示,历史数据查询时的时间范围设置,MAP优化命令选择等功能。

系统通信连接方式:

主CPU通过UART串口与从CPU通信连接;主CPU还通过UART串口与GPRS/GPS/蓝牙集成模 块连接;从CPU连接WiFi模块采用WiFiDirect模式与手机连接,或采用WiFiStation模式 与云平台连接;主CPU控制GPRS/GPS/蓝牙集成模块并通过蓝牙与手机连接,或通过GPRS与 云平台连接。

控制参数MAP优化方法为:

在ECU中,并非所有的参数都需要进行动态优化与修正,因此通常MAP大小定义为1KB, MAP数组中第一个字的高字节和低字节分别描述MAP的行数X和列数Y,主CPU获取到新的MAP 时,查询MAP的首字信息,然后在RAM区域中动态开辟大小等于X*Y的字空间,最后将新的MAP 临时存放到开辟的空间中,等待新的MAP覆盖原来MAP后,释放动态开辟的RAM空间。主CPU接 收到来自从CPU或GPRS/GPS/蓝牙集成模块发送的MAP时,首先在RAM区开辟与MAP实际相等 大小的空间,并将原有的MAP复制到RAM区,随后擦除原有的MAP,将新的MAP写入到Flash中, 最后主CPU使用新的MAP。具体步骤为:

(1)ECU、手机APP和云平台中将MAP所在的Flash地址作为优化参数下发的起始地址,并 根据MAP优化算法模型实现MAP生成的代码;

(2)ECU的从CPU实时接收工况参数,根据优化代码分析输入控制与输出反馈的效果,判 读MAP优化的必要性。优化完成后,将优化结果通过UART发送给主CPU;

(3)ECU实时检测与手机和云平台的连接状态,ECU在与手机和云平台连接失败的情况 下,不断切换WiFiStation连接、WiFiDirect连接、GPRS连接和蓝牙连接四种方式,选择其 中一种与云平台或手机建立连接;

(4)设计人员在网页上查看ECU在线状态,根据需要点击网页界面上的MAP优化按钮,云 计算服务器根据命令访问并分析同一型号车辆的工况数据,生成通用的MAP,这些MAP通过 检查后被发送到GPRS/GPS蓝牙集成模块或从CPU,由GPRS/GPS蓝牙集成模块或从CPU转发给 主CPU;

(5)手机APP的客户端界面上可以选择下载云平台优化MAP,手机APP通过访问网络数据 库将云平台的MAP数据库复制到手机数据库中,在与ECU建立通讯连接后,手机APP的客户端 界面上还可以点击优化MAP按钮,手机执行MAP优化算法,并自动将优化后的MAP发送到 GPRS/蓝牙集成模块或从CPU,由GPRS/GPS蓝牙集成模块或从CPU转发给主CPU。

本发明有益效果:本发明通过多种通讯方式,实现ECU中MAP参数优化,使得MAP参 数的重新标定不受车辆位置和时间限制,只需投入最小的人力、物力成本就可以实现。本发 明适用面广,可拓展性强,灵活性高,配合手机软件和电脑软件使得操作者可以简单、方便 的对MAP参数的重新标定,使车辆始终保持高效率运行。

附图说明

图1为系统组成框图。

A1为ECU单元,其中M1为主CPU,M2为从CPU;M3为GPRS/GPS/蓝牙通讯模块;A2为手 机;A3为云平台。

图2为CC3200对MC9S12XET256中MAP参数优化的流程图。

图3为云平台通过MD251P对MC9S12XET256中MAP参数优化的流程图。

图4为云平台通过CC3200对MC9S12XET256中MAP参数优化的流程图。

图5为手机通过MD251P对MC9S12XET256中MAP参数优化的流程图。

图6为手机通过CC3200对MC9S12XET256中MAP参数优化的流程图。

图7为手机与云平台之间的数据传输流程图。


具体实施方式

为了使本发明目的技术方案更加清晰,以下结合附图对本发明进行详细说明。应 当理解,此处描述的具体实施方式仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。

(一)通信协议

主CPU与从CPU通过RS232接口进行物理连接,按照“从CPU命令——主CPU响应”流程,采 用主CPU和从CPU通信协议格式:

起始标识位 消息头 消息体 校验码 结束标识位 1Byte 2Byte nByte(n≥0) 1Byte 1Byte

标识位以0x7e作为开始标识位和结束标识位。消息头、消息体和校验码中含有0x7e 或0x7d时进行转义处理。转义方法为:0x7e转变为0x7d0x02;0x7d转义为0x7d0x01。

消息头包含命令码/响应码以及消息体长度信息,主CPU的响应码与从CPU的命 令码保持一致。命令码定义为:0x00表示ECU状态共享命令;0x01表示从CPU查询工况参数命 令;0x02表示从CPU标定MAP参数命令;0x03表示云平台/手机查询工况参数命令;0x04表示 云平台/手机标定MAP参数命令。

消息体命令码=0x00时,包括WiFi连接状态和从CPU故障码;响应码=0x00时,包 括GPRS/蓝牙连接状态、主CPU故障码。命令码=0x01时,由于从CPU请求的工况参数是主CPU 固定的变量信息,因此消息体为空;响应码=0x01时,固定顺序和字节大小的各变量数值,电 机实际转速、电机实际转矩、电池SOC、当前制动踏板开度、当前加速踏板开度等信息;命令 码=0x02时,前四字节为待标定的主CPU中MAP参数的基地址,第五、六个字节为MAP参数有效 数据长度,随后为数组值;响应码=0x02时,1个字节的标定结果反馈,0表示失败,1表示成 功;命令码=0x03时,每五个字节为一组描述工况参数位置和长度信息。前四个字节表示工 况参数在主CPU中的地址,第五个字节表示工况参数的字节长度;响应码=0x03时,表示工况 参数读取的结果。每个变量前4个字节为工况参数在主CPU中的地址,第5个字节为工况参数 的字节长度,随后是工况参数数值,占用的字节数与字节长度一致。命令码=0x04的消息体 与命令码=0x03的消息体一致;响应码=0x04的消息体与响应码=0x03的消息体一致。

校验码消息头和消息体中的所有字节进行异或,占用一个字节。

主CPU通过MD251P接入云平台/手机,以及从CPU通过WiFi接入云平台/手机,采用 ECU与手机/云平台之间通信协议,其数据格式定义为:

起始标识位 消息头 消息体 检验码 结束标识位 1Byte 12Byte nByte(n≥0) 1Byte 1Byte

标识位以0x7e作为开始标识位和结束标识位。消息头、消息体和校验码中含有0x7e 或0x7d时进行转义处理。转义方法为:0x7e转变为0x7d0x02;0x7d转义为0x7d0x01。

消息头和消息体消息头由2字节消息帧标识、2字节消息体长度、6字节主CPU身 份ID和2字节消息流水号组成。消息帧标识说明了消息的类型,消息体长度说明了消息体中 的字节总数,限定最长不超过2048字节。主CPU身份ID表明消息发送方/接收方,每个ECU具 有唯一的身份ID。消息体根据各消息帧标识而定义不同。

本发明定义了8条消息帧标识。

消息帧标识=0x0002,ECU心跳帧,主CPU或从CPU每隔100秒向云平台发送心跳信 息,维持云平台与手机的连接,消息体字节长度为0;

消息帧标识=0x8001:云平台通用应答,ECU向云平台发送心跳帧后,云平台通过发送云 平台通用应答,告知云平台接收到心跳帧,消息体字节长度为0;

消息帧标识=0x8103,设置ECU参数,云平台通过发送这一帧消息,设置ECU心跳帧的间 隔,设置CC3200进行WiFi连接的SSID和秘钥信息,手机通过发送这一帧消息,只设置CC3200 进行WiFi连接的SSID和秘钥信息,本发明采用2个字节区分ECU参数,这两个字节定义为参 数码,0x0001表示心跳帧周期参数码,该参数码对应的参数信息占2个字节,其单位为秒, 0x0002表示WiFi账号参数码,紧随参数后1个字节的账号长度和1个字节的秘钥长度,随后 为具体的账号信息和密码信息,账号信息和密码信息均以ASCII码来描述,例如消息体的内 容如下:

0x000x010x000x0A0x000x020x040x060x540x450x530x540x310x32 0x330x340x350x36

该帧消息表示云平台将ECU的心跳帧周期设置为10s,WiFi的SSID长度为4个字符的 “TEST”,秘钥长度为6个数字,秘钥值为“123456”;

消息帧标识=0x0001,ECU通用应答,主CPU或从CPU接收到手机/云平台的命令后,必须 先反馈ECU通用应答告知手机/云平台命令是否准确接收;

消息帧标识=0x8104,查询ECU参数,云平台通过发送这一帧消息,可以查询ECU心跳帧 发送的间隔、查询CC3200内进行WiFi连接的SSID和秘钥,手机通过发送这一帧消息,只查询 CC3200进行WiFi连接的SSID和秘钥信息,云平台和手机在查询ECU参数时,消息体中为所查 询的参数码0x0001,0x0002;

消息帧标识=0x0104:查询ECU参数应答,ECU接收到云平台/手机发送的“查询终端参 数”指令后,反馈云平台/手机需要查询的内容,反馈时,根据查询的参数进行响应,先反馈 所查询的参数码,随后为详细的参数值;

消息帧标识=0x8900:手机/云平台参数读写命令,手机/云平台读取工况参数命令以及 标定MAP参数命令通过这一帧消息进行封装,读取工况参数时,消息体第一个字节表示参数 总数,随后为若干个工况参数描述信息,每个工况参数描述信息由五个字节组成,前四个字 节为参数在主CPU中的地址,第五个字节为参数的字节大小,标定MAP参数时,消息体前四字 节为待标定的主CPU中MAP参数的基地址,第五、六个字节为MAP参数有效数据长度,随后为 数组值;

消息帧标识=0x0F00:对于消息帧标识0x8900的命令要求的反馈,以告知工况参数读取 结果或标定MAP参数结果,读取ECU变量的命令响应时,消息体的第一个字节表示读取的工 况参数总数,随后为每个变量信息,变量信息按照“4字节地址+1字节长度+与变量长度对应 的数值”进行封装,标定MAP参数的命令响应时,消息体仅一个字节,0表示标定失败,1表示 标定成功。

校验码消息头和消息体中的所有字节进行异或,占用一个字节。

为实现手机与云平台之间的数据传输,本发明设计了统一的数据表结构,手机APP 与云平台之间按照该数据表实现数据交换,数据表又分为工况参数记录表和控制参数记录 表。

工况参数记录表中字段定义如下:

ECU编号——ECU的出厂编号,对应各应用车辆;

时间——ECU数据采集的时间;

电机转速——车辆运行参数;

制动踏板开度——车辆运行参数;

电池电压——车辆运行参数;

放电电流——车辆运行参数;

......参数——其它车辆运行参数。

MAP参数记录表中字段定义如下:

ECU编号——ECU的出厂编号,对应各应用车辆;

时间——当前控制参数写入ECU的时间;

优化MAP写入标志——0表示优化MAP已写入ECU,其它为未写入ECU;

出厂MAP——出厂时固化在程序中的控制参数;

当前MAP——当前固化在程序中的控制参数;

优化MAP——已经优化,但未写入到程序中的控制参数。

(二)优化过程举例说明

图1中M1为主CPU,包括MC9S12XET256单片机及电源接口电路;M2为从CPU,包括CC3200 单片机,集成WiFi模块,支持2.4GHz/5GHz双频段WLAN,支持IEE802.11a/b/g/nWiFi标 准;M3为GPRS/GPS/蓝牙通讯模块,包括MD251P单片机,集成GPRS通讯功能、蓝牙通讯功能和 GPS定位功能;A2为手机,支持WiFiDirect、蓝牙、2G/3G/4G网络数据多种通信功能;A3为云 平台,支持以太网通信功能。

在云平台和手机未对ECU进行MAP优化的情况下,按照图2所示流程,实现CC3200对 XET256中MAP参数直接优化。

S1为XET256上电后对片上资源模块初始化,包括SCI模块、RTI模块、CAN模块、I/O 模块、AD模块等;S2为XET256通过CAN模块、I/O模块和AD模块实现对外部信号的采集与处 理;S3为CC3200发送从CPU工况参数查询命令给XET256;S4为XET256发送从CPU工况参数查 询命令响应;S5为CC3200调用MAP参数优化处理函数;S6为CC3200通过MAP参数标定命令返 回优化后的MAP参数给XET256中;S7为XET256根据优化后的MAP参数计算目标转矩和最大放 电电流两个控制参数;S8为XET256将目标转矩发送给电机控制器,将最大放电电流发送给 电池控制器。

在ECU通过GPRS连接云平台时,按照图3所示流程实现云平台对XET256中MAP参数 优化。

S9为XET256控制MD251P上电;S10为XET256发送SIM卡状态查询命令给MP251P;S11 为XET256发送TCP/UDP协议设置命令给MD251P;S12为XET256发送IP地址和端口参数设置命 令给MD251P;S13为XET256发送TCP/IP连接命令给MD251P;S14为XET256将心跳帧封装成AT 命令要求的数据发送格式,周期发送给MD251P,由MD251P通过TCP/IP封装发送出去;S15为 XET256发送获取GPS打开命令给MD251P;S16为XET256周期发送GPS查询命令给MD251P;S17 为云平台发送云平台/手机工况参数查询命令给MD251P模块,由MD251P将消息封装成AT命 令发送给XET256;S18是XET256解析工况参数查询命令,获取工况参数数值;S19是XET256将 云平台/手机工况参数查询响应帧封装成数据发送AT命令给云平台;S20是云平台执行MAP 参数优化算法,生成优化后的MAP参数;S21云平台将云平台/手机MAP参数标定命令发送给 MD251P模块;S22是MD251P模块将MAP参数标定命令封装成AT命令发送给XET256;S23是 XET256解析MAP参数标定命令,替换原有的MAP参数。

在ECU通过WiFiStation模式连接云平台时,按照图4所示流程实现云平台通过 CC3200对XET256中MAP参数优化。

S24为CC3200设置WiFi模块为STA模式;S25是CC3200设置WiFi模块接入云平台所 需要的IP地址和端口号;S26为CC3200通过WiFi模块,周期发送心跳帧给云平台;S27为云平 台发送云平台/手机工况参数查询命令;S28为CC3200转发工况参数查询命令给XET256;S29 为XET256发送工况参数查询响应给CC3200;S30为CC3200将工况参数查询响应通过WiFi模 块转发给云平台;S31为云平台将ECU的工况参数解析并存入数据库中;S32为云平台执行 MAP参数优化算法,生成优化后的MAP参数;S33为云平台将云平台/手机MAP参数标定命令发 送给CC3200模块;S34是CC3200将MAP参数标定命令转发给XET256;S35是XET256解析MAP参 数标定命令,替换原有的MAP参数。

在ECU通过蓝牙连接手机时按照图5所示流程实现手机对XET256中MAP参数优化。

S36为XET256发送蓝牙开启命令给MD251P;S37为XET256发送蓝牙广播模式设置命 令给MD251P;S38为手机开启蓝牙扫描模式;S39为手机发起蓝牙匹配信号给MD251P;S40为 XET256发送蓝牙匹配同意命令给MD251P,从而建立MD251P与手机蓝牙模块间的通信连接; S41为手机发送云平台/手机工况参数查询命令给MD251P模块,由MD251P将消息封装成AT命 令发送给XET256;S42是XET256解析工况参数查询命令,获取工况参数数值;S43是XET256将 云平台/手机工况参数查询响应帧封装成数据发送AT命令给手机;S44是手机执行MAP参数 优化算法,生成优化后的MAP参数;S45是手机将云平台/手机MAP参数标定命令发送给 MD251P模块;S46是MD251P模块将MAP参数标定命令封装成AT命令发送给XET256;S47是 XET256解析MAP参数标定命令,替换原有的MAP参数。

在ECU通过WiFiDirect模式连接手机时,按照图6所示流程实现手机通过CC3200 对XET256中MAP参数优化。

S48为CC3200设置WiFi模块为Direct模式;S49是手机开启WiFiDirect功能;S50 为CC3200设置WiFiDirect需要的IP及端口号;S51为手机APP等待接收CC3200WiFi连接; S52为手机发送云平台/手机工况参数查询命令;S53为CC3200转发工况参数查询命令给 XET256;S54为XET256发送工况参数查询响应给CC3200;S55为CC3200将工况参数查询响应 通过WiFi模块转发给手机;S56为手机将ECU的工况参数解析并存入数据库中;S57为手机执 行MAP参数优化算法,生成优化后的MAP参数;S58为手机将云平台/手机MAP参数标定命令发 送给CC3200模块;S59是CC3200将MAP参数标定命令转发给XET256;S60是XET256解析MAP参 数标定命令,替换原有的MAP参数。

在ECU未与云平台连接时,按照图7所示流程实现手机转发ECU的工况参数以及手 机下载云平台的优化MAP。

S61为手机启动数据网络功能,并开启APP应用;S62为APP访问云平台数据库;S63 为APP将保存在手机数据库中的ECU数据通过数据库接口上传给云平台;S64为APP将手机生 成并发送给ECU的MAP参数上传到云平台数据库中保存;S65为手机下载云平台的MAP参数数 据库。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施案例,并非限制本发明的保护范围。凡是利 用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其它相 关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

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