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

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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\n方法\n技术领域\n[0001] 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。\n背景技术\n[0002] 新能源汽车的运行是由车辆电子控制单元ECU（Electronic Control Unit）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。\n[0003] 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。\n发明内容\n[0004] 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。\n[0005] 该系统由ECU（A1）、手机（A2）和云平台（A3）组成。\n[0006] 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/\n4G数据网络与云平台连接。\n[0007] 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。\n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。\n[0008] 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。\n[0009] 系统通信连接方式：\n[0010] 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WiFi Direct模式与手机连接，或采用WiFi Station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。\n[0011] 控制参数MAP优化方法为：\n[0012] 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\n1KB，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：\n[0013] （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；\n[0014] （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；\n[0015] （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WiFi Station连接、WiFi Direct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；\n[0016] （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；\n[0017] （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。\n[0018] 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。\n附图说明\n[0019] 图1为系统组成框图。\n[0020] 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。\n[0021] 图2为CC3200对MC9S12XET256中MAP参数优化的流程图。\n[0022] 图3为云平台通过MD251P对MC9S12XET256中MAP参数优化的流程图。\n[0023] 图4为云平台通过CC3200对MC9S12XET256中MAP参数优化的流程图。\n[0024] 图5 为手机通过MD251P对MC9S12XET256中MAP参数优化的流程图。\n[0025] 图6为手机通过CC3200对MC9S12XET256中MAP参数优化的流程图。\n[0026] 图7为手机与云平台之间的数据传输流程图。\n具体实施方式\n[0027] 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。\n[0028] （一）通信协议\n[0029] 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：\n[0030]\n起始标识位 消息头 消息体 校验码 结束标识位\n1 Byte 2 Byte n Byte(n≥0) 1 Byte 1 Byte\n[0031] 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\n0x7e或0x7d时进行转义处理。转义方法为：0x7e转变为0x7d 0x02；0x7d转义为0x7d 0x01。\n[0032] 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。\n[0033] 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=\n0x02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；\n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。\n[0034] 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。\n[0035] 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：\n[0036]\n起始标识位 消息头 消息体 检验码 结束标识位\n1 Byte 12 Byte n Byte(n≥0) 1 Byte 1 Byte\n[0037] 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\n0x7e或0x7d时进行转义处理。转义方法为：0x7e转变为0x7d 0x02；0x7d转义为0x7d 0x01。\n[0038] 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。\n[0039] 本发明定义了8条消息帧标识。\n[0040] 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；\n[0041] 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；\n[0042] 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：\n[0043] 0x00 0x01 0x00 0x0A 0x00 0x02 0x04 0x06 0x54 0x45 0x53 0x54 0x31 0x32 \n0x33 0x34 0x35 0x36\n[0044] 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”；\n[0045] 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；\n[0046] 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；\n[0047] 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；\n[0048] 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；\n[0049] 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。\n[0050] 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。\n[0051] 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。\n[0052] 工况参数记录表中字段定义如下：\n[0053] ECU编号——ECU的出厂编号，对应各应用车辆；\n[0054] 时间——ECU数据采集的时间；\n[0055] 电机转速——车辆运行参数；\n[0056] 制动踏板开度——车辆运行参数；\n[0057] 电池电压——车辆运行参数；\n[0058] 放电电流——车辆运行参数；\n[0059] ......参数——其它车辆运行参数。\n[0060] MAP参数记录表中字段定义如下：\n[0061] ECU编号——ECU的出厂编号，对应各应用车辆；\n[0062] 时间——当前控制参数写入ECU的时间；\n[0063] 优化MAP写入标志——0表示优化MAP已写入ECU，其它为未写入ECU ；\n[0064] 出厂MAP——出厂时固化在程序中的控制参数；\n[0065] 当前MAP——当前固化在程序中的控制参数；\n[0066] 优化MAP——已经优化，但未写入到程序中的控制参数。\n[0067] （二）优化过程举例说明\n[0068] 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IEE 802.11 a/b/g/n WiFi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WiFi Direct、蓝牙、2G/3G/4G网络数据多种通信功能；\nA3为云平台，支持以太网通信功能。\n[0069] 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。\n[0070] 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。\n[0071] 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。\n[0072] 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。\n[0073] 在ECU通过WiFi Station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。\n[0074] 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。\n[0075] 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。\n[0076] 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；\nS41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。\n[0077] 在ECU通过WiFi Direct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。\n[0078] S48为CC3200设置WiFi模块为Direct模式；S49是手机开启WiFi Direct功能；S50为CC3200设置WiFi Direct需要的IP及端口号；S51为手机APP等待接收CC3200 WiFi连接；\nS52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。\n[0079] 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。\n[0080] 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。\n[0081] 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。