一种制动控制单元通信功能测试装置
文献发布时间：2024-04-18 20:00:50
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体为一种制动控制单元通信功能测试装置。
背景技术
为了保证列车的安全稳定运行，列车必须能够保证稳定制动。制动控制单元是包括列车在内的轨道车辆制动系统的核心单元，列车在行驶过程中，由其制动控制单元进行列车制动的控制。因此，列车在正式运行前或者因故障检修后，都需要对其制动控制单元的通信功能进行测试，以确保制动控制单元通信功能的可靠性和安全性。
申请号为CN201611048092.6的中国发明专利公开了一种电子制动控制单元的测试系统及其测试方法，该测试系统外连可监控测试系统运行的上位机，包括为测试系统提供电能的电源模块，以及均与电源模块电连接的接口测试模块、控制测试模块和通讯测试模块，其中接口测试模块对应于电子制动控制单元的接口模块设置，控制测试模块对应于电子制动控制单元的控制模块设置，通讯测试模块对应于电子制动控制单元的通讯模块设置；接口测试模块、控制测试模块和通讯测试模块之间均通过CAN总线连接。
上述发明专利所提供的测试系统能够实现端口全覆盖，测试方法操作简便、测试快速全面，可同时对多台EBCU进行测试，有效提高了测试效率。但是，上述专利提供的电子制动控制单元的测试系统不能对制动控制单元外部的通讯工作环境和现场工况进行模拟，测试功能较为单一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制动控制单元通信功能测试装置，旨在改善现有制动控制单元的测试系统不能对制动控制单元外部的通讯工作环境和现场工况进行模拟，测试功能较为单一的问题。
本发明是这样实现的：一种制动控制单元通信功能测试装置，包括测试实施执行装置和配置监控装置，所述测试实施执行装置包括控制器模块、CAN模块、MVB模块和TRDP模块，所述CAN模块、MVB模块和TRDP模块均与控制器模块和制动控制单元通信相连；所述配置监控装置与测试实施执行装置通讯相连，所述配置监控装置包括监控节点配置模块和测试监控模块，所述监控节点配置模块用于配置监控节点和测试项目，所述测试监控模块用于在测试过程中实时监控测试过程数据。
进一步的，所述测试实施执行装置还包括机箱模块，所述控制器模块、CAN模块、MVB模块和TRDP模块均设置在机箱模块中，所述机箱模块具有电源单元、散热单元和通信总线单元。
进一步的，所述机箱模块选用PXI机箱，所述控制器模块选用PXI控制器，所述CAN模块选用CAN板卡，所述MVB模块选用具有MVB通信功能的CPCI接口板卡，所述TRDP模块选用具有TRDP通信功能的CPCI接口板卡。
进一步的，所述监控节点包括测试服务节点、主模拟节点、子模拟节点、真实负载节点，所述主模拟节点用于整车测试，所述子模拟节点用于单车测试，所述真实负载节点用于板卡测试；所述测试服务节点用于配置主模拟节点和子模拟节点的任务参数，并在测试执行过程中统一监控所有节点信号。
进一步的，所述监控节点配置模块包括通信板卡配置单元、负载模型配置单元和数据交互配置单元。
进一步的，所述通信板卡配置单元包括CAN通信配置子单元、MVB通讯配置子单元和TRDP通讯配置子单元，所述CAN通信配置子单元通过导入DBC文件格式的CAN协议进行配置，所述MVB通讯配置子单元和TRDP通讯配置子单元通过导入Excel文件格式的MVB通讯协议和TRDP通讯协议进行配置。
进一步的，所述负载模型配置单元用于配置负载模型，所述负载模型包括生命信号模型、空气制动模型、停放制动模型、风源模型、速度控制模型、CCU模型、TCU模型、列车环境模型和安全环路模型。
进一步的，所述负载模型配置单元通过将程序建立的与制动系统EBCU控制执行器单元中对应的部分仿真对象模型采用RTW技术将其编译成DLL文件的方式，进行端口IO识别，并实现与仿真负载板卡的硬件IO绑定，从而实现模型数据通过物理硬件端口与被测EBCU进行数据传输。
进一步的，所述负载模型配置单元包括初级负载模型处理子单元、高级负载模型处理子单元和负载模型调参单元，所述初级负载模型处理子单元通过函数运算表达式进行数据处理，所述高级负载模型处理子单元具有采用C++建模编程软件设计开发的负载模型算法模块，所述负载模型算法模块将模型解算器设置为定步长模式，且步长大于等于1ms，采用RTW技术将模型算法进行编译并转换成可被当前系统识别调用的执行代码model.dll文件；所述负载模型调参单元在测试运行过程中动态调整负载模型的内部参数，实现基于真实IO数据的负载模型内部参数整定，参数调节完成后，将最终整定好的参数应用在负载模型文件中。
进一步的，所述数据交互配置单元用于将各种仿真模型与MVB和TRDP通讯IO接口建立数据交互连接关系。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明具有配置监控装置，配置监控装置可配置监控节点和测试项目，通过配置能够模拟制动控制单元的外部通讯工作环境，进行制动系统单板、单车和多车的通讯功能测试，并能模拟现场工况以进行故障复现，实现故障定位功能。
2、本发明具有测试实施执行装置，测试实施执行装置同时具有CAN模块、MVB模块和TRDP模块，使得本发明能够适配各种通讯要求的轨道交通车辆，使得本发明本发明具有适用性强的优点，还可实现整个列车制动系统进行监测与控制功能。
附图说明
图1是本发明一种制动控制单元通信功能测试装置的拓扑图；
图2是本发明实施例中测试实施执行装置的实物图；
图3是本发明实施例中测试实施执行装置的机箱的实物图；
图4是本发明实施例中测试实施执行装置的控制器的实物图；
图5是本发明实施例中测试实施执行装置的CAN板卡的实物图；
图6是本发明实施例中测试实施执行装置的MVB板卡的实物图；
图7是本发明实施例中测试实施执行装置的TRDP板卡的实物图；
图8是本发明实施例中所述便携式拉杆箱的实物图；
图9是本发明实施例中监控节点配置模块的结构框图；
图10是本发明实施例中初级负载模型算法配置图。
具体实施方式：
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图和具体实施例，做进一步的说明：
如图1所示，一种制动控制单元通信功能测试装置，包括测试实施执行装置和配置监控装置，配置监控装置属于图1所示拓扑图中的配置监控层，测试实施执行装置属于图1所示拓扑图中的实施执行层，制动控制单元属于图1所示拓扑图中的被测单元层。配置监控装置通过测试实施执行装置与制动控制单元通信相连。
如图2所示，测试实施执行装置包括机箱以及安装在机箱中的控制器、CAN板卡、MVB板卡以及TRDP板卡，机箱中设置有一个控制器、两个CAN板卡、一个MVB板卡和两个TRDP板卡，其中MVB板卡为具有MVB通信功能的CPCI接口板卡，TRDP板卡为具有TRDP通信功能的CPCI接口板卡。CAN板卡、MVB板卡以及TRDP板卡均与控制器和制动控制单元通信相连。
如图3所示，机箱采用NI品牌PXI机箱，具体型号为PXIe-1092。机箱可为系统提供电源、散热和通信总线，并支持同一机箱内的多个仪表模块。PXI使用了基于PC的商用PCI和PCI Express总线技术，同时结合了坚固耐用的Compact PCI模块化封装以及重要的定时和同步功能。根据不同的大小规格，机箱可配备4到18个插槽可满足便携式要求。该机箱的参数如下：
9个PXI，PXIe混合槽；
AC 220V供电；
便携式PXIe机箱，24GB/s背板带宽；
电磁标准：EN61326(IEC 61326)，EN55011；
环境标准：IEC60068。
如图4所示，控制器采用NI品牌PXI控制器，具体型号为PXIe-8861。PXI控制器具有集成CPU、硬盘驱动器、RAM、以太网、视频、键盘/鼠标、串行、USB和其他外设I/O等标准功能。该控制器的参数如下：
2.8GHz四核处理器，8GRAM，512GB SSD；
两个10/100/1000BASE-TX(千兆位)以太网端口；
两个USB 3.0端口和四个USB 2.0端口；
电磁标准：EN 61326(IEC 61326)，EN 55011；
环境标准：IEC 60068。
如图5所示，CAN板卡选用NI公司的PXI-8512/2板卡实现。PXI CAN接口模块使用板载收发器进行高速/灵活数据速率、低速/容错和/或单线CAN通信，也可使用任何部收发器进行通信。使用NI-XNET驱动程序，可以创建需要实时，高速操作数百个CAN帧和信号的应用程序。还可以在集成CAN数据库中导入，编辑和使用FIBEX和DBC文件的信号。NI-XNET设备驱动的DMA引警使板载处理器能够在接口和用户程序之间移动CAN帧和信号，而无需CPU中断，从而最大限度地减少消息延迟并释放主机处理器时间。该CAN板卡的参数如下：
独立双通道CAN(控制器局域网)总线；
支持2.0A和2.0B规范；波特率可灵活配置；
高速CAN(控制器局域网)总线收发器支持ISO 11898规范；
集成CAN(控制器局域网)数据库，可导入编辑以及使用源自FIBEX、DBC(CAN(控制器局域网)的数据库文件)和NCD文件的信号；
支持NI-XNET驱动，可方便地配置CAN(控制器局域网)协议，解析CAN(控制器局域网)信号；
电磁标准满足EN 61326(IEC 61326)、EN 55011；
环境适应性标准标准IEC 60068。
如图6所示，MVB板卡选用Duagon公司的D215 CPCI接口板卡(PXI兼容CPCI接口)，D215具有嵌入式处理能力的多用途MVB接口。智能组件将所有MVB相关功能封装在一个标准化的3U模块上。Duagon自己的MVB控制器在FPGA上实现，支持多达4096个过程数据端口。通讯协议一致性满足IEC 61375,环境适应性标准满足EN50155，电磁兼容性满足EN 50121。MVB吞吐量性能指标：满足查询周期32ms，50个32字节的端口的收发。该MVB板卡的技术特点如下：
PXI总线结构，与主模拟节点背板总线一致；
-40～+85℃工作温度
MVB(多功能车辆总线)板卡为4类设备，具有设备状态、过程数据、消息数据、用户编程和总线管理功能；
总线接口采用EMD形式，总线电缆连接器的布置符合IEC-61375-1中EMD连接器的布置规定。
如图7所示，TRDP板卡选用Duagon公司的D215E CPCI接口板卡(PXI兼容CPCI接口)，端口采用M12D型插座。该D215E是一个多用途的10/100Mbit以太网接口的CompactPCI总线(cPCI)。该接口可用于不同的通信栈。D215E包括两个电流隔离以太网接口，可单独连接到两个以太网网络。也可以将D215E用作3端口以太网交换机。D215E采用了局域网旁路电路，允许使用环和线路拓扑的D215E。通讯协议一致性满足IEC 61375，环境适应性标准满足EN 50155，电磁兼容性满足EN 50121。TRDP吞吐量性能指标：查询周期30ms，75个1432字节的COMID的收发。该TRDP板卡的指标参数具体如下：
标准：IEEE 802.3，EN 50155，EN 50121，IEC 61373，IEC61375
板卡接口：CPCI
通信接口：M12D编码
单端口通信速率：100Mbit/s
环网拓扑：支持
环境温度：-40～+85℃
相对湿度：75％，最大95％
如图8所示，为了方便进行外场试验测试，配置专用的便携式拉杆箱，用于放置设备、常用线缆及工具。
如图1所示，配置监控装置包括上位机和设置在上位机中的测试软件以及各模块。测试软件采用主从式架构，提供二次开发扩展接口。可根据实验需要，配置整车、单车、单板测试所需的EBCU负载及模型的参数信息，配置信息使用标准的XML文件格式，并以项目工程文件的方式管理不同列车车型的测试配置参数。配置监控装置包括监控节点配置模块和测试监控模块，监控节点配置模块用于配置监控节点和测试项目，测试监控模块用于在测试过程中实时监控测试过程数据。监控节点包括测试服务节点、主模拟节点、子模拟节点、真实负载节点，主模拟节点用于整车测试，子模拟节点用于单车测试，真实负载节点用于板卡测试；测试服务节点用于配置主模拟节点和子模拟节点的任务参数，并在测试执行过程中统一监控所有节点信号。
上位机端可部署运行在子模拟节点/主模拟节点/测试服务节点对应的PC监控计算机中，主要负责人机界面交互以及UI业务处理：
1)测试运行前，配置每一个子模拟节点/主模拟节点中下位机端的测试任务参数，提供测试任务涉及的相关硬件IO端口配置，总线(CAN、MVB、TRDP)硬件端口协议实例化，仿真模型(C++)识别加载，信号连接关系映射匹配。
2)测试运行时，通过TCP实时获取主模拟节点、8个子模拟节点PXI服务器端的测试过程数据，并通过图形化的UI界面进行数据展示。提供数据修改接口，实现测试过程中人为动态修改子模拟节点/主模拟节点中模型和硬件的测试数据。自动化测试序列编写与执行。
3)测试运行结束后，加载测试保存的数据文件，进行离线数据分析.
测试实施执行装置即是下位机端，其部署运行在与被测EBCU相连接的PXI机箱中，主要负责执行测试任务，实现EBCU(制动控制单元)的外部电气环境仿真，其数据最小更新周期为1ms。其主要功能有：
1)解析下位机端的配置参数(包含CAN、MVB、TRDP总线协议、模拟量数字量IO参数)，综合编译后自动创建测试任务，动态调用硬件IO总线等设备的底层驱动；
2)按照总线协议规定的数据格式，自动对接收到的数据包进行编解码处理；
3)仿真模型(C++)实时结算执行；
4)创建数据池，统一管理PXI中的所有硬件和模型数据，保障测试系统的闭环时间在10ms以内；
5)快速查找表方式实现仿真测试过程中各任务间数据交互、解析、运算等；
6)执行实时自动化测试序列，完成复杂测试逻辑；
7实时存储测试过程数据。
在整车测试时，软件平台可统一管理多套分布式的PXI系统，即通过测试服务节点配置主模拟节点和所有子模拟节点的任务参数，并在测试执行过程中统一监控所有节点信号。
单车测试时，测试服务节点中的软件平台只针对于子模拟节点对应的PXI进行参数配置以及仿真测试。
单板测试时，测试服务节点中的软件平台对子模拟节点PXI中的单块仿真负载板卡进行参数配置并进行仿真测试。
整车测试时，可在测试服务节点的配置中选择性禁用部分不参与测试的子模拟节点，此时被禁用的子模拟节点既没有负载板卡采集/输出，也没有列车总线信号数据收发编解码，与之对应的上位机在这种模式下可对该子模拟节点进行单独配置并执行其他测试任务。
如图9所示，监控节点配置模块包括通信板卡配置单元、负载模型配置单元和数据交互配置单元。监控节点配置模块将整车、单车、单板测试所需的硬件资源、模型配置、算法编辑、数据路等配置参数采用XML文件存储。通过自动记录用户在界面中修改的任务参数存储至XML文件相应的字段中，实现测试任务的快速搭建。一旦实验所需的系统参数配置完成，就可以通过网络通信接口将当前配置的任务发送给与EBCU对应的主模拟节点/子模拟节点的PXI服务器端进行解析执行，并使用数据监控功能对测试过程数据进行实时监控。
监控节点配置模块可对整车、单车、板卡测试所需的主模拟节点、子模拟节点、真实负载节点中的负载板卡、负载模型、总线协议(CAN、MVB、TRDP)等参数进行统一配置，也可根据实验需求禁用部分不用的子模拟节点，每一个主模拟节点/子模拟节点对应的测试环境均可独立配置其硬件和负载模型参数。提供子模拟节点复制粘贴功能，便于用户快速编辑相同或相似配置类型的子模拟节点参数。
通信板卡配置单元包括CAN通信配置子单元、MVB通讯配置子单元和TRDP通讯配置子单元，CAN通信配置子单元通过导入DBC文件格式的CAN协议进行配置，MVB通讯配置子单元和TRDP通讯配置子单元通过导入Excel文件格式的MVB通讯协议和TRDP通讯协议进行配置。
负载模型配置单元用于配置负载模型，通过将程序建立的与制动系统EBCU控制执行器单元中对应的部分仿真对象模型采用RTW技术将其编译成DLL文件的方式，进行端口IO识别，并实现与仿真负载板卡的硬件IO绑定，从而实现模型数据通过物理硬件端口与被测EBCU进行数据传输。由于负载模型与列车的设计有着紧密的联系，在不同项目之间有相同也有不同，是随着项目变化而变化的，因此负载模型具有一定的专业性、多样性特点，为维持制动系统外部的工作环境及整车运行环境，提高测试平台的完整性、专业性、可操作性，在测试过程中需要实现闭环控制，负载模型包括生命信号模型、空气制动模型、停放制动模型、风源模型、速度控制模型、CCU模型、TCU模型、列车环境模型和安全环路模型。
负载模型配置单元负载模型配置单元包括初级负载模型处理子单元、高级负载模型处理子单元和负载模型调参单元。初级负载模型处理子单元用于初级负载模型处理，不需要复杂的数学运算处理，通过简单的函数运算表达式即可进行数据处理。例如EBCU的A板卡1通道(X)输出高电平信号，则触发B板卡3通道等待接收另外一个低电平信号(Y)，低电平信号产生的过程就是一个初级负载模型(低电平信号产生是由测试平台通过一定的逻辑运算后给出)。那么其对应的数据处理公式为Y＝f(X)，其配置实现如图10所示。
高级负载模型处理子单元具有采用C++建模编程软件设计开发的负载模型算法模块，可实现C++模型文件的加载和调用。支持自动识别模型参数和接口类型，并支持与测试系统硬件板卡通道或系统其他参数变量关联匹配，实现模型数据的传递。负载模型算法模块将模型解算器设置为定步长模式，且步长大于等于1ms，采用RTW技术将模型算法进行编译并转换成可被当前系统识别调用的执行代码model.dll文件。具体过程如下：
1)首先开发模型和配置相应的参数.
2)其次，修改对模型代码的执行过程进行监控的代码或支持性的代码(即运行时界面代码)，通常为一个
3)再次，自定义RTW代码生成选项，这里主要是通过对模板联编文件(.tmf)的修改来实现。模板联编文件是由许多包含标记(token)的语句组成。RTW通过扩展这些标记生成对应的联编文件，也即Makefile文件model.mk。需要修改的标记选项包括编译器和链接器对应的相应选项以及生成规则，使之符合能够生成动态链接库model.dll的联编选项。
4)之后，应用以上各个修改的文件即可生成与用户模型对应的model.dll供平台软件调用。
模型导入后，在系统配置的模型界面，显示指定目录下所有可供调用的dll模型列表，并且自动识别模型的输入输出端口数量、名称、数据类型，以及模型的默认步长、起止时间等详细信息。在进行模型调用时，支持采用数据映射的方式将模型中的数据载入到PXI的NoSQL内存共享数据池中，并为各个线程提供数据源。
负载模型调参单元用于在测试运行过程中动态调整负载模型的内部参数，实现基于真实IO数据的负载模型内部参数整定，参数调节完成后，将最终整定好的参数应用在负载模型文件中。模型调参在不修改模型源文件并重新编译加载至客户端的前提下，在线动态修改仿真运行过程中的DLL模型内部参数，减少模型的开发测试时间。支持自动获取PXI中正在运行的所有模型的内部参数，并按层级分类罗列显示，支持模型运行状态的实时监视与控制。
数据交互配置单元用于将各种仿真模型与MVB和TRDP通讯IO接口建立数据交互连接关系。在通讯模块导入创建或者模型导入的过程中，信号都是独立存在的，而在系统中，它们之间需要存在一种或多种对应关系，从而保证数据的准确流向，使负载板卡、模型等模块才能构成一个完整的测试系统，进而在测试过程中实现实时不间断的交换模型与负载板卡之间的数据。
数据交互采用点选的方式选择数据的提供方和数据的需求方的方式构建数据关联关系。具备根据数据读写类别自动在数据需求方和数据获取方列表中分类显示功能，其智能信号分类的方法，可提高用户配置模型、硬件IO数据交互的效率，减少错误路由关系匹配的概率，一旦信号间的路由关系重复，系统将自动弹窗提示，对于路由关系丢失的信号，在数据交互管理表中将采用红色标注。支持数据交互关系网表文件(CSV/EXCEL格式)导入导出，可通过在EXCEL中手工编辑网表文件的方式实现数据交互关系的快速设置并导入至测试平台的软件中。
综上所述，本发明具有测试实施执行装置，测试实施执行装置同时具有CAN模块、MVB模块和TRDP模块，使得本发明能够适配各种通讯要求的轨道交通车辆，使得本发明本发明具有适用性强的优点。还可实现整个列车制动系统进行监测与控制，具备测试所需的HMI菜单式向导界面，同时负责实现车辆虚拟所需的MVB、TRDP端口数据转发功能。本发明具有配置监控装置，配置监控装置可配置监控节点和测试项目，通过配置能够模拟制动控制单元的外部通讯工作环境，进行制动系统单板、单车和多车的通讯功能测试，并能模拟现场工况以进行故障复现，实现故障定位功能。
以上仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。