[发明专利]一种四轮驱动纯电动汽车硬件在环仿真实验系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种仿真系统，尤其涉及一种四轮驱动纯电动汽车硬件在环仿真实验系统。

背景技术

节能、环保和安全成为现代汽车发展的主题，为了解决汽车保有量增加所带来的能源危机和环境污染，新能源汽车的研发成为各国研究的焦点之一。纯电动汽车是全部由电能驱动电机作为动力系统的汽车，因为其零排放、结构简单、效率高、技术相对成熟等特点，已成为新能源汽车的重要发展形式。如果纯电动汽车采用四轮驱动形式可省略传统汽车所需的机械传动装置，使驱动系统和整车结构简洁、紧凑，提高传动效率而降低能源消耗；每个车轮通过独立驱动的电机能够实现快速驱动力和制动力的控制，增强行驶稳定性和通过性；能通过各电动轮的电制动、机电复合制动实现制动能量回馈，节约能源。鉴于以上因素，四轮驱动纯电动汽车成为电动汽车研究领域的热点之一。

目前四轮驱动纯电动汽车一般采用数值仿真和样车实验的方式进行研发。由于数值仿真难准确考虑作动器的动态响应特性、硬件控制周期、噪声干扰等因素，结果往往得不到人们的充分信任。而样车实验的结果虽然令人信服，但研发周期长，成本高，特别对于四轮驱动纯电动汽车，很多极限工况容易导致严重的安全事故，威胁人生安全。随着嵌入式计算机技术、实时仿真和FPGA的发展，硬件在环试仿真验技术得到迅猛发展。硬件在环仿真实验系统是通过实时仿真技术来实时运行受控对象的数值模型，以此获得其运行状态响应，通过I/O接口与被测控制系统连接，对控制系统进行全方位的、系统级的测试。由此可见，硬件在环仿真实验系统能够将软件与硬件系统有机结合起来，利用计算机接口技术将硬件系统嵌入到软件仿真环境中去，实现软硬件的实时运行。硬件在环仿真实验系统在确保分析结果可信的基础上，不仅能提高研发速度，还能降低整个研发成本。

    目前未有四轮驱动纯电动汽车硬件在环仿真实验系统的相关专利。

发明内容

本发明的目的是提供一种四轮驱动纯电动汽车硬件在环仿真实验系统，该系统可以较好地模拟真实四轮驱动纯电动汽车对整车控制器、电机控制器、车辆动力学特性进行测试与分析，为四轮驱动纯电动汽车的快速开发与整车测试和分析提供一套节能、安全、低成本的技术方案。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是提供了一种四轮驱动纯电动汽车硬件在环仿真实验系统，该实验系统包括动力模拟模块、实时仿真模块和人机接口模块，其特征在于：

动力模拟模块包括四个电机测功子系统，分别模拟四个车轮子系统；

车轮子系统包括驱动电机、电机控制器、电机驱动器、转速转矩传感器、电力测功机及电力测功机控制器、驱动器；

电机控制器接受来自于整车控制器的转速或转矩信号，根据电机控制策略调整PWM信号，实现对目标转速或转矩的跟踪；

电机驱动器接收电机控制器的PWM信号和驱动桥换向信号，实现对驱动电机各相电流大小和方向的控制；

电机驱动转矩和转速由转速转矩传感器采集并传送给整车控制器；

电力测功机通过转速转矩传感器与驱动电机同轴连接，用于模拟车辆行驶过程中的各种阻力；

实时仿真模块包括实时控制器、FPGA模块；其中，实时控制器用于实时运行车辆动力学模型，以获得车辆的各种运行状态响应；其中车辆动力学模型包括车辆横向动力学模型、车辆纵向动力学模型、车辆侧倾动力学模型和4个车轮的转动动力学模型；

FPGA模块包括I/O接口电路、信号调理模块和整车控制器；其中I/O接口电路，一方面将动力学模型的状态信号输出至整车控制、电机控制器、电力测功机控制器和人机接口模块；另一方面，I/O接口电路将四个转速转矩传感器的速度或转矩信号通过实时控制器施加于车辆动力学模型；信号调理模块对采集的信号进行电平转换和滤波；

人机接口模块为个人PC系统，用于保存和动态显示数据。

进一步地，测功机控制器接受整车控制器的负载信号，产生施加在电机上的负载转矩，基于不同的工况，负载转矩可正可负。

进一步地，本发明还提出一种利用四轮驱动纯电动汽车硬件在环仿真实验系统实现基于循环工况的车辆驱动控制系统硬件在环仿真方法，其特征在于：

首先，利用车辆质量参数、车辆迎风面积、路面坡度参数、轮胎和路面参数，由循环工况的速度目标值分别计算出加速阻力、空气阻力、坡度阻力、滚动阻力；

然后，电力测功机控制器根据转速转矩传感器反馈的转矩与行驶阻力矩的误差，由其控制器实现力矩闭环控制；以循环工况的速度目标值作为驱动电机的目标转速，由电机控制器根据转速转矩传感器反馈的转速信号与目标转速之间的误差实现电机的转速闭环控制；