一种新能源汽车整车控制器硬件在环测试系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于NI‑PXI平台的纯电动汽车整车控制器硬件在环测试设备。由纯电动汽车整车控制器VCU，NI实时处理器，NI板卡，故障注入系统，PC机构成。具体为以NI实时处理器来运行仿真模型来模拟受控对象的运行状态，利用NI板卡模拟输入输出，通过I/O接口与被测VCU连接，利用Veristand软件把模型接口和板卡资源关联，从而组成一套实时仿真系统，在PC机上对VCU系统控制策略进行检测。本发明专利技术可以对整车控制器的控制策略进行验证测试，缩短整车控制器的开发周期，本发明专利技术灵活度高，可扩展性强，用户可根据实际使用需求在设备基础上进行功能扩展，经过硬件、模型的简单配置后可实现其他变型控制器的测试。

【技术实现步骤摘要】
一种新能源汽车整车控制器硬件在环测试系统
本专利技术属于硬件在环测试系统领域，尤其是一种新能源汽车整车控制器硬件在环测试系统。
技术介绍
近年来，各大企业大力发展纯电动汽车，而整车控制器VCU作为纯电动汽车三大核心部件之一，是整车控制系统的核心，VCU技术在电动汽车发展中显得尤为重要。HIL仿真技术是一种功能强大的测试方法，做为当前V字型开发流程不可或缺的验证手段，用于更加有效的测试嵌入式控制系统。在VCU开发过程中HIL测试能够有效缩短开发周期、减小实车测试和标定的风险。目前广泛采用的DSPACE平台开发的硬件在环测试系统由于成本昂贵，难以普及。
技术实现思路
基于此，本专利技术提出一种新能源汽车整车控制器硬件在环测试系统，采用的技术方案如下：一种新能源汽车整车控制器硬件在环测试系统，包括上位机和测试机柜，测试机柜包括故障注入系统、可编程电源模块，主开关，空气开关，应急开关，电源显示灯和实时仿真系统，实时仿真系统运行测试模型，测试时测试模型接收的参数包括以表格形式存储的整车模型测试参数；由仿真软件传递的驾驶方式参数，表格中存储的测试参数包括整车参数，电机参数，电池参数，表格中电机参数中的电机转速与电机的扭矩一一对应，电池参数中的电池的SOC与温度的关系、电池SOC与放电电阻的关系、电池SOC与充电电阻的关系一一对应，电机参数中map图的行数与电机map转速的行数一致，电机map图的列数与电机map转矩的行数一致。进一步的，电机map图数据通过实验获得，当实验数据偏少，不能满足map图的行列数与电机map转速行数、电机map转矩行数相一致时，取近似取效率数据作为对应缺失的转速和转矩下的效率数据。进一步的，所述实时仿真系统使用的板卡包括数字量输入输出板卡，模拟量输入输出板卡，双通道CAN卡，PWM信号输入输出板卡，可编程电阻板卡，板卡通过线束连接器连接VCU，双通道CAN卡用于整车CAN通讯与动力CAN通讯，数字量输入输出板卡用于模拟车辆的状态输入、档位输入，协调测试模型进行相应动作，模拟量输入输出板卡提供的模拟量包括加速踏板、制动踏板开度。进一步的，测试机柜中的实时仿真系统基于NI-PXI平台搭建，机箱选用NI-PXIE1078，使用的板卡和处理器包括：PXIe-8840RT：作为宿主机，能够加载并且实时运行整车模型，模拟整车运行环境；PXI-8513：提供双CAN通道，分别用于整车CAN通讯与动力CAN通讯，而且能够通过配置相应的DBC文件来模拟CAN报文的发送和接受，实现自动解析，很好的与待测VCU的整车CAN和动力CAN两路CAN实现对接；PXI-6528：提供24路的数字I/O输入输出，能够模拟VCU的数字量的输入，比如车辆的状态输入(ACC、ON、Start)、档位的输入(D档、R档)以及其他输入。数字量的输入能够实时采集VCU的输出，检测整车其他零部件的状态并将其发送给模型进行相应动作；PXIe-6738：提供32路的模拟量输出，可用来模拟整车的加速踏板、制动踏板等模拟量的输入；PXIe-2722：主要为VCU提供电阻信号的输入；PXI-6624：为VCU提供PWM信号的输入输出。进一步的，实时仿真系统的软件部分基于NIVeriStand搭建，创建模型在环测试环境，将测试模型导入到NIVeriStand后，输入的参数包括引擎的执行方式、计算通道、对仿真模型的控制、报警，执行顺序，使用NIVeriStandIn和NIVeriStandOut替代测试模型中需要做映射的端口，创建HIL测试环境时，通过定义CAN报文，将模型端口与板卡硬件端口一一映射。进一步的，导入NIVeriStand的测试模型包括：电池模型，计算模型电池组SOC，根据SOC和开路电压，电池内阻的关系，查表获得电池开路电压和内阻，根据电机模型的需求功率，结合当前电池放电状态输出功率与电压给电机模型；电机模型，以电池模型提供的输出电压和功率信息、VCU提供的目标转矩以及主减速器模型反馈回来的电机的实际转速为输入，计算并通过查表的方法输出转矩信息，并将其传递给主减速器模型；主减速器模型，用于减速增矩，根据提供的传动比将输入的转矩、转速换算成实际的转速和转速；车轮模型，根据转速和转矩信息，综合考虑整车相关参数、道路阻力等计算并输出车辆的实际车速；电气附件模型，根据整车控制器的控制信息模拟各附件运行状态；整车模型，用于基于车轮模型计算出的牵引力计算车辆末速度。建立整车模型时，使用的运动方程包括：计算末速度时，使用的公式为：Vt＝2*Vaver-V0进一步的，电池模型的电池芯采用一阶RC电池模型，等效数学模型为：其中，UOCV为开路电压，R0为欧姆内阻，RP为极化内阻，CP为极化电容，U为工作电压，I为负载电流，IP为通过极化内阻的电流。进一步的，电机模型采用线性计算方法计算电机输出转矩，计算公式为：Ta_out＝Tout*[-(Tmotor-Tinit)*0.005/30+1]其中Ta_out为电机输出转矩，Tout为电机限制之前的转矩，Tmotor为电机当前的温度，Tinit为电机初始温度。进一步的，主减速器模型用于计算减速增矩，该模型的输出包括转速和转矩，输出的转速＝电机输入转速/传动比，输出的转矩＝(电机输入转矩-主减速器角速度*转动惯量-转矩损耗)*传动比。当转速为0时，转矩损耗为也为0。进一步的，电气附件模型用于接受整车控制器的指令模拟电气附件的工作状态，如充电机充电过程，水泵，风扇工作过程，并反馈状态信息给整车控制器。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：利用Matlab/Simulink建立的模型了适合新能源汽车测试的整车模型，利用美国国家仪器公司(NI)针对HIL仿真测试系统开发出来的Veristand软件，结合NI板卡，能够导入利用Matlab/Simulink建立的模型，很好的关联模型接口、I/O接口和物理通道，为HIL测试系统提供了良好的软硬件环境。既满足了HIL测试所需的功能，又有效降低了成本。附图说明图1是实时仿真系统结构示意图；图2是测试机柜结构示意图；图3是故障注入箱原理示意图；图4是软件系统搭建流程图；图5是整车模型结构示意图；图6是上位机功能模块示意图；图7是测试参数表格部分示意图。具体实施方式本实施例中的新能源汽车整车控制器硬件在环测试系统，主要包括两个部分，即测试模型的建立和测试系统的搭建。其中测试时所需的整车模型模型使用Simulink搭建，整车模型主要包括电池模型，电机模型，主减速器模型和车轮模型。整车模型用于实现汽车纵向动力方程，求得汽车的实际车速，并对汽车车速进行限速，D档最高车速为120Km/h，R档最高车速为30Km/s。整车模型的动力学方程为：其中，公式中Ft为牵引力，Fw为空气阻力，Ff为滚动阻力，Fi为坡道阻力，Fj为加速度阻力，a为加速度，Vt为t时刻的速度，V0为初始速度，Vaver为平均车速，Cd为空气阻力系数，A为迎风面积，f为滚动阻力系数，m为整车质量，通过上述公式可求得迭代步骤内的平均车速Vaver，进而求得末速度Vt，使用的公式为：Vt＝2*Vaver-V0电池模型用于电池开路电压计算，电池等效内阻计算，电池温度仿真。根据电机的需求功率实时计算电池总线电压及总线电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新能源汽车整车控制器硬件在环测试系统，包括上位机和测试机柜，测试机柜包括实时仿真系统，实时仿真系统运行测试模型，其特征在于，测试模型包括：电池模型，计算模型电池组SOC，根据SOC和开路电压，电池内阻的关系，查表获得电池开路电压和内阻，根据电机模型的需求功率，结合当前电池放电状态输出功率与电压给电机模型；电机模型，以电池模型提供的输出电压和功率信息、VCU提供的目标转矩以及主减速器模型反馈回来的电机的实际转速为输入，计算并通过查表的方法输出转矩信息，并将其传递给主减速器模型；主减速器模型，用于减速增矩，根据提供的传动比将输入的转矩、转速换算成实际的转速和转速；车轮模型，利用主减速器模型输出的转矩计算牵引力，前轴制动力和后轴制动力；整车模型，用于基于车轮模型计算出的牵引力计算车辆末速度；电气附件模型，根据整车控制器的控制信息模拟各附件运行状态。

【技术特征摘要】
1.一种新能源汽车整车控制器硬件在环测试系统，包括上位机和测试机柜，测试机柜包括实时仿真系统，实时仿真系统运行测试模型，其特征在于，测试模型包括：电池模型，计算模型电池组SOC，根据SOC和开路电压，电池内阻的关系，查表获得电池开路电压和内阻，根据电机模型的需求功率，结合当前电池放电状态输出功率与电压给电机模型；电机模型，以电池模型提供的输出电压和功率信息、VCU提供的目标转矩以及主减速器模型反馈回来的电机的实际转速为输入，计算并通过查表的方法输出转矩信息，并将其传递给主减速器模型；主减速器模型，用于减速增矩，根据提供的传动比将输入的转矩、转速换算成实际的转速和转速；车轮模型，利用主减速器模型输出的转矩计算牵引力，前轴制动力和后轴制动力；整车模型，用于基于车轮模型计算出的牵引力计算车辆末速度；电气附件模型，根据整车控制器的控制信息模拟各附件运行状态。2.如权利要求1所述一种新能源汽车整车控制器硬件在环测试系统，其特征在于，电池模型的电池芯采用一阶RC电池模型，等效数学模型为：其中，UOCV为开路电压，R0为欧姆内阻，RP为极化内阻，CP为极化电容，U为工作电压，I为负载电流，IP为通过极化内阻的电流。3.如权利要求2所述一种新能源汽车整车控制器硬件在环测试系统，其特征在于，电机模型采用线性计算方法计算电机输出转矩，计算公式为：Ta_out＝Tout*[-(Tmotor-Tinit)*0.005/30+1]其中Ta_out为电机输出转矩，Tout为电机限制之前的转矩，Tmotor为电机当前的温度，Tinit为电机初始温度。4.如权利要求3所述一种新能源汽车整车控制器硬件在环测试系统，其特征在于，主减速器模型用于计算减速增矩，该模型的输出包括转速和转矩，输出的转速＝电机输入转速/传动比，输出的转矩＝(电机输入转矩-主减速器角速度*转动惯量-转矩损耗)*传动比，当转速为0时，转矩损耗为也为0。5.如权利要求4所述一种新能源汽车整车控制器硬件在环测试系统，其特征在于，整车模型的动力学方程为：其中，公式中Ft为牵引力，Fw为空气阻力，Ff为滚动阻力，Fi为坡道阻力，Fj为加速度阻力，a为加速度，Vt为t时刻的速度，V0为初始速度，Vaver为平均车速，Cd为空气阻力系数，A为迎风面积，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱仲文，周炼，王旭，何超，李丞，董勇涛，魏庆，刘志宏，
申请(专利权)人：中国汽车技术研究中心有限公司，中汽研天津汽车工程研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12