專利名稱：純電動汽車動力系統仿真平臺的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種純電動汽車動力系統仿真平臺。
背景技術：
隨著汽車技術的發展，尤其純電動汽車的研發，目前汽車各系統研發的仿真主要是基于計算機虛擬仿真技術，如ADVISOR、Matlab/Simulink等先進汽車計算機仿真軟件，可對不同車輛建立模型并進行仿真分析，在系統開發初始階段，能以較低的成本、快速進行系統原理性驗證；應用過程中需建立動力系統的模型，并正確設置模型參數，才能得到較合理的仿真結果；但該類仿真系統部分功能與實車狀態還存在較大差異，如動力系統的故障產生、檢測及故障處理等。動力系統是純電動汽車的關鍵部分，與動力性能指標及安全性能指標密切相關，通過軟件仿真對動力系統的驗證內容非常有限。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種純電動汽車動力系統仿真平臺，本仿真平臺基于實際的動力系統與負載系統進行實時仿真，為動力系統驗證提供客觀、有效的實驗數據，更接近整車動力系統工作環境，為系統研發提供了便利。為解決上述技術問題，本發明純電動汽車動力系統仿真平臺包括模擬整車系統、模擬負載系統、儀表模塊和診斷模塊；
所述模擬整車系統包括大功率直流電源模塊、主電機控制子系統、整車控制指令子系統和整車散熱子系統，所述主電機控制子系統包括指令接口、網絡接口和主電機機械功輸入/輸出接口，所述整車控制指令子系統包括制動傳感器、加速踏板、檔位開關、鑰匙信號和傳感器信號，所述大功率直流電源模塊通過正/負母線排連接所述主電機控制子系統，所述整車控制指令子系統連接所述主電機控制子系統的指令接口，所述整車散熱子系統模擬整車散熱環境并與整車散熱相同布置；
所述模擬負載系統包括負載電機控制子系統和能量釋放輔助子系統，所述負載電機控制子系統包括網絡接口和負載電機機械功輸入/輸出接口，所述大功率直流電源模塊通過正/負母線排連接所述負載電機控制子系統和能量釋放輔助子系統，所述主電機控制子系統的網絡接口通過CAN總線連接所述負載電機控制子系統的網絡接口，所述主電機控制子系統的主電機機械功輸入/輸出接口連接所述負載電機控制子系統的負載電機機械功輸入/輸出接口；
所述儀表模塊和診斷模塊連接所述CAN總線。進一步，所述主電機控制子系統集成整車控制器功能，其預設協調電機控制算法、整車附件輸入信息采集、輸出整車附件控制信息和整車控制邏輯的系統控制軟件。進一步，所述系統控制軟件設定五種基本狀態，分別為弱電狀態、上強電狀態、運行狀態、下強電狀態、故障狀態，主電機控制子系統按照設定的狀態順序執行，出現故障時，從當前狀態切換至故障狀態運行，當故障排除時，主電機控制子系統退出故障狀態并根據當前條件進入相應狀態。在相應狀態下，主電機控制子系統執行相應動作，分別為: 弱電狀態:開機自檢、部件初始化、或者關機處理， 上強電狀態:主電機控制子系統進行預充電， 運行狀態:執行整車控制邏輯、主電機控制子系統應用層軟件、主電機控制子系統電機控制軟件以及整車控制指令子系統和整車附件控制信息的輸入/輸出， 下強電狀態；主電機控制子系統快速下電。
故障狀態；對故障分級、分類處理。
進一步，所述模擬負載系統通過負載電機控制子系統實現對主電機控制子系統的加載，整車控制邏輯根據油門踏板的開度轉換成主電機控制子系統的力矩命令輸出，當主電機控制子系統輸出力矩大于負載電機控制子系統力矩時，整個系統加速，當主電機控制子系統輸出力矩小于負載電機控制子系統力矩時，整個系統減速，兩者相等時，整個系統達到平衡。負載電機控制子系統根據整車質量、行車坡度、摩擦力和風阻等參數，提供相應的負載。
由于本發明純電動汽車動力系統仿真平臺采用了上述技術方案，即本仿真平臺包括模擬整車系統、模擬負載系統、儀表模塊和診斷模塊；模擬整車系統包括大功率直流電源模塊、主電機控制子系統、整車控制指令子系統和整車散熱子系統，模擬負載系統包括負載電機控制子系統和能量釋放輔助子系統，大功率直流電源模塊提供系統電源，主電機控制子系統與負載電機控制子系統通過CAN總線通訊，并通過傳動機構連接主電機與負載電機的機械功輸入/輸出，儀表模塊和診斷模塊分別連接CAN總線；本仿真平臺基于實際的動力系統與負載系統進行實時仿真，為動力系統驗證提供客觀、有效的實驗數據，更接近整車動力系統工作環境，為系統研發提供了便利。
下面結合附圖和實施方式對本發明作進一步的詳細說明: 圖1為本發明純電動汽車動力系統仿真平臺的示意圖； 圖2為本發明中整車控制器的系統控制軟件框圖； 圖3為本發明中整車控制器的系統控制軟件運行時序示意圖； 圖4為本發明中整車控制邏輯流程圖； 圖5為本仿真平臺動力系統力矩平衡示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本發明純電動汽車動力系統仿真平臺包括模擬整車系統、模擬負載系統、儀表模塊3和診斷模塊4 ； 所述模擬整車系統包括大功率直流電源模塊11、主電機控制子系統12、整車控制指令子系統14和整車散熱子系統13，所述主電機控制子系統12包括指令接口、網絡接口和主電機機械功輸入/輸出接口，所述整車控制指令子系統14包括制動傳感器、加速踏板、檔位開關、鑰匙信號和傳感器信號，所述大功率直流電源模塊11通過正/負母線排連接所述主電機控制子系統12，所述整車控制指令子系統14連接所述主電機控制子系統12的指令接口，所述整車散熱子系統13模擬整車散熱環境并與整車散熱相同布置； 所述模擬負載系統包括負載電機控制子系統22和能量釋放輔助子系統21，所述負載電機控制子系統22包括網絡接口和負載電機機械功輸入/輸出接口，所述大功率直流電源模塊11通過正/負母線排連接所述負載電機控制子系統22和能量釋放輔助子系統21，所述主電機控制子系統12的網絡接口通過CAN總線連接所述負載電機控制子系統22的網絡接口，所述主電機控制子系統12的主電機機械功輸入/輸出接口連接所述負載電機控制子系統22的負載電機機械功輸入/輸出接口 ；
所述儀表模塊3和診斷模塊4連接所述CAN總線。本仿真平臺運行過程中，主電機控制子系統和負載電機控制子系統運動狀態改變時存在能量轉換，設置能量釋放輔助子系統用于消耗能量轉換瞬時產生的多余電能量，防止由于過多的電能量反饋到大功率直流電源模塊，導致大功率直流電源模塊輸出電壓上升造成故障。本仿真平臺中，整車控制指令子系統與主電機控制子系統是功能不同的單元，具體實現時可將整車控制指令子系統的功能集成在主電機控制子系統內部，以實現相同的功能，達到仿真試驗的目的。如圖2所示，進一步，所述主電機控制子系統集成整車控制器功能，其預設協調電機控制算法、整車附件輸入信息采集、輸出整車附件控制信息和整車控制邏輯的系統控制軟件。如圖3所示，進一步，所述系統控制軟件設定五種基本狀態，分別為弱電狀態、上強電狀態、運行狀態、下強電狀態、故障狀態，主電機控制子系統按照設定的狀態順序執行，出現故障時，從當前狀態切換至故障狀態運行，當故障排除時，主電機控制子系統退出故障狀態并根據當前條件進入相應狀態。在相應狀態下，主電機控制子系統執行相應動作，分別為:
弱電狀態:開機自檢、部件初始化、或者關機處理，
上強電狀態:主電機控制子系統進行預充電，
運行狀態:執行整車控制邏輯、主電機控制子系統應用層軟件、主電機控制子系統電機控制軟件以及整車控制指令子系統和整車附件控制信息的輸入/輸出，
下強電狀態；主電機控制子系統快速下電，
故障狀態；對故障分級、分類處理。進一步，所述模擬負載系統通過負載電機控制子系統實現對主電機控制子系統的加載，整車控制邏輯根據油門踏板的開度轉換成主電機控制子系統的力矩命令輸出，當主電機控制子系統輸出力矩大于負載電機控制子系統力矩時，整個系統加速，當主電機控制子系統輸出力矩小于負載電機控制子系統力矩時，整個系統減速，兩者相等時，整個系統達到平衡。負載電機控制子系統根據整車質量、行車坡度、摩擦力和風阻等參數，提供相應的負載。本仿真平臺建立了整車的動力系統和負載系統，內部集成整車控制器功能,按整車控制邏輯運行，整車控制邏輯流程如圖4所示，集中收集各單元信息，并按照一定的控制策略進行加工處理，最后得到控制命令，與動力系統的實際工作環境基本一致，可作為計算機虛擬仿真軟件的有效補充，提供客觀有效的實驗數據。該平臺滿足以下幾大類別的整車測試要求: (1)仿真純電動汽車上強電、下強電的過程； (2)仿真整車控制器的功能； (3)仿真整車運行工況，與實車道路測試類似，避免實車測試存在的隱患； (4)實現動力系統性能測試，如加速性能測試、爬坡度測試等； (5)動力系統調試，以及老化壽命測試； (6)動力系統及相應信號失效仿真，故障重現及分析，可以減少實車進行失效運行評估帶來的人身和設備安全風險； (7)與轉鼓試驗臺相比價格低廉、方便靈活、可擴充性強。
如圖5所示，本仿真平臺的模擬負載系統可模擬各種負載情況，依據多次的實車記錄數據、摩擦力、風阻、整車迎風面積、整車總質量等參數，對不同的路況繪制負載外特性曲線族，體現不同路況的負載外特性曲線。
本仿真平臺建立了與實際基本一致的整車環境，主電機控制子系統、整車指令接口、整車散熱子系統、CAN總線、儀表模塊和診斷模塊與實車完全相同。主電機控制子系統是整車動力來源，內部集成整車控制器的功能，采集整車指令接口的附件信息，通過整車控制邏輯轉換成整車驅動命令；負載電機控制子系統，主要是模擬不同工況的阻力特性；在不同工況下，本平臺可以仿真實際應用中整車的工作狀態，達到仿真試驗的目的。
權利要求
1.一種純電動汽車動力系統仿真平臺，其特征在于:本仿真平臺包括模擬整車系統、模擬負載系統、儀表模塊和診斷模塊； 所述模擬整車系統包括大功率直流電源模塊、主電機控制子系統、整車控制指令子系統和整車散熱子系統，所述主電機控制子系統包括指令接口、網絡接口和主電機機械功輸入/輸出接口，所述整車控制指令子系統包括制動傳感器、加速踏板、檔位開關、鑰匙信號和傳感器信號，所述大功率直流電源模塊通過正/負母線排連接所述主電機控制子系統，所述整車控制指令子系統連接所述主電機控制子系統的指令接口，所述整車散熱子系統模擬整車散熱環境并與整車散熱相同布置； 所述模擬負載系統包括負載電機控制子系統和能量釋放輔助子系統，所述負載電機控制子系統包括網絡接口和負載電機機械功輸入/輸出接口，所述大功率直流電源模塊通過正/負母線排連接所述負載電機控制子系統和能量釋放輔助子系統，所述主電機控制子系統的網絡接口通過CAN總線連接所述負載電機控制子系統的網絡接口，所述主電機控制子系統的主電機機械功輸入/輸出接口連接所述負載電機控制子系統的負載電機機械功輸入/輸出接口； 所述儀表模塊和診斷模塊連接所述CAN總線。
2.根據權利要求1所述的純電動汽車動力系統仿真平臺，其特征在于:所述主電機控制子系統集成整車控制器功能，其預設協調電機控制算法、整車附件輸入信息采集、輸出整車附件控制信息和整車控制邏輯的系統控制軟件。
3.根據權利要求2所述的純電動汽車動力系統仿真平臺，其特征在于:所述系統控制軟件設定五種基本狀態，分別為弱電狀態、上強電狀態、運行狀態、下強電狀態、故障狀態，主電機控制子系統按照設定的狀態順序執行，出現故障時，從當前狀態切換至故障狀態運行，當故障排除時，主電機控制子系統退出故障狀態并根據當前條件進入相應狀態，在相應狀態下，主電機控制子系統執行相應動作，分別為: 弱電狀態:開機自檢、部件初始化、或者關機處理； 上強電狀態:主電機控制子系統進行預充電； 運行狀態:執行整車控制邏輯、主電機控制子系統應用層軟件、主電機控制子系統電機控制軟件以及整車控制指令子系統和整車附件控制信息的輸入/輸出； 下強電狀態；主電機控制子系統快速下電； 故障狀態；對故障分級、分類處理。
4.根據權利要求1所述的純電動汽車動力系統仿真平臺，其特征在于:所述模擬負載系統通過負載電機控制子系統實現對主電機控制子系統的加載，整車控制邏輯根據油門踏板的開度轉換成主電機控制子系統的力矩命令輸出，當主電機控制子系統輸出力矩大于負載電機控制子系統力矩時，整個系統加速，當主電機控制子系統輸出力矩小于負載電機控制子系統力矩時，整個系統減速，兩者相等時，整個系統達到平衡；負載電機控制子系統根據整車質量、行車坡度、摩擦力和風阻參數，提供相應的負載。
全文摘要
本發明公開了一種純電動汽車動力系統仿真平臺，即本仿真平臺包括模擬整車系統、模擬負載系統、儀表模塊和診斷模塊；模擬整車系統包括大功率直流電源模塊、主電機控制子系統、整車控制指令子系統和整車散熱子系統，模擬負載系統包括負載電機控制子系統和能量釋放輔助子系統，大功率直流電源模塊提供系統電源，主電機控制子系統與負載電機控制子系統通過CAN總線通訊，并通過傳動機構連接主電機與負載電機的機械功輸入/輸出，儀表模塊和診斷模塊分別連接CAN總線；本仿真平臺基于實際的動力系統與負載系統進行實時仿真，為動力系統驗證提供客觀、有效的實驗數據，更接近整車動力系統工作環境，為系統研發提供了便利。
文檔編號G05B23/02GK103149922SQ20111040213
公開日2013年6月12日 申請日期2011年12月7日 優先權日2011年12月7日
發明者趙洪濤, 萬茂文, 徐性怡 申請人:上海大郡動力控制技術有限公司