纯电动汽车整车控制器硬件在环仿真系统的研究

【摘要】：随着石油能源的日趋紧张以及大气环境的日益恶化，纯电动汽车因其高效能、零污染的优势，受到了人们的青睐。整车控制器（Vehicle Control Unit，VCU）作为电动汽车整车控制系统的核心部件，功能需要大大增强，控制系统本身日趋复杂化，其在保障电动汽车安全可靠行驶方面起至关重要的作用。为了缩短整车控制器的开发周期、减少研发成本，本文对纯电动汽车VCU的硬件在环仿真（Hardware in theLoopSimulation，HILS）系统进行了学习与研究。 目前，V模式开发流程被人们熟知，硬件在环仿真技术在车辆电子控制系统开发过程中被广泛应用。使用V开发模式的硬件在环仿真技术能够使需要被测试的设备机构通过一定的连接构成硬件在环仿真系统，从而进行各种仿真测试等，能够节约时间缩短开发周期，降低成本节约实验经费。 本文在了解国内外现有的硬件在环仿真系统基础上，明确阐述了实验平台的工作原理和总体结构，然后根据实际需要设计一套基于dSPACE的纯电动汽车整车控制器硬件在环仿真系统。本论文的主要工作有： 首先，确定课题研究的方向。收集课题所需要的知识背景，通过对纯电动汽车的整车控制器和整车控制硬件在环仿真平台的发展背景和未来展望的研究学习，依照论文的具体需求，明确自己的任务。 其次，确定硬件在环仿真系统的设计方案。参考讨论了国外以及国内对硬件在环仿真系统的研究内容和成果，然后依据待测VCU的具体参数，设计出硬件在环仿真系统的总体结构方案，阐述主要工作原理。 再次，硬件在环仿真系统的软硬件设计。依照设计的主要方案和待测VCU的输入输出数据进一步进行软硬件设计。本文选用了基于dSPACE实时仿真系统，硬件部分则利用课题组现有的各种板卡设备和CAN总线等数据设备以及待测VCU组件。 然后，利用Matlab/Simulink搭建仿真模型、利用实时控制工具ControlDesk调试监控，对硬件在环仿真系统的软件部分进行设计，并搭建CAN网络实现实时仿真系统的数据传输。 最后，进行硬件在环仿真实验，对待测VCU的功能以性能进行检验，为今后纯电动汽车进一步的研究提供基础平台。进行全文总结，并对今后的工作进行展望。 【关键词】：电动汽车 硬件在环 整车控制器 CAN总线
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 引言12-13
• 1.2 电动汽车的发展现状13-16
• 1.2.1 国外电动汽车发展现状13-15
• 1.2.2 国内电动汽车发展现状15-16
• 1.3 控制器的开发流程16-19
• 1.3.1 整车控制器概述16
• 1.3.2 控制器传统开发流程16-17
• 1.3.3 控制器现代开发流程17-19
• 1.4 国内外硬件在环仿真的研究现状19-20
• 1.4.1 国外研究现状19-20
• 1.4.2 国内研究现状20
• 1.5 本论文研究的具体工作内容20-22
• 第2章 电动车整车控制器硬件在环仿真系统方案设计22-40
• 2.1 电动车结构特征及其整车控制器软硬件概述22-29
• 2.1.1 电动汽车的系统结构22-23
• 2.1.2 整车控制器硬件介绍23-25
• 2.1.3 整车控制模块介绍25-29
• 2.2 硬件在环仿真系统需求分析和基本结构29-32
• 2.2.1 硬件在环仿真系统需求分析29-30
• 2.2.2 通用硬件在环系统的基础结构30-32
• 2.3 CAN 总线应用层协议设计32-36
• 2.3.1 CAN 总线应用32-33
• 2.3.2 消息编码方法33-35
• 2.3.3 消息调度的方式35
• 2.3.4 变量的取值范围35
• 2.3.5 CAN 总线通信优点35-36
• 2.4 基于 CAN 通信的硬件在环仿真系统总体方案36-39
• 2.5 本章小结39-40
• 第3章 电动车整车控制器硬件在环系统硬件设计40-52
• 3.1 实验平台硬件设计概述40
• 3.2 dSPACE 实时仿真系统简介40-42
• 3.2.1 dSPACE 硬件主要构成41
• 3.2.2 控制界面41
• 3.2.3 软件接口41
• 3.2.4 通信方式41-42
• 3.2.5 兼容特性和优点42
• 3.3 硬件在环实验台的硬件设计42-51
• 3.3.1 dSPACE 实时仿真系统43-45
• 3.3.2 驾驶员操纵台45-51
• 3.3.3 信号处理系统51
• 3.4 本章小结51-52
• 第4章 电动车整车控制器硬件在环系统软件设计52-64
• 4.1 软件设计概述52
• 4.2 MATLAB/Simulink 仿真系统52-53
• 4.3 实时仿真模型设计53-60
• 4.3.1 电动车整车模型的建立53-55
• 4.3.2 永磁无刷交流电机模型的建立55-58
• 4.3.3 动力蓄电池组模型的建立58-60
• 4.4 ControlDesk 实验和测试软件60-61
• 4.5 本章小结61-64
• 第5章 硬件在环仿真实验结果分析64-80
• 5.1 引言64
• 5.2 信号调试64-66
• 5.3 正常工作模式验证66-74
• 5.3.1 起步加速66-67
• 5.3.2 驱动行驶后制动停车67-68
• 5.3.3 行驶中途踩制动减速后继续行驶68-69
• 5.3.4 行驶中制动停车后倒车69-70
• 5.3.5 驱动行驶后滑行工况70-71
• 5.3.6 倒车行驶后滑行71-72
• 5.3.7 倒车制动72-74
• 5.4 故障工作模式验证74-76
• 5.4.1 换错档位工况74-75
• 5.4.2 严重故障下强电75-76
• 5.5 功能模块切换仿真结果76-78
• 5.6 本章小结78-80
• 第6章 全文总结和展望80-84
• 6.1 全文总结80-81
• 6.2 工作展望81-84
• 参考文献84-90
• 致谢90

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