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燃料电池电动汽车整车控制器设计与仿真黎永键;陈述官;简浩钧【摘要】阐述燃料电池电动汽车整车控制器的功能以及设计开发的方法,建立了整车控制器的等效电路,介绍各部分的数学模型,设计了主要部件的功率参数.以Matlab/Simulink为软件平台,建立整车仿真模型,设计了整车控制策略,包括能量管理策略、电机控制策略等.仿真试验结果表明,建立的整车控制器有较好的动力性和经济性,为燃料电池汽车整车研究提供了仿真平台.【期刊名称】《廊坊师范学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(018)003【总页数】7页(P44-50)【关键词】燃料电池汽车;整车控制器;数学模型;控制策略;仿真【作者】黎永键;陈述官;简浩钧【作者单位】广东农工商职业技术学院,广东广州511365;广东农工商职业技术学院,广东广州511365;广东农工商职业技术学院,广东广州511365【正文语种】中文【中图分类】TP391.410 引言燃料电池电动汽车是目前最重要的一种新能源汽车类型［1］。
与内燃机汽车相比，燃料电池电动汽车具有经济性好、环保等优势；与纯电动汽车相比，燃料电池电动汽车具有续航能力强、动力性好等优势。
当前，燃料电池电动汽车的核心技术仍处于研发和测试阶段。
其中，整车控制器是整车控制系统的核心部分，其性能决定整车的动力性、经济性以及稳定性［2］。
因此，整车控制器的设计是燃料电池汽车技术研究的重点内容之一。
随着世界主要汽车生产厂商之间的合作日益紧密，汽车控制器软件架构趋于规范化，以提高控制器软件的通用性与可移植性。
目前国际上整车控制系统软件的开发要求各汽车生产厂商采用统一的标准来使电子控制单元（Electric Controlled Unit，简称ECU）的软件规范化，以缩短软件的开发周期。
文献［3］介绍了整车控制器的开发流程：软件方面，借助Matlab建立整个控制系统的仿真模型，利用dSPACE物理接口模块和编译工具生成目标ECU的可执行程序；硬件方面，进行在环仿真以验证控制器电控单元的功能。
LGE-QDK01新能源汽车整车电控仿真及标定实验台一、概述随着人们对车辆舒适、安全、节能、环保等要求的日益提高，汽车智能化和电子化成为未来车辆技术的主要趋势，由此对电子控制技术及开发者提出了更大的挑战。
对于国内电控开发者而言，在ECU 开发和产品化方面存在更大的困难，需要应对更多的挑战。
ECU 主要包括控制器硬件和控制器软件，其中的控制器软件又包括基础软件与应用软件，应用软件决定了车辆驾驶体验，是车辆及零部件子系统品牌差异化的主要体现，是各大厂商自主研发的核心知识产权，控制器硬件以及基础软件，是保证应用软件良好运行的平台。
在开发阶段和产品化阶段，传统开发方式一般采用不同的平台，这些平台间的移植和验证都存在较大的难度，需要花费大量的时间、精力以及昂贵的费用。
对于刚刚起步的自主品牌在产量和成本的要求下，对于相对复杂的控制系统，新产品的产品化几乎成了难以完成的任务。
为了解决ECU 研发和产品化的问题，我们对国内外的最新技术进行了深入细致的研究，通过整合不断提升的微控制器技术，结合嵌入式软件开发应用以及控制器设计标准的国际最新趋势，自主研发形成了RapidECUECU 快速开发解决方案，有效解决了ECU 开发与产业化难题。
二、开发流程RapidECU ECU 快速开发解决方案，开发流程符合国际标准的软件工程V 型开发模式，支持Matlab/Simulink/ Stateflow，采用图形化建模方式建立软件工程，完全零手工的全自动代码生成，可以同时完成应用软件和基础软件模型自动代码生成，在开发过程中随时保持模型和代码的同步状态，使开发和产品化在统一的平台下实现，提供集成式的完整工具链组合，支持用户完成ECU 生命周期内的开发、测试、标定、验证、生产等全部流程。
底层系统成熟稳定，包括实时操作系统、各种汽车级I/O 信号调理、功率驱动、总线通信、标定协议、诊断协议栈、引导程序、电源管理、内存管理等功能，模块化调用。
新能源汽车仿真平台的设计与实现近年来，新能源汽车的发展趋势越来越明显。
然而，新能源汽车的开发过程面临着种种挑战，其中一个重要的挑战就是如何设计和实现一套模拟平台来评估新能源汽车的性能和可靠性。
本文将介绍新能源汽车仿真平台的设计和实现，重点涉及平台的功能、优势和实现过程。
一、新能源汽车仿真平台的功能新能源汽车仿真平台的主要功能是模拟新能源汽车在不同情况下的性能和行驶情况，例如速度、加速度、燃料消耗量、电池寿命等等。
此外，平台还可以模拟其他因素对新能源汽车的影响，例如路面状况、气候条件和交通拥堵等等。
基于这些数据，新能源汽车的制造商和研发人员可以根据仿真结果进行改进和优化。
例如，在模拟平台上进行的测试可以帮助制造商和研发人员决定新能源汽车的设计参数、确定适合各种情况下的最佳驾驶模式等等。
二、新能源汽车仿真平台的优势相比于实地测试，新能源汽车仿真平台有以下优势：1. 减少成本：实地测试需要消耗大量的时间和精力，而且还需要购买大量的测试设备和人力资源。
仿真平台一次性投入成本较高，但可以节省大量的时间和成本。
2. 提高效率：仿真平台可以进行大量的测试，并在短时间内生成结果。
这有助于制造商和研发人员更快地优化和改进新能源汽车的性能。
3. 可控性强：在实地测试中，许多因素是难以控制的。
相比之下，仿真平台可以模拟各种情况，并在不同条件下进行测试。
这使得测试更加可靠和准确。
三、新能源汽车仿真平台的实现过程实现一个新能源汽车仿真平台需要经历以下步骤：1. 数据采集：采集与新能源汽车相关的实验数据。
这些数据可以来自于实地测试、测量和文献研究等。
2. 数据处理：数据应该以一定格式进行处理，以确保平台能够正常运行。
此外，还需要对数据进行过滤、修正和补充等操作。
3. 模型构建：在第二步中处理后的数据可以用于建立新能源汽车的数学模型。
这个模型包括适合各种操作条件的传感器和执行器。
4. 平台开发：建立一个仿真平台，用于对新能源汽车的性能、消耗和行驶情况进行测试。
新能源汽车模拟试验平台建设探究近年来，全球范围内对于环境保护以及能源效率的关注度不断提升。
本着节能减排、环境友好的理念，新能源汽车逐渐成为汽车市场的热门话题。
然而，随着技术的发展和市场情况的不断变化，新能源汽车的产业链和市场需求受到越来越多的关注与挑战。
为了解决这些难题，新能源汽车模拟试验平台应运而生。
一、新能源汽车模拟试验平台的意义随着新能源汽车的技术不断发展，人们对其安全性、充电效率等问题重新关注。
相对于传统的汽车验证平台，新能源汽车模拟试验平台拥有更高的模拟精度、更强的弹性和更大的测试范围，能够更为精确地模拟出不同场景下新能源汽车的行驶状况，提前发现问题，降低生产成本，提高安全性。
二、新能源汽车模拟试验平台的架构新能源汽车模拟试验平台可分为三个核心要素：车辆模拟器、充电器模拟器、环境模拟器。
其中，车辆模拟器包括整车电气系统、动力系统、传动系统等，可以模拟出车辆不同工况下的行驶状况。
充电器模拟器可以模拟对不同充电桩的兼容性测试，模拟不同充电速率的充电测试等。
环境模拟器可以模拟不同温度、紫外线、湿度、气压等环境因素对车辆的影响，如温度、湿度对电池性能的影响，紫外线对车漆的影响等。
三、新能源汽车模拟试验平台的应用价值1. 提升新能源汽车的产品性能和安全性新能源汽车模拟试验平台可以模拟多种道路、驾驶情境和恶劣环境，能够全面验证新能源汽车在不同情况下的性能和安全性，提高产品可靠性、减少安全事故。
2. 降低新能源汽车成本新能源汽车模拟试验平台还可以通过加速测试流程、降低测试成本、优化产品设计、提高效率等手段降低生产成本，为市场提供更具竞争力的产品。
3. 推动新能源汽车产业的快速发展新能源汽车模拟试验平台能够为新能源汽车生态建设提供强有力的支持，推动新能源汽车行业快速发展，促进新能源汽车和传统汽车的协同、融合发展。
四、新能源汽车模拟试验平台存在的挑战与解决方案1. 售后服务问题随着新能源汽车模拟试验平台的推广，售后服务成为一大难题。
电动汽车动力测试平台设计及试验分析首先，该平台需要具备一个可调节的电机，用于模拟电动汽车的动力系统。
电机的输出可以根据需要进行调节，以模拟不同驾驶条件下的动力需求。
其次，该平台需要配备一个电池组，用于为电动汽车提供电力。
电池组的容量和性能应当与实际电动汽车的电池相匹配，以确保测试结果的准确性。
此外，该平台还需要一个电动汽车模型，用于模拟电动汽车的行驶过程。
该模型应包括车身、车轮等组成部分，并能够与电机和电池组进行连接。
在进行测试时，可以通过控制电动汽车模型的加速和制动来模拟各种行驶情况，例如起步、加速、匀速行驶和减速等。
同时，可以监测电动汽车模型的动力输出和能量消耗，以评估电动汽车的动力性能和能效。
另外，为了更准确地评估电动汽车的动力性能，测试平台还需要配备必要的传感器和测试仪器。
例如，可以安装在电动汽车模型上的转速传感器，用于测量电机的转速。
还可以使用电流传感器和电压传感器，以监测电池组的工作状态和能耗。
另外，可以使用数据采集系统来记录和分析测试数据，以便进行进一步的研究和评估。
在试验分析方面，可以通过收集和分析测试数据来评估电动汽车的动力性能和能效。
例如，可以通过电机转速和电机输出扭矩来评估电动汽车的加速性能。
可以通过测量电池组的电流和电压以及车辆的行驶距离来评估电动汽车的能效。
此外，还可以进行不同测试条件下的比较试验。
例如，可以比较不同电池组的性能，评估它们的充电速度、能量密度和续航里程等指标。
也可以比较不同电机的性能，评估它们的效率和扭矩输出等指标。
通过这些试验分析，可以为电动汽车的设计和研发提供有力的参考依据。
综上所述，电动汽车动力测试平台的设计及试验分析对于评估电动汽车的动力性能和能效具有重要意义。
通过适当的模拟和分析，可以为电动汽车的设计和改进提供有益的信息和指导。
2019年第1期【摘要】为实现燃料电池汽车（FCV ）动力系统及其关键部件的开发和产品化综合测试，设计了FCV 动力系统的分布式多任务动态测试平台，实现车辆运行环境、道路振动适应性和动态道路阻力的模拟，基于功能特性和冗余需求设计了测试系统的体系结构和功能，采用XiL 技术设计验证过程和测试用例。
通过对测试结果的分析，论证了测试平台的有效性和先进性，并验证了FCV 动力总成领域大型多层测试平台的设计方法。
主题词：燃料电池汽车动力系统多任务测试平台主控系统中图分类号：U467.3文献标识码：A DOI:10.19620/ki.1000-3703.20180853Design and Verification of Fuel Cell Vehicle Power System Test PlatformChai Hua,Zhang Tong,Chen Juexiao,Gao Haiyu（Tongji University,Shanghai 201804）【Abstract 】For the development and productization comprehensive test of FCV power system and its key components,a distributed multi-task dynamic test platform for FCV power system was designed,which could simulate vehicle operating environment,road vibration adaptability and dynamic road resistance.Architecture and function of the test system based on the functional characteristics and redundancy requirements were designed.The verification process and test cases weredesigned using XiL technology.Through analysis of the test results,the effectiveness and advancement of the test platform were demonstrated,and the design method of the large multi-layer test platform in the FCV powertrain was verified.Key words:Fuel cell vehicle,Power system,Multitask,Test platform,Main control system柴华章桐陈觉晓高海宇（同济大学，上海201804）燃料电池汽车动力系统测试平台的设计与验证汽车技术·Automobile Technology1前言新能源汽车已成为汽车工业未来的发展方向，氢燃料电池汽车具有高效率和零排放的特点，因而具有广阔的应用前景[1-3]。
插电式燃料电池轿车整车控制器仿真测试平台设计寇改红刘奋梁伟铭(上海汽车集团股份有限公司新能源汽车事业部,上海201804)=摘要> 利用M ATLAB/S i m u link实时仿真环境、dSPACE实时仿真系统、CAN通讯设备,系统地设计了插电式燃料电池轿车整车控制器的仿真测试平台。
该平台可以验证整车控制算法是否符合设计要求,并尽早发现软件的设计漏洞,为整车控制器的实车调试打下良好的基础。
=Abstract>B ased on the MATLAB/Si m ulink rea-l ti m e soft w are env ironm en,t dSPACE rea-l ti m e si m ulati o n syste m and C AN co mmunicati o n too ls,the si m ulati o n test platfor m of vehic le contro ller fo r plug-i n FCV is desi g ned.The platfor m can be used to verify w hether the contr o l algorithm s satisfy the desi g n require m en,t and to find t h e desi g n proble m s as soon as possi b l e and lay a so li d foundati o n fo r the latter debugg i n g on veh icle.=关键词> 插电式燃料电池轿车控制器do:i1013969/j1i s sn.1007-4554.2011.06.020引言在整车控制器的开发过程中,利用整车控制器硬件在环仿真测试平台构建虚拟的整车现场环境,对控制器进行硬件在环仿真测试,不但可以大大加快整车控制器软、硬件的开发进程,而且开发成功的控制器也具有较高的可靠性。
因为仿真测试平台可以模拟出在实车试验中难以实现的特殊行驶状态和危险状态,从而对整车控制器进行更加全面的测试。
插电式燃料电池汽车的开发作为一种新的技术,特别是部件的性能尚不够稳定和可靠,在这种情况下搭建控制器仿真测试平台对整车控制器进行硬件在环仿真测试就更为重要。
1动力系统结构燃料电池轿车的动力系统主要包括燃料电池系统(FCS)、直流变换器(DCF)、蓄电池系统和驱动电机系统。
燃料电池系统是将氢气能源(化学能)转换成电能(H2y DC)的装置,燃料电池输出的电能经过直流变换器的转换,连接到蓄电池上。
驱动电机系统是把电能转换成机械能(DC y Torque)的装置,它包括直流逆变器和电动机,电动机的输出转矩经过主减速器传递到车轮从而驱动整车。
燃料电池系统的燃料是氢气,储存在车载储氢系统中。
动力系统中各部件都具有独立的控制器,它们的主要功能是接收整车控制器发来的控制指令,控制各自部件的动作,并向整车控制器反馈部件的状态信息。
整车控制器是整车控制的核心,它的主要功能是实现整车的转矩控制、能量管理和故障诊断。
它作为上层控制单元负责协调动力系统各个部件的运行,采集驾驶员的输入信息和各部件控制器发来的信息,进行综合的分析和判断后,实现对整个系统进行功率分配及各部件的收稿日期:2011-03-31协调控制,向各个部件控制器发送控制指令,向仪表、多功能显示单元等设备输出动力系统状态信息。
上述各控制器通过分布式C AN 网络完成实时通讯。
图2 插电式燃料电池轿车硬件在环仿真测试平台方案设计图2 硬件在环实时仿真测试平台方案设计2.1 仿真测试平台硬件仿真测试平台的硬件需要完成计算机模型产生的虚拟信号到真实信号的转换,这些信号包括数字量输入输出信号、模拟量输入输出信号和CAN 通讯信号。
本文采用的硬件是dSPACE 实时仿真系统,它是基于MATLAB /Si m u link 的控制系统在实时环境下的开发及测试工作平台,实现了和MATLAB /S i m ulink 的无缝连接。
dSPACE 实时系统由两大部分组成,一是硬件系统,二是软件环境。
其中硬件系统的主要特点是具有高速计算能力,包括处理器和I/O 接口等;软件环境可以方便地实现代码生成、下载和试验调试等工作。
dSPACE 具有强大的功能,可以很好地完成控制算法的设计、测试和实现,并为这一套并行工程提供良好的环境。
2.2 仿真测试平台软件硬件在环实时仿真测试平台构建了虚拟的整车环境,并基于虚拟的人机交互司机模型,将人作为硬件在环的一个元素引入到实际的仿真测试中。
虚拟整车平台基于MATLAB /Si m u li n k 实时仿真环境构建了燃料电池汽车仿真模型,该模型包括燃料电池发动机、氢管理系统、DC -DC 变换器、蓄电池、异步驱动电机及车辆负载等,作用是模拟真实的插电式燃料电池轿车的运行,为整车控制器的测试提供虚拟的被控对象和测试环境。
整车仿真模型的顶层模块如图1所示。
图1 插电式燃料电池轿车整车仿真模型顶层模块2.3 仿真测试平台方案根据P l u g -i n FCV 的实时仿真环境和数据通讯方式,初步确定其H i L 仿真测试的总体框架结构方案如图2所示。
从图2可以看出,整个仿真平台由快速原型整车仿真系统(包括驾驶员模块)、信号转接系统、快速原型整车控制策略仿真系统、以及实时监控系统4部分组成。
在图2中,主机PC1和主机PC2分别用于在M atlab /S i m ulink 环境下建立整车(V ehic le)模型和整车控制策略(VM S)模型,并将模型编译为C 代码下载到快速原型硬件中;同时,在仿真测试的过程中,作为上位机利用dSPACE Control D esk 软件对各个仿真参数进行实时监控和在线调节。
主机1在整车仿真模型建立之后,利用dSPACE RT I 1005提供的DS2211li b rary 中的I/O 接口模块对模型的数据通讯进行I/O 参数设定,包括CAN 通讯I /O 设定、整车仿真模型输出给整车控制策略模型的数字量和模拟量的通讯设定、整车仿真模型从整车控制策略模型那里接收来的数字量通讯设定。
然后,利用RT W提供的Build m ode l命令对配置好的模型进行编译,并将实时C 代码通过dSPACE通讯设备下载到AutoBOX中,最后利用dSPACE Control D esk软件对整车仿真系统进行实时监控和在线调参。
主机2在整车控制策略模型建立之后,利用M icro Au toBox1401/1505/1506配套的I/O接口模块对模型的数据通讯进行I/O参数设定。
同样的包括CAN通讯I/O设定、整车控制策略模型从整车仿真模型那里接收来的数字量和模拟量的通讯设定、整车控制策略模型输出给整车仿真模型的数字量通讯设定。
然后,利用RT W提供的Bu ild m odel命令对配置好的模型进行编译,并将实时C代码通过dSPACE通讯设备下载到M icro Au toB OX中,最后利用dSPACE Control D esk 软件对整车控制策略仿真系统进行实时监控和在线调参。
在主机1和主机2都完成模型编译、代码下载、实时运行之后,为了方便平台调试和仿真测试,需要利用dSPACE Con tro l D esk软件提供的诸多控件来制作实时监控和在线调参界面。
在界面制作完成之后,操作相应控件,实现打开钥匙开关并上档,那么整个燃料电池动力控制系统即处于实时响应等待状态,当然这一切的前提是通讯系统要正确、可靠。
当驾驶员通过加速踏板给定目标车速后,系统中各部件及控制器就开始模拟实际部件的运行情况。
根据测试要求,通过dSP ACE Contr o l D esk对系统参数的监控和在线调节,可以验证搭建的硬件在环仿真测试平台的优劣和控制算法的实际控制效果。
2.4实时仿真信号定义实时仿真信号定义与目标燃料电池汽车完全一致。
快速原型仿真系统硬件M icro Au to BOX和AutoBOX之间的通讯是通过信号转接板和香蕉头线束实现的。
具体的信号定义及连接如表1。
对于分布式控制实时仿真系统而言,首要的要求在于通讯系统的保障。
如果因通讯的问题导致数据传输出错,那么整个系统的输入输出就不会正确,从而导致对控制策略的错误判断,这在工表1M i c roAu toBO X和A utoBOX间的仿真信号定义信号M i cro Au toBOX AutoBOXI/O口-类型-通道Sub_D&P i n-类型模拟量输入制动踏板信号A1P1A28-ADC2GND P1A12-加速踏板信号W1P1A45-ADC4GND P1A25-DAC6 12V电源主电源外接供电主电源5V电源传感器电源E2-VSENS P2A32-+5V Fuse2GND P2A50-GND CAN通讯CANBX5-CAN2Low P2A31-CANLX6-CAN2H i gh P2A47-CAN H CANAV5-CAN1Low P2B31-CANLV6-CAN1H i gh P2B47-CANH 数字量输入输出DCL使能控制信号K3-DO-G2c1P1B34-DI G_I N1继电器Ec1控制信号K4-DO-G2c2P1B2-DI G_I N5继电器Ec3控制信号K5-DO-G2c3P1B18-DI G_I N3 PCU继电器控制信号K6-DO-G2c4P1B20-DI G_I N15自保继电器控制信号L1-DO-G2c5P1B35-DI G_I N7启车指示灯信号L2-DO-G2c6P1B3-DI G_I N11继电器Ec2控制信号L3-DO-G2c7P1B19-DI G_I N9巡航控制开关Y3-D I-G4c1P2A40-D I G_OUT5巡航设置/提速开关Y4-D I-G4c2P2A24-D I G_OUT6巡航复位/减速开关Z3-DI-G4c4P2A41-D I G_OUT8供氢开关信号Z4-DI-G4c5P2A42-DI G_O UT10钥匙附件档开关信号Y6-D I-G4c3P2A6-DI G_O UT1钥匙点火档开关信号Z6-DI-G4c6P2A8-DI G_O UT7钥匙启动档开关信号a6-DI-G5c1P2A10-DI G_O UT12安全线信号c3-D I-G5c5P2A26-DI G_O UT11档位信号b6-D I-G5c4P2A23-DI G_OUT3c6-D I-G5c8P2A39-DI G_OUT2制动踏板开关信号b3-D I-G5c2P2A43-DI G_O UT13程实际开发中是非常严重的问题。
因此,在作系统的仿真测试之前,必须认真检查通讯系统的可靠性。
