一種電動汽車電機控制器硬件在環(huán)測試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種電動汽車電機控制器硬件在環(huán)測試系統(tǒng),包括一臺工控機和電機控制器，所述工控機安裝有MATLAB/Simulink軟件平臺、Labview軟件和Teststand軟件平臺，所述工控機通過數(shù)據(jù)采集板卡與電機控制器連接，所述數(shù)據(jù)采集卡用于采集工控機發(fā)出的指令，并將電機控制器的信號反饋上傳給工控機。該系統(tǒng)占用資源少、造價低廉、配置簡單且方便實用，在一臺工控機上既能實現(xiàn)目標(biāo)機實時仿真的功能，又能控制和查看上位機的監(jiān)控界面功能，實現(xiàn)在線調(diào)參和數(shù)據(jù)記錄。
【專利說明】一種電動汽車電機控制器硬件在環(huán)測試系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種電機控制器硬件在環(huán)仿真測試裝置，更具體的說是應(yīng)用于電動汽車的電機控制器開發(fā)流程中的實驗系統(tǒng)，用于縮短產(chǎn)品開發(fā)時間，減少人力和資金的投入的硬件在環(huán)仿真測試系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著國內(nèi)外各大汽車廠商對電動汽車的加大投入研發(fā)和我國政府的相關(guān)扶持政策，電動汽車的普及指日可待。電動汽車的電機控制器是電動汽車的一項關(guān)鍵技術(shù)，而在開發(fā)電機控制器的過程中，對電機控制器做測試的環(huán)節(jié)是必須的，對測試的要求也越發(fā)的急迫。然而，傳統(tǒng)的電機控制器開發(fā)測試須等汽車樣機開發(fā)出來之后才能進行，這樣的流程不僅周期長、效率低、成本高，而且還可能因為控制算法的錯誤導(dǎo)致設(shè)備的損壞甚至發(fā)生危險。這就給電機控制器的開發(fā)帶來了困難。
[0003]硬件在環(huán)測試(hardware-1n-the-loop, HIL)技術(shù)是將系統(tǒng)的一部分以數(shù)學(xué)模型描述，并把它轉(zhuǎn)化為仿真計算模型；另一部分以實物(或物理模型)方式引入仿真回路。該技術(shù)能確保在開發(fā)周期早期就完成嵌入式軟件的測試。到系統(tǒng)整合階段開始時，嵌入式軟件測試就要比傳統(tǒng)方法做得更徹底更全面。這樣可以及早地發(fā)現(xiàn)問題，因此降低了解決問題的成本。HIL硬件在環(huán)仿真測試已經(jīng)成為汽車各控制器開發(fā)流程中非常重要的一環(huán)，減少了實車路試的次數(shù)，縮短開發(fā)時間和降低成本的同時提高控制器的軟件質(zhì)量，降低汽車廠的風(fēng)險。
[0004]Matlab/simulink中的RTW (實時工作間)工具箱可將圖形化語言轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的代碼語言，方便實現(xiàn)實時仿真。xPc Target (xPc目標(biāo))是針對RTW體系結(jié)構(gòu)的一種實時仿真系統(tǒng)構(gòu)建途徑，支持多種類型的I/O設(shè)備(包括PCI和ISA以及RS232等)，它采用的是上位機一目標(biāo)機“雙機模式”。其中，上位機用于運行Simul ink，Stateflow等工具包，并且具有目標(biāo)代碼編譯器。目標(biāo)機則實時運行所生成的代碼。xPC提供了一個高度的實時內(nèi)核運行在目標(biāo)機上。上位機和目標(biāo)機通過網(wǎng)線連接進行通信，使用xPC Target可以構(gòu)建硬件在環(huán)仿真測試系統(tǒng)。但是該種“雙機仿真”的方法必須使用兩臺計算機來運行，占用資源較多，配置通訊，調(diào)試復(fù)雜。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種利用一臺PC機(工控機)構(gòu)造一個占用資源少、造價低廉、配置簡單且方便實用的電機控制器硬件在環(huán)測試系統(tǒng)，以使電機控制器開發(fā)設(shè)計過程更加快捷、方便、高效。
[0006]本實用新型為了達到上述目的采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種電動汽車電機控制器硬件在環(huán)測試系統(tǒng)，包括一臺工控機、電機控制器部件、PCI總線形式的數(shù)據(jù)采集卡和PCI接口的CAN卡以及信號調(diào)理電路，所述工控機安裝有MATLAB/Simulink軟件平臺、Labview軟件和Teststand軟件平臺，所述工控機通過數(shù)據(jù)采集板卡和CAN卡與電機控制器部件通信。
[0008]所述的工控機是上位機和目標(biāo)機一體機，利用MATLAB/Simulink建立整車仿真模型，通過RTWT工具箱與I/O板卡進行通訊，由Labview與MATLAB進行聯(lián)合仿真，通過SIT工具包完成參數(shù)映射，實現(xiàn)在線調(diào)整參數(shù)，結(jié)果顯示在同一臺工控機的監(jiān)控界面上。
[0009]所述的Teststand軟件用于測試序列的開發(fā)、管理和執(zhí)行，對電機控制器各種工作情況、誤操和故障情況進行自動測試。
[0010]所述的數(shù)據(jù)采集板卡插在工控機主機內(nèi)部卡槽PCI和ISA總線上，采用A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換和數(shù)字I/O接口來處理和傳送數(shù)據(jù)，PCI接口上還插有用于CAN總線數(shù)據(jù)通訊的CAN卡，所述數(shù)據(jù)采集板卡通過調(diào)理電路與電機控制部件連接，所述調(diào)理電路用于調(diào)整和計算信號電壓，所述數(shù)據(jù)采集卡和CAN卡用于采集工控機發(fā)出的指令，通過調(diào)理電路的調(diào)理將對應(yīng)的電信號傳遞給電機控制器，并將電機控制部件的信號經(jīng)過調(diào)理電路的處理反饋上傳給工控機。
[0011]所述的電機控制器是單片機電路板和相應(yīng)外圍i/o接口電路，該電機控制器作為電機的控制單元，接收從MATLAB/Simulink仿真模型中發(fā)送的電機轉(zhuǎn)速、電機目標(biāo)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速偏角和電機使能信號，經(jīng)過電機控制器單片機電路的處理后將電流和脈沖信號發(fā)送到三相逆變器模型中。
[0012]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有的有益效果體現(xiàn)在:該系統(tǒng)占用資源少、造價低廉、配置簡單且方便實用，在一臺工控機上既能實現(xiàn)目標(biāo)機實時仿真的功能，又能控制和查看上位機的監(jiān)控界面功能，實現(xiàn)在線調(diào)參和數(shù)據(jù)記錄。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]為了更清楚地說明本實用新型的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細說明。
[0014]圖1為本實用新型電動汽車電機控制器硬件在環(huán)測試系統(tǒng)的原理框圖；
[0015]圖2為本實用新型電動汽車電機控制器硬件在環(huán)測試系統(tǒng)的工作原理圖圖；
[0016]圖3為本實用新型電動汽車電機控制器硬件在環(huán)測試系統(tǒng)的整車仿真模型原理圖；
[0017]圖4為本實用新型電動汽車電機控制器硬件在環(huán)測試系統(tǒng)的信號傳遞圖。

【具體實施方式】
[0018]以下結(jié)合具體實施例對上述方案做進一步說明。應(yīng)理解，這些實施例是用于說明本實用新型而不限于限制本實用新型的范圍。實施例中采用的實施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進一步調(diào)整，未注明的實施條件通常為常規(guī)實驗中的條件。
[0019]如圖1所示，一種汽車硬件在環(huán)測試系統(tǒng)。硬件在環(huán)測試硬件裝置包括上位機和目標(biāo)機一體式工控機1、在工控機主機中內(nèi)置的數(shù)據(jù)采集板卡7、CAN通訊卡6、電機控制器5、數(shù)據(jù)采集板卡7與電機控制器5之間需加入調(diào)理電路8，用來調(diào)整和計算信號電壓；軟件裝置包括MATLAB/Simulink軟件平臺4, Labview軟件3和Teststand軟件平臺2。
[0020]MATLAB/Simulink軟件平臺4負責(zé)開發(fā)整車仿真模型，并利用Real-timeWorkshop (RTff)工具包將仿真模型mdl文件自動生成C代碼，經(jīng)過編譯鏈接形成可執(zhí)行文件，這樣就可以將非實時的模型轉(zhuǎn)化為實時可執(zhí)行程序，此外MATLAB/Simulink還提供了RTffT功能，RTffT利用一個實時內(nèi)核在Windows操作系統(tǒng)接收工控機時鐘中斷之前來阻止其他應(yīng)用程序?qū)Σ僮飨到y(tǒng)的任何調(diào)用，使得實時應(yīng)用程序具有可獲得的最高優(yōu)先級，即運行在CPU的零環(huán)，該內(nèi)核將內(nèi)置的PC時鐘作為時鐘源；然后利用定時器中斷來觸發(fā)已經(jīng)編譯成實時應(yīng)用程序的Simulink模型的執(zhí)行，保證了應(yīng)用程序的實時運行；同時，通過將編譯后的實時應(yīng)用程序中的所有模型部件、模塊之間的連接、時間從屬關(guān)系及變量的二進制形式等在Simulink擴展模式下進行集成,通過對Simulink模型與可執(zhí)行程序之間的校驗求和來確保兩者之間的一致性，實現(xiàn)了將Simulink模型作為實時應(yīng)用程序用戶接口的目標(biāo)。在RTWT能下可以在線修改Simulink模型中實時可執(zhí)行應(yīng)用程序的參數(shù)，通過RTWT中的數(shù)據(jù)采集模塊庫可以簡化各種信號采集程序的編制，可以方便的通過數(shù)據(jù)采集板卡向外部發(fā)送命令和采集數(shù)據(jù)。
[0021]Labview軟件平臺3能與MATLAB/Simulink軟件平臺4進行聯(lián)合仿真,將需要在線調(diào)整的Simulink模型參數(shù)通過SIT工具包映射在Labview相應(yīng)選項卡中，在Labview中完成相應(yīng)設(shè)置后，建立起Labview和MATLAB的連接。制作Labview監(jiān)控界面的前面板,通過前面板上的旋鈕和數(shù)據(jù)輸入框等在線調(diào)整模型參數(shù)，并通過編寫Labview數(shù)據(jù)采集程序，將數(shù)據(jù)結(jié)果實時的顯示在監(jiān)控界面前面板上。
[0022]TestStand平臺2是一種隨時可運行的測試管理軟件，可以加速開發(fā)測試與驗證裝置，它專為測試步驟序列的自動執(zhí)行而設(shè)計。這些測試步驟可以是單個測試、測量、動作或命令。TestStand用于測試序列的開發(fā)、管理和執(zhí)行。這些測試序列集成了采用任一測試編程語言編寫的測試模塊。通過編寫測試代碼，利用TestStand可以完成對待測控制部件各種工作情況、誤操和故障情況的自動測試。
[0023]數(shù)據(jù)采集板卡7可以使用內(nèi)置式數(shù)據(jù)采集板卡直接插在工控機I的主機卡槽上，也可以使用非內(nèi)置的數(shù)據(jù)采集板卡。數(shù)據(jù)采集板卡7的輸入輸出端連接調(diào)理電路8，信號通過數(shù)據(jù)采集板卡7后，進入調(diào)理電路8進行調(diào)整后再發(fā)送至電機控制器5。同樣，ITO反饋的信號也需要通過調(diào)理電路8進行調(diào)整之后才能發(fā)送到數(shù)據(jù)采集板卡7，進而反饋到模型之中，形成回路。
[0024]電機控制器5是單片機電路板和相應(yīng)外圍I/O接口電路，該電機控制器5作為電機的控制單元，接收從MATLAB/Simulink仿真模型中發(fā)送的電機轉(zhuǎn)速、電機目標(biāo)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速偏角和電機使能信號，經(jīng)過電機控制器5電路的處理后將電流和脈沖信號發(fā)送到三相逆變器模型中。
[0025]需要說明的是，MATLAB/Simulink仿真模型4中的Simulink模型采用去除電池管理系統(tǒng)的整車模型，其中加入模型庫中自帶的數(shù)據(jù)采集接口驅(qū)動模塊，如果模型庫中沒有相對應(yīng)數(shù)據(jù)采集板卡或者CAN卡的驅(qū)動模塊，可以自己利用C S-FUCT10N結(jié)合硬件信息編寫驅(qū)動。模型中的循環(huán)工況使用NEDC工況作為輸入。
[0026]該系統(tǒng)工作的具體流程如圖2所示。首先利用MATLAB/Simulink構(gòu)建整車的仿真模型，確定參數(shù)模型調(diào)試通過(模型在環(huán)測試，MIL)，整車模型(第4部分)使用基于駕駛員模型的前向仿真建模方法，原理圖如圖3所示。
[0027]其次安裝Real-time windows target實時內(nèi)核,去掉仿真模型中controller部分，在模型中添加RTWT板卡接口驅(qū)動模塊,通過Real-time workshop功能,將所構(gòu)建的mdl型模型文件自動生成C語言，轉(zhuǎn)化為實時系統(tǒng)。在模型窗口選擇External模式，單擊Connect to target選項，連接成功后，單機運行,此時模型和板卡進行通信,開始實時運行。運行中可在線更改需要的模型參數(shù)，更改以后運行結(jié)果實時發(fā)生變化。
[0028]然后制作調(diào)理電路板，將電池管理系統(tǒng)采集進來的信號和模型發(fā)送給電池管理系統(tǒng)的信號進行調(diào)理，變?yōu)殡姵毓芾硐到y(tǒng)和工控機可以接受識別的電信號，完成相互通信。
[0029]最后通過Labview制作上位機界面,利用SIT Server工具包可以將需要在線更改的模型參數(shù)與Labview前面板映射起來，通過操作前面板的虛擬儀器按鍵就可在線更改模型參數(shù)，通過Teststand編寫測試用例，模擬電動汽車遇到的各種情況，驗證電機控制器的控制效果是否滿足要求。
[0030]圖3中Controller部分在硬件在環(huán)測試中需要去除，替換成電機控制器控制板實物接入系統(tǒng)中，需要注意的是，電機控制器硬件實物指的是電機控制器的弱電部分，也就是控制板，而不包括強電部分。
[0031]圖4電機控制器硬件電路測試的信號流，標(biāo)明了測試過程中需要傳遞的數(shù)據(jù)信號。其中，電機控制器硬件采集電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角，NTC的溫度等和整車的油門信號、上下電信號及其他的CAN信號，經(jīng)過處理后，將6路脈沖信號和三相電流信號傳遞給逆變器；同時，逆變器采集電機轉(zhuǎn)速、電流、電壓等信號使用動力電池提供的電源從而控制電機的工作。
【權(quán)利要求】
1.一種電動汽車電機控制器硬件在環(huán)測試系統(tǒng),其特征在于,包括一臺工控機、電機控制器部件、PCI總線形式的數(shù)據(jù)采集卡和PCI接口的CAN卡以及信號調(diào)理電路，所述工控機安裝有MATLAB/Simulink軟件平臺、Labview軟件和Teststand軟件平臺，所述工控機通過數(shù)據(jù)采集板卡和CAN卡與電機控制器部件通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車電機控制器硬件在環(huán)測試系統(tǒng)，其特征在于，所述的工控機是上位機和目標(biāo)機一體機，利用MATLAB/Simulink建立整車仿真模型，通過RTWT工具箱與I/O板卡進行通訊，由Labview與MATLAB進行聯(lián)合仿真，通過SIT工具包完成參數(shù)映射，實現(xiàn)在線調(diào)整參數(shù)，結(jié)果顯示在同一臺工控機的監(jiān)控界面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車電機控制器硬件在環(huán)測試系統(tǒng)，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)采集板卡插在工控機主機內(nèi)部卡槽PCI和ISA總線上，采用A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換和數(shù)字I/O接口來處理和傳送數(shù)據(jù)，PCI接口上還插有用于CAN總線數(shù)據(jù)通訊的CAN卡，所述數(shù)據(jù)采集板卡通過調(diào)理電路與電機控制部件連接，所述調(diào)理電路用于調(diào)整和計算信號電壓，所述數(shù)據(jù)采集卡和CAN卡用于采集工控機發(fā)出的指令，通過調(diào)理電路的調(diào)理將對應(yīng)的電信號傳遞給電機控制器，并將電機控制部件的信號經(jīng)過調(diào)理電路的處理反饋上傳給工控機。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車電機控制器硬件在環(huán)測試系統(tǒng)，其特征在于，所述的電機控制器是單片機電路板和相應(yīng)外圍I/O接口電路，接收從MATLAB/Simulink仿真模型中發(fā)送的電機轉(zhuǎn)速、電機目標(biāo)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速偏角和電機使能信號，經(jīng)過電機控制器單片機電路的處理后將電流和脈沖信號發(fā)送到三相逆變器模型中。
【文檔編號】G05B23/02GK204086979SQ201420366730
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】周榮寬, 韓曉東, 王秀銳, 趙峰, 席安靜 申請人:清華大學(xué)蘇州汽車研究院（吳江）