CN103176472B - 一种四轮驱动纯电动汽车硬件在环仿真实验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种四轮驱动纯电动汽车硬件在环仿真实验系统。本系统包括驱动电机及控制器子系统、电力测功机及控制器子系统、扭矩转速传感器、车辆动力学模型实时仿真子系统、信号检测与分析子系统。本系统以电机及控制器子系统实现纯电动汽车四轮的独立驱动，电力测功机及控制器子系统实现车辆行驶负载的模拟。车辆动力学响应通过实时控制器运行实时仿真模型实现，并通过FPGA实现整车控制器、信号的输入输出和信号调理。本发明可以对四轮驱动纯电动汽车进行硬件在环仿真，实现车辆驱动系统的快速开发与产品测试，具有节能、安全、快速、低成本的特点。

Description

一种四轮驱动纯电动汽车硬件在环仿真实验系统

技术领域

本发明涉及一种仿真系统，尤其涉及一种四轮驱动纯电动汽车硬件在环仿真实验系统。

背景技术

节能、环保和安全成为现代汽车发展的主题，为了解决汽车保有量增加所带来的能源危机和环境污染，新能源汽车的研发成为各国研究的焦点之一。纯电动汽车是全部由电能驱动电机作为动力系统的汽车，因为其零排放、结构简单、效率高、技术相对成熟等特点，已成为新能源汽车的重要发展形式。如果纯电动汽车采用四轮驱动形式可省略传统汽车所需的机械传动装置，使驱动系统和整车结构简洁、紧凑，提高传动效率而降低能源消耗；每个车轮通过独立驱动的电机能够实现快速驱动力和制动力的控制，增强行驶稳定性和通过性；能通过各电动轮的电制动、机电复合制动实现制动能量回馈，节约能源。鉴于以上因素，四轮驱动纯电动汽车成为电动汽车研究领域的热点之一。

目前四轮驱动纯电动汽车一般采用数值仿真和样车实验的方式进行研发。由于数值仿真难准确考虑作动器的动态响应特性、硬件控制周期、噪声干扰等因素，结果往往得不到人们的充分信任。而样车实验的结果虽然令人信服，但研发周期长，成本高，特别对于四轮驱动纯电动汽车，很多极限工况容易导致严重的安全事故，威胁人生安全。随着嵌入式计算机技术、实时仿真和FPGA的发展，硬件在环仿真实验技术得到迅猛发展。硬件在环仿真实验系统是通过实时仿真技术来实时运行受控对象的数值模型，以此获得其运行状态响应，通过I/O接口与被测控制系统连接，对控制系统进行全方位的、系统级的测试。由此可见，硬件在环仿真实验系统能够将软件与硬件系统有机结合起来，利用计算机接口技术将硬件系统嵌入到软件仿真环境中去，实现软硬件的实时运行。硬件在环仿真实验系统在确保分析结果可信的基础上，不仅能提高研发速度，还能降低整个研发成本。

目前未有四轮驱动纯电动汽车硬件在环仿真实验系统的相关专利。

发明内容：

本发明的目的是提供一种四轮驱动纯电动汽车硬件在环仿真实验系统，该系统可以较好地模拟真实四轮驱动纯电动汽车对整车控制器、电机控制器、车辆动力学特性进行测试与分析，为四轮驱动纯电动汽车的快速开发与整车测试和分析提供一套节能、安全、低成本的技术方案。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是提供了一种四轮驱动纯电动汽车硬件在环仿真实验系统，该实验系统包括动力模拟模块、实时仿真模块和人机接口模块，其特征在于：

动力模拟模块包括四个电机测功子系统，分别模拟四个车轮子系统；

车轮子系统包括驱动电机、电机控制器、电机驱动器、转速转矩传感器、电力测功机及电力测功机控制器、驱动器；

电机控制器接受来自于整车控制器的转速或转矩信号，根据电机控制策略调整PWM信号，实现对目标转速或转矩的跟踪；

电机驱动器接收电机控制器的PWM信号和驱动桥换向信号，实现对驱动电机各相电流大小和方向的控制；

电机驱动转矩和转速由转速转矩传感器采集并传送给整车控制器；

电力测功机通过转速转矩传感器与驱动电机同轴连接，用于模拟车辆行驶过程中的各种阻力；

实时仿真模块包括实时控制器、FPGA模块；其中，实时控制器用于实时运行车辆动力学模型，以获得车辆的各种运行状态响应；其中车辆动力学模型包括车辆横向动力学模型、车辆纵向动力学模型、车辆侧倾动力学模型和4个车轮的转动动力学模型；

FPGA模块包括I/O接口电路、信号调理模块和整车控制器；其中I/O接口电路，一方面将动力学模型的状态信号输出至整车控制器、电机控制器、电力测功机控制器和人机接口模块；另一方面，I/O接口电路将四个转速转矩传感器的速度或转矩信号通过实时控制器施加于车辆动力学模型；信号调理模块对采集的信号进行电平转换和滤波；

人机接口模块为个人PC系统，用于保存和动态显示数据。

进一步地，电力测功机控制器接受整车控制器的负载信号，产生施加在电机上的负载转矩，基于不同的工况，负载转矩可正可负。

进一步地，本发明还提出一种利用四轮驱动纯电动汽车硬件在环仿真实验系统实现基于循环工况的车辆驱动控制系统硬件在环仿真方法，其特征在于：

首先，利用车辆质量参数、车辆迎风面积、路面坡度参数、轮胎和路面参数，由循环工况的速度目标值分别计算出加速阻力、空气阻力、坡度阻力、滚动阻力；

然后，根据转速转矩传感器反馈的转矩与行驶阻力矩的误差，电力测功机控制器实现力矩闭环控制；以循环工况的速度目标值作为驱动电机的目标转速，由电机控制器根据转速转矩传感器反馈的转速信号与目标转速之间的误差实现电机的转速闭环控制；

最后，基于循环工况的车辆驱动控制系统硬件在环仿真实验过程中的车速、车轮转速、车轮转矩信号，通过人机接口模块实时动态显示。

本发明具有以下优点：

(1)实现了四轮驱动纯电动汽车电机控制、整车控制的硬件在环仿真实验，可对各种控制策略的分析更准确；

(2)在整车控制器研发前期，采用硬件在环仿真实验系统可在各种极端危险的工况下，对控制策略进行优化；

(3)可实现对四轮驱动纯电动汽车的动力学性能、电机驱动性能、再生制动能量回收效率、制动稳定性等性能的分析。在此基础上，实现整车或子系统的控制策略的性能评估、参数匹配；

(4)以硬件在环方式提高仿真精度，为四轮驱动纯电动汽车研发提供节能、安全、快速和低成本的技术方案。本发明不仅适用于四轮驱动纯电动汽车的研发，也可以适用于两轮独立驱动电动汽车、两轮集中驱动电动汽车的研发，以及电机控制器开发实验。

附图说明：

图1是本发明的四轮驱动纯电动汽车硬件在环仿真系统结构框图；

图2是本发明的电机控制系统硬件在环仿真结构框图；

图3是本发明的车辆稳定性控制系统硬件在环仿真结构框图；

图4是本发明的制动力矩模拟流程图；

图5是本发明的基于循环工况的车辆驱动控制系统硬件在环仿真结构框图；

图6是本发明的四轮驱动纯电动汽车动力学模型；

图7是本发明的电机驱动力矩对期望力矩的跟踪；

图8是本发明的车辆前轮转向角输入；

图9是本发明的车辆动力学稳定性控制系统对横摆率的控制。

具体实施：

一种四轮驱动纯电动汽车硬件在环仿真实验系统的结构图如图1所示，整个实验系统包括动力模拟模块1、实时仿真模块2和人机接口模块3。

动力模拟模块1主要由4个电机测功子系统组成，即模拟四轮驱动纯电动汽车左前车轮驱动的左前子系统100、模拟四轮驱动纯电动汽车右前车轮驱动的右前子系统200、模拟四轮驱动纯电动汽车左后车轮驱动的左后子系统300、模拟四轮驱动纯电动汽车右后车轮驱动的右后子系统400。

左前子系统100包括驱动电机111、电机控制器112、电机驱动器113、转速转矩传感器121、电力测功机131及其控制器132、驱动器133。右前子系统200包括驱动电机211、电机控制器212、电机驱动器213、转速转矩传感器221、电力测功机231及其控制器232、驱动器233。左后子系统300包括驱动电机311、电机控制器312、电机驱动器313、转速转矩传感器321、电力测功机331及其控制器332、驱动器333。左后子系统400包括驱动电机411、电机控制器412、电机驱动器413、转速转矩传感器421、电力测功机431及其控制器432、驱动器433。

实时仿真模块2主要包括实时控制器500、I/O接口电路610、信号调理模块620和整车控制器630四部分。

人机接口模块3为个人PC系统700。

动力模拟模块1的四个子系统工作原理完全一致，下面说明其工作原理。

电机控制器112、212、312、412接受来自于整车控制器630的转速或转矩信号，根据电机控制策略调整PWM占空比和驱动桥换向信号，实现对目标转速或转矩的跟踪。电机驱动器113、213、313、413接收电机控制器112、212、312、412的PWM信号和驱动桥换向信号，实现对驱动电机111、211、311、411各相电流大小和方向的控制。电机驱动转矩和转速由转速转矩传感器121、221、321、421采集并传送给整车控制器630。电力测功机131、231、331、431通过转速转矩传感器121、221、321、421与驱动电机111、211、311、411同轴连接，用于模拟车辆行驶过程中的滚动阻力、空气阻力、坡度阻力、加减速阻力。电力测功机控制器132、232、332、432接受整车控制器630的负载信号，产生施加在电机上的负载转矩，此转矩可正可负，视工况而定。电力测功机131、231、331、431输出电能可利用发热电阻消耗，或回馈上电网，视系统电机功率和成本考虑。

实时仿真模块2中的实时控制器500用于实时运行车辆动力学模型，获得车辆的各种运行状态响应。I/O接口电路610，一方面将动力学模型的状态信号输出至整车控制630、电机控制器112、212、312、412、电力测功机控制器132、232、332、432和人机接口模块3。另一方面，I/O接口电路610将四个转速转矩传感器121、221、321、421的速度或转矩信号通过实时控制器500施加于车辆动力学模型。信号调理模块620对采集的信号进行电平转换和滤波。

人机接口模块3为个人PC系统，用于保存和动态显示数据。例如实时控制器500通过I/O接口电路输出的各种车辆运行状态信息(如纵向加速度、横向加速度、车速、横摆率、侧偏角等)，动力模拟模块2输出的转速、转矩信号等，以及控制硬件在环仿真的启动与停止。

本发明作为一个整体可实现复杂的车辆动力学硬件在环仿真实验，其部分模块也可对四轮驱动纯电动汽车的子系统进行硬件在环仿真实验。

例如研究四轮驱动电机的控制策略和性能时，可仅仅使用其中的动力模拟模块。如果研究整车条件下的车辆动力学稳定性控制系统硬件在环仿真实验和基于循环工况的车辆驱动控制系统硬件在环仿真实验，则需要本发明的所有模块参与。

下面将通过说明电机控制策略开发与性能分析、车辆动力学稳定性控制系统硬件在环仿真实验、基于循环工况的车辆驱动控制系统硬件在环仿真实验三个应用例来阐述本发明的工作原理。需要说明的是，本发明不限于只开展上述三个方面研究。

(1)电机控制策略开发与性能分析

如图1所述的动力模拟模块1包含四个子系统，分别用于模拟四轮驱动纯电动汽车四个车轮的驱动电机，实现电机控制策略开发与性能分析。以左前子系统为例，其包括驱动电机111、电机控制器112、电机驱动器113、转速转矩传感器121、电力测功机131及其控制器132、驱动器133，其中电力测功机驱动器133包括隔离和驱动电路、逆变器、电流采集电路等。

电机控制策略开发与性能分析的结构框图如图2所示。

首先，用户编写电机控制策略并用程序实现，进行编译、下载到电机控制器中；

然后，电机控制器基于用户编写的电机控制程序，根据采集的相电流信号、转子位置信号和转速转矩信号产生PWM信号，并通过隔离和驱动电路向逆变器提供功率开关器件的开关信号；逆变器中的功率开关器件控制直流电源接入到驱动电机各相线圈的持续时间和次序，实现驱动电机转速和转矩控制；

最后，分析电机控制策略的性能，决定是否修改或优化控制策略而再进行实验。在此过程中，对功率驱动的逆变器进行过压、过流和热保护，并利用通信接口与外部其它系统进行信息交换。在此过程中，为了分析电机控制策略的工作特性，电力测功机与驱动电机共轴安装，为驱动电机提供负载。根据用户设定的负载信号输入，电力测功机由电力测功机控制器通过电力测功机驱动器实现静态或动态负载加载。

在此过程中，如果驱动电机工作于驱动工况，电力测功机提供正的负载，则驱动电机从直流电源中吸收电能而电力测功机向直流电源回馈电能；如果驱动电机工作于再生制动工况，电力测功机提供负的负载，即电力测功机反拖驱动电机，则电力测功机从直流电源中吸收电能而驱动电机向直流电源回馈电能。

电机控制策略开发与性能分析主要是进行电机控制策略的开发、实验和性能检验，例如开发无位置传感器控制策略、直接转矩控制策略、再生制动控制策略等，以及分析电机的起动特性、转矩波动抑制、能量回馈效率等方面的性能。

(2)车辆动力学稳定性控制系统硬件在环仿真实验

本实施例主要研究如何通过不平衡制动产生的直接转矩，实现对车辆动力学稳定性进行控制。

如图3所示，车辆动力学稳定性控制系统硬件在环仿真实验系统包括车辆动力学模型、期望模型、车辆状态估计器、制动力矩分配控制器、车辆动力学稳定性控制器、制动力模拟模块等部分，其中车辆动力学模型、期望模型是运行在实时控制器上的数值模型，用于模拟车辆的动力学响应。车辆状态估计器、制动力矩分配控制器、车辆动力学稳定性控制器为运行在整车控制器上的策略与算法。

制动力模拟模块为图1中的动力模拟模块，通过电力测功机向驱动电机提供负载，模拟车轮上的制动力。

车辆动力学稳定性控制系统硬件在环仿真实验步骤如下：

首先用户开发车辆动力学稳定性控制策略、车辆状态估计算法、制动力矩分配算法，并编译、部署到FPGA硬件上；

然后，期望模型根据转向角信号计算出侧偏角期望值和横摆率期望值，这两个期望值与车辆动力学模型的输出值相减，分别得到侧偏角误差和横摆率误差；车辆动力学稳定性控制器根据侧偏角误差和横摆率误差计算出直接横摆力矩；制动力矩分配控制器将直接横摆力矩根据分配策略进行分配，计算得到四个车轮上的制动力矩；

最后，制动力模拟模块在行驶阻力基础上，增加电力测功机向驱动电机提供的负载来模拟四个车轮上的制动力，制动力模拟模块的转速转矩传感器提供给车辆动力学模型四个车轮的转矩信号。在此过程中，由于车辆侧偏角不能用传感器直接测量，因此通过车辆状态估计器进行车辆侧偏角估计，用来代替车辆动力学模型输出的侧偏角信号。

在制动动力模拟过程中：车辆转向前，首先将车辆行驶速度用驱动电机转速模拟，其值等于车辆行驶速度除以车轮滚动半径；然后用电力测功机给驱动电机施加负载模拟行驶阻力矩，其值等于车辆行驶阻力乘以车轮滚动半径。

在车辆转向过程中，首先由车辆动力学稳定性控制器和制动力矩分配控制器计算得到的四个车轮制动力矩；然后通过在行驶阻力矩的基础上增加电力测功机负载转矩模拟制动力矩。在此过程中，负载转矩通过电力测功机的控制器实现闭环控制，转速通过驱动电机的控制器实现闭环控制。

如图4所示，在转矩闭环控制中，当由转速转矩传感器检测到的转矩小于制动力矩与行驶阻力矩之和时，电力测功机控制器增大负载功率，相当于增大制动力矩；当由转速转矩传感器检测到的转矩大于制动力矩与行驶阻力矩之和时，电力测功机控制器减小负载功率，相当于减小制动力矩。

在转速闭环控制中，当由转速转矩传感器检测到的转速小于初始转速时，通过驱动电机控制器增加电机转速。当由转速转矩传感器检测到的转速大于初始转速时，通过驱动电机控制器降低电机转速；当负载阻力矩等于制动力矩与行驶阻力矩之和，且驱动电机转速等于初始转速，则保持当前状态，进入下一个控制循环。

车辆动力学稳定性控制系统硬件在环仿真实验可用于开发车辆稳定性控制策略、电子差速控制策略、再生制动控制策略等，以及分析车辆动力学稳定性、最小转弯半径、再生制动效率等方面的性能。

(3)基于循环工况的车辆驱动控制系统硬件在环仿真实验

如图5所示，基于循环工况的车辆驱动控制系统硬件在环仿真实施过程如下：

首先利用车辆质量参数(包括旋转部件的转动惯量)、车辆迎风面积、路面坡度参数、轮胎和路面参数，由循环工况的速度目标值可分别计算出加速阻力、空气阻力、坡度阻力、滚动阻力，而这些阻力之和即为行驶阻力，除以轮胎滚动半径就可得到行驶阻力矩；

然后，电力测功机控制器根据转速转矩传感器反馈的转矩与行驶阻力矩的误差，由其控制器实现力矩闭环控制；以循环工况的速度目标值作为驱动电机的目标转速，由电机控制器根据转速转矩传感器反馈的转速信号与目标转速之间的误差实现电机的转速闭环控制；

最后，基于循环工况的车辆驱动控制系统硬件在环仿真实验过程中的状态信息，如车速、车轮转速、车轮转矩等信号，通过本发明的人机接口模块实时动态显示。另外，硬件在环仿真实验的启动与停止也通过本发明的人机接口模块进行控制。

循环工况的速度目标值的产生和行驶阻力矩的计算，通过本发明的实时仿真模块中的实时控制器实现，并将转速信号和力矩信号通过I/O接口电路输出给电机控制器和电力测功机控制器。信号调理模块对采集的信号进行电平转换和滤波。驱动电机的转速控制和电力测功机的转矩控制，通过本发明的动力模拟模块实现。在此过程中，电池与电机驱动器和电力测功机驱动器相连，可为驱动电机和电力测功机提供能量或吸收能量，电池管理系统对电池进行充放电管理。

基于循环工况的车辆驱动控制系统硬件在环仿真实验可用于四轮驱动下的相关整车级控制策略开发和性能检验，例如开发能量管理策略、整车协同控制策略等，以及分析车辆驱动性能、能量利用效率、续驶里程等方面的性能。

作为其中一个实施例，个人PC为安装有LabVIEW软件系统和PXIe 6363数据I/O卡的个人电脑。使用LabVIEW能很容易地开发数据保存和显示程序。PXIe 6363数据I/O卡具有16位分辨率的32路模拟输入通道，达到2MS/s(单通道)和1MS/s(多通道)的采样率。另外，该模块拥有48条数字I/O线和4路32位计数器/定时器。基于以上性能参数，能实现车辆运行状态信号、控制信号的数据保存和在线显示功能。

作为其中一个实施例，嵌入式实时控制器使用NI的PXIe-8133RT。该嵌入式控制器采用Intel酷睿i7-820QM四核处理器，最多可配置到4G的双通道1333MHz的RAM，可用于LabVIEW实时和LabWindows^TM/CVI实时应用的部署平台，实现车辆动力学模型的实时计算。

作为其中一个实施例，实时操作系统使用NI的LabVIEW Real-Time模块。该模块包含实时操作系统(RTOS)，实现用LabVIEW图形化编程方式设计确定的实时应用程序。

作为其中一个实施例，I/O接口、信号调理模块和整车控制器使用NI FPGAPXI-7854R，该板块为R系列的多功能RIO，可实现16位分辨率，750kHz独立采样率的8路模拟输入，16位分辨率，1MHz独立更新率的8路模拟输出。拥有96条数字线，可配置为速率高达40MHz的输入、输出、计时器或自定义逻辑。另外，拥有3路直接存储器访问(DMA)通道，用于高速硬盘数据读写。该板块配有Virtex-5LX110 FPGA，可通过LabVIEW FPGA模块对其编程。基于以上性能参数，能实现I/O接口和整车控制器的功能。

作为其中一个实施例，车辆动力学模型可采用MATLAB/Simulink实现如图6所示的8自由度车辆动力学模型。

该车辆动力学模型可用The Simulation Interface Toolkit(SIT)实现MATLAB/Simulink与LabVIEW的联合仿真。式(1)-式(5)分别表示纵向、横向、侧倾、横摆和四个车轮的转动。

$m_t{a}_x-m_s{h}_s\stackrel{\·\·}{\mathrm{\ψ}}\mathrm{\φ}={\mathrm{\ΣF}}_x---\left(1\right)$

$m_t{a}_y+m_s{h}_s\stackrel{\·\·}{\mathrm{\φ}}={\mathrm{\ΣF}}_y---\left(2\right)$

$I_{xx}\stackrel{\·\·}{\mathrm{\φ}}+I_{xz}\stackrel{\·\·}{\mathrm{\ψ}}={\mathrm{\ΣM}}_x---\left(3\right)$

$I_{zz}\stackrel{\·\·}{\mathrm{\ψ}}+I_{xz}\stackrel{\·\·}{\mathrm{\φ}}={\mathrm{\ΣM}}_z---\left(4\right)$

$J_w{\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_{wi}=-T_{bi}-R_w{F}_{xwi},(i=1,2,3,4)---\left(5\right)$

式中，m_t和m_s分别为车辆总质量和簧上质量；I_xx、I_zz和I_xz分别为关于X轴转动惯量、Z轴的转动惯量和簧上质量质心处的惯性积；R_w和J_w分别为车轮的滚动半径和转动惯量；和T_bi为第i个车轮的转动加速度和制动力矩；F_xwi为作用在第i个车轮上的纵向力；h_s为簧上质量质心与侧倾中心之间的高度；为侧倾角(角加速度)；为横摆角速度(角加速度)；a_x和a_y分别为车辆质心在纵向和横向上的加速度；∑F_x和∑F_y分别为作用在车轮上的纵向和横向的力之和；∑M_x和∑M_z分别为质心上的纵向和垂直方向的力矩之和。

作为以上实施例的实际算例，图7为驱动电机实现对负载转矩的跟踪控制，其中图实线为根据车辆动力学模型计算得到的行驶转矩与制动力矩之和，表示为期望驱动力矩，虚线为利用本发明的动力模拟模块实现的力矩，表示为实际驱动力矩。图8四轮驱动纯电动汽车的前轮转向角，图9为在图8所示的前轮转向角输入下，有无车辆动力学稳定性控制系统时的车辆横摆率响应，其中图中实线为期望模型输出的期望横摆率响应，虚线为无控制时的车辆横摆率响应，点划线为有控制时的车辆横摆率响应。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种四轮驱动纯电动汽车硬件在环仿真实验系统，该实验系统包括动力模拟模块（1）、实时仿真模块（2）和人机接口模块（3），其特征在于：

动力模拟模块（1）包括四个电机测功子系统，分别模拟四个车轮子系统（100，200，300，400）；

车轮子系统（100，200，300，400）包括驱动电机（111、211，311，411）、电机控制器（112、212、312、412）、电机驱动器（113、213、313、413）、转速转矩传感器（121、221、321、421）、电力测功机（131、231、331、431）及电力测功机控制器（132、232、332、432）、电力测功机驱动器（133、233、333、433）；

电机控制器（112、212、312、412）接受来自于整车控制器（630）的转速或转矩信号，根据电机控制策略调整PWM信号，实现对目标转速或转矩的跟踪；其中驱动电机包括如下的控制策略：

首先，用户编写电机控制策略并用程序实现，进行编译、下载到电机控制器中；

然后，电机控制器基于用户编写的电机控制程序，根据采集的相电流信号、转子位置信号和转速转矩信号产生PWM信号，并通过隔离和驱动电路向逆变器提供功率开关器件的开关信号；逆变器中的功率开关器件控制直流电源接入到驱动电机各相线圈的持续时间和次序，实现驱动电机转速和转矩控制；

最后，分析电机控制策略的性能，决定是否修改或优化控制策略而再进行实验；在此过程中，对功率驱动的逆变器进行过压、过流和热保护，并利用通信接口与外部其它系统进行信息交换；为了分析电机控制策略的工作特性，电力测功机与驱动电机共轴安装，为驱动电机提供负载；根据用户设定的负载信号输入，电力测功机由电力测功机控制器通过电力测功机驱动器实现静态或动态负载加载；

电机驱动器（113、213、313、413）接收电机控制器（112、212、312、412）的PWM信号和驱动桥换向信号，实现对驱动电机（111、211、311、411）各相电流大小和方向的控制；

电机驱动转矩和转速由转速转矩传感器（121、221、321、421）采集并传送给整车控制器（630）；

电力测功机（131、231、331、431)通过转速转矩传感器（121、221、321、421)与驱动电机（111、211、311、411)同轴连接，用于模拟车辆行驶过程中的各种阻力；

实时仿真模块（2）包括实时控制器（500）、FPGA模块（600）；其中，实时控制器（500）用于实时运行车辆动力学模型，以获得车辆的各种运行状态响应；其中车辆动力学模型包括车辆横向动力学模型、车辆纵向动力学模型、车辆侧倾动力学模型和4个车轮的转动动力学模型；

FPGA模块（600）包括I/O接口电路（610）、信号调理模块（620）和整车控制器（630）；其中I/O接口电路（610），一方面将车辆动力学模型的状态信号输出至整车控制器（630）、电机控制器（112、212、312、412)、电力测功机控制器（132、232、332、432)和人机接口模块（3）；另一方面，I/O接口电路（610）将四个转速转矩传感器（121、221、321、421)的速度或转矩信号通过实时控制器（500）施加于车辆动力学模型；信号调理模块（620）对采集的信号进行电平转换和滤波；

人机接口模块（3）为个人PC系统（700），用于保存和动态显示数据。

2.根据权利要求1所述的四轮驱动纯电动汽车硬件在环仿真实验系统，其特征在于：电力测功机控制器（132、232、332、432）接受整车控制器（630）的负载信号，产生施加在电机上的负载转矩，基于不同的工况，负载转矩可正可负。

3.根据权利要求1所述的四轮驱动纯电动汽车硬件在环仿真实验系统进行基于循环工况的车辆驱动控制系统硬件在环仿真方法，其特征在于：

首先，利用车辆质量参数、车辆迎风面积、路面坡度参数、轮胎和路面参数，由循环工况的速度目标值分别计算出加速阻力、空气阻力、坡度阻力、滚动阻力；

然后，根据转速转矩传感器反馈的转矩与行驶阻力矩的误差，由电力测功机控制器实现力矩闭环控制；以循环工况的速度目标值作为驱动电机的目标转速，由电机控制器根据转速转矩传感器反馈的转速信号与目标转速之间的误差实现电机的转速闭环控制；

最后，基于循环工况的车辆驱动控制系统硬件在环仿真实验过程中的车速、车轮转速、车轮转矩信号，通过人机接口模块实时动态显示。