CN103308325B - 电动汽车驱动系统半实物仿真平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动汽车测试领域，主要涉及电动汽车驱动系统半实物仿真平台，包括实时仿真器，实时仿真器集成有虚拟驾驶员模型、虚拟整车模型和虚拟行驶工况，还包括均为实物的电源、电驱动系统和负载模拟系统；仿真周期内，虚拟驾驶员模型结合虚拟行驶工况转速ω_ref与电驱动系统的实际转速ω_r产生的偏差进行判断，进行加速、匀速或减速行驶，虚拟驾驶员模型发送油门踏板信号T_ref或制动踏板信号T_brake至电驱动系统使其改变T_e，虚拟整车模型根据T_e的估计值及当前实际转速ω_r计算下一周期应到达的转速ω_next，负载模拟系统改变负载转矩T_L；本发明采用前向仿真结构，能量、控制信号流与汽车真实行驶过程相一致，更接近电驱动系统真实运行状况；且引入了驾驶员模型，与现实驾驶过程相一致。

Description

电动汽车驱动系统半实物仿真平台

技术领域

本发明涉及电动汽车测试领域，主要涉及电动汽车驱动系统半实物仿真平台。

背景技术

作为一个新兴产业，电动汽车的开发与设计复杂且耗资巨大，电动汽车测试的目的是为了对设计提供依据及对设计出的产品进行验证，具有重要的意义。电动汽车测试方法可分为以下三类：计算机仿真测试、道路试验、室内试验台架测试。

计算机仿真测试无需任何真实零部件即可对电动汽车性能进行测试，其成本低、灵活性好。但电动汽车中一些部件具有多变量、非线性、强耦合的特点，计算机仿真测试往往对这些特别复杂的部件进行简化处理，缺乏真实感，无法进行精确、实时的测试，不能作为电动汽车性能的准确评价手段。

道路试验是在规则路面输入和典型驾驶输入下对汽车的动力性、主动安全性、平顺性、通过性等性能的不解体实车测试。实车道路测试是评价汽车性能、研究其运动特性最为直接的方法，结果也最为准确，可以全面评价整车性能的优劣，为试验样车的参数标定、部件检测、控制策略验证以及新车型的开发设计提供可靠的试验依据。但汽车道路测试必须在试验样车制造完成之后进行，需投入大量的人力、时间和经费，无法对电动汽车的前期设计进行指导；进行汽车道路试验时汽车设计已经基本定型，测试中出现问题进行调节难度较大；且汽车运行工况的广泛性决定了道路试验的复杂度，人为、天气等因素又造成了道路试验可重复性较差。

室内试验台架测试是在实验室内部进行的，对汽车的实际部件进行测试。被测件在台架上对其运行状况进行模拟，通过数据采集、总线通讯、监控、存储与分析，以获得被测件的性能参数，为电动汽车的设计与改进提供依据。由于室内试验台架测试建设费用低、应用广泛、重复性强，可以在电动汽车设计之初进行参数标定与策略验证，日益成为了电动汽车开发设计的基础设施，扮演着计算机仿真和道路试验所不可替代的角色。

室内试验台架可在设计初期、驱动系统装车前对驱动系统进行测试，能够对驱动系统性能进行全方位的评价，具有计算机仿真测试和道路测试不可替代的作用，但目前台架测试往往是一种稳态的测试方法。参考图1，稳态测试方法，即根据行驶工况、车辆数学模型离线计算驱动系统应该输出的转矩转速，利用测功机输出的力矩提供负载使驱动系统运行在工况点上。稳态测试方法侧重于对部件本身的测试，难以结合整车对行驶过程中驱动系统的动态性能指标进行评价。这种方法不符合汽车能量流、控制信号流的实际传输方向；未考虑车辆行驶中的瞬态变化，忽视了实际行驶中的驾驶意图；且必须以汽车准确依照工况运行为前提，使得测试结果并不能成为驱动系统满足整车要求的依据。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点和不足，提供电动汽车驱动系统半实物仿真平台，其符合电动汽车真实能量、控制信号流的前向仿真结构，考虑了驾驶员的驾驶意图，且对车辆模型进行在线更新，满足了测试所需要的动态性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

电动汽车驱动系统半实物仿真平台，包括实时仿真器，实时仿真器集成有虚拟驾驶员模型、虚拟整车模型和虚拟行驶工况，还包括均为实物的电源、电驱动系统和负载模拟系统；电源为电驱动系统供电，电驱动系统和负载模拟系统连接，电驱动系统分别与虚拟驾驶员模型、虚拟整车模型连接，虚拟驾驶员模型分别与虚拟整车模型、虚拟行驶工况连接；

电动汽车驱动系统半实物仿真平台的运行步骤为：

S1：将仿真车型的参数输入至虚拟整车模型；

S2：根据待测仿真车型确定虚拟行驶工况；

S3：设定仿真周期ΔT，一个仿真周期内，电动汽车驱动系统半实物仿真平台的运行步骤为：

A：虚拟驾驶员模型结合虚拟行驶工况输出轴的转速ω_ref与电驱动系统输出轴的实际转速ω_r产生的偏差进行判断，

若虚拟整车模型需要加速行驶执行B1步骤，

若虚拟整车模型需要减速行驶执行B2步骤,

若虚拟整车模型需要匀速行驶执行B3步骤；

B1：虚拟驾驶员模型发送油门踏板信号T_ref至电驱动系统，电驱动系统增加力矩输出并向负载模拟系统输出驱动力矩T_e，虚拟整车模型根据驱动力矩T_e的估计值及电驱动系统输出轴的实际转速ω_r计算下一周期车辆应到达的转速ω_next，负载模拟系统收到下一周期车辆应到达的转速ω_next后向电驱动系统施加负载模拟系统输出的阻力矩T_L使得电驱动系统的转速达到下一周期车辆应到达的转速ω_next；

B2：虚拟驾驶员模型发送制动踏板信号T_brake至虚拟整车模型，虚拟整车模型根据制动踏板信号T_brake及电驱动系统输出轴的实际转速ω_r计算下一周期车辆应到达的转速ω_next，负载模拟系统收到下一周期车辆应到达的转速ω_next后向电驱动系统施加负载模拟系统输出的阻力矩T_L使得电驱动系统的转速达到下一周期车辆应到达的转速ω_next；

B3：保持油门踏板信号T_ref或制动踏板信号T_brake。

优选地，还包括电磁转矩观测器、转速传感器和速度预估装置，所述电磁转矩观测器分别与所述电驱动系统、所述虚拟整车模型连接，所述转速传感器分别与电驱动系统、负载模拟系统、虚拟整车模型连接，所述速度预估装置还与虚拟整车模型、负载模拟系统连接；步骤B1中，所述电磁转矩观测器采集电驱动系统的d轴电流I_d、q轴电流I_q及永磁体磁链ψ_f，并将I_d、I_q及ψ_f带入公式1运算得出T_e的估计值

公式1： ${\hat{T}}_e=\frac{3}{2}{n}_p({\mathrm{\ψ}}_f{I}_q+(L_d-L_q)I_d{I}_q);$

其中,n_p为极对数磁链、L_d为d轴电感，L_q为q轴电感，所述电磁转矩观测器将输入至虚拟整车模型；

步骤B1或B2中，所述仿真周期ΔT、所述转速传感器采集到的电驱动系统输出轴的实际转速ω_r、加速时所述电磁转矩观测器输出的或减速时的制动踏板信号T_brake、所述仿真车型的参数均输入虚拟整车模型，虚拟整车模型得到汽车的加速特性du/dt并将du/dt值输入速度预估装置，速度预估装置结合电驱动系统输出轴的实际转速ω_r预估得到下一周期车辆应到达的转速ω_next，负载模拟系统收到下一周期车辆应到达的转速ω_next值后输出使电驱动系统在一个周期内转速达到下一周期车辆应到达的转速ω_next的阻力矩T_L。

优选地，所述电驱动系统包括驱动电机和向驱动电机发出控制指令的驱动电机控制器，所述负载模拟系统包括负载电机和向负载电机发出控制指令的负载电机控制器，负载电机和驱动电机连接，驱动电机控制器和电源连接，负载电机控制器和驱动电机控制器均连接实时仿真器。

优选地，电动汽车驱动系统半实物仿真平台还包括测试台架，所述负载电机和驱动电机均固定安装于测试台架，所述驱动电机与所述负载电机通过传动轴连接。

优选地，所述电驱动系统的输出轴设有台架惯量系统，所述电驱动系统的输出轴输出的驱动力矩T_e与负载模拟系统输出的阻力矩T_L均作用于台架惯量系统；

所述T_L的值由公式2计算得出：

公式2： $T_L=T_{load}+(J_{vehicle}-J)\frac{d\mathrm{\ω}}{dt}-B\mathrm{\ω}=T_{load}+T_s$

其中， $T_s=(J_{vehicle}-J)\frac{d\mathrm{\ω}}{dt}-B\mathrm{\ω}$

T_s为负载模拟系统需要提供给台架惯量系统的补偿转矩，T_load为汽车行驶阻力折算到台架惯量系统的阻力矩，J_vehicle为所述电驱动系统的输出轴的等效转动惯量，J为台架惯量系统的惯量，B为台架惯量系统的阻尼，ω为所述电驱动系统的输出轴的角速度。

优选地，执行完S3步骤后，实时仿真器保存各仿真阶段采集的测试数据。

优选地，所述负载电机为交流异步测功机。

优选地，所述电源与所述驱动电机控制器通过电缆连接，驱动电机控制器与所述驱动电机通过电缆连接。

优选地，所述实时仿真器与负载电机控制器采用串口通信，所述实时仿真器与驱动电机控制器采用CAN通信。

优选地，所述负载电机控制器为ABB公司变频器ACS800，所述实时仿真器为NI公司的PXIe-8133四核嵌入式控制器。

本发明有益效果：本实用新型采用前向仿真结构，前向仿真结构中真实能量、控制信号流与汽车真实行驶过程相一致，更接近电驱动系统真实运行状况；前向仿真结构引入了驾驶员模型，这与现实驾驶过程相一致，且使得仿真系统可以根据工况需求车速与仿真车速的偏差进行在线调整，从而实时调节油门踏板与制定踏板的开度，按照驾驶员意图控制整车的能量分配与管理；可在室内进行电驱动相关的各项测试，由于整车模型为虚拟的，可以在电动汽车设计之初调整整车的各项参数，节约成本。

附图说明

图1为现有技术中采用稳态测试方法的电动汽车驱动系统半实物仿真平台结构示意图；

图2为实施例的电动汽车驱动系统半实物仿真平台结构示意图；

图3为实施例的控制信号流传输路径示意图；

图4为真实汽车能量流、控制流传输路径示意图；

图5为实际整车系统机械特性分析示意图；

图6为实施例机械特性分析示意图。

具体实施方式

参见图1至图6，以下结合附图对本发明进行详细的描述。

参考图2，电动汽车驱动系统半实物仿真平台，包括实时仿真器，实时仿真器集成有虚拟驾驶员模型、虚拟整车模型和虚拟行驶工况，还包括均为实物的电源、电驱动系统和负载模拟系统；电源为电驱动系统供电，电驱动系统和负载模拟系统连接，电驱动系统分别与虚拟驾驶员模型、虚拟整车模型连接，虚拟驾驶员模型分别与虚拟整车模型、虚拟行驶工况连接；因本实施例的电动汽车驱动系统半实物仿真平台是一种室内试验台架测试系统，所以本实施例直接将电动汽车驱动系统半实物仿真平台简称为台架系统。电源可为动力电池组或外接电源。

电动汽车驱动系统半实物仿真平台的运行步骤为：

S1：将仿真车型的参数输入至虚拟整车模型；

S2：根据待测仿真车型确定行驶工况；

S3：设定仿真周期ΔT；

步骤S1中的参数可包括整车参数，如：整备质量、风阻系数、迎风面积、滚动摩擦系数、车轮半径、旋转质量、载荷分布等。

步骤S2中的行驶工况可参考中国所采用的ECE(EconomicCommissionforEurope)工况，或者特定城市的市区行驶工况和高速行驶工况等。

参考图3，一个仿真周期内，电动汽车驱动系统半实物仿真平台的运行步骤为：

A：虚拟驾驶员模型结合虚拟行驶工况输出轴的转速ω_ref与电驱动系统输出轴的实际转速ω_r产生的偏差进行判断，虚拟行驶工况输出轴的转速ω_ref可以是当前虚拟行驶工况下的一个参考转速。

若虚拟整车模型需要加速行驶执行B1步骤，

若虚拟整车模型需要减速行驶执行B2步骤，

若虚拟整车模型需要匀速行驶执行B3步骤；

B1：虚拟驾驶员模型发送油门踏板信号T_ref至电驱动系统，电驱动系统增加力矩输出并向负载模拟系统输出驱动力矩T_e，虚拟整车模型根

据驱动力矩T_e的估计值及电驱动系统输出轴的实际转速ω_r计算下一周期车辆应到达的转速ω_next，负载模拟系统收到下一周期车辆应到达的转速ω_next后向电驱动系统施加负载模拟系统输出的阻力矩T_L使得电驱动系统的转速达到下一周期车辆应到达的转速ω_next；

B2：虚拟驾驶员模型发送制动踏板信号T_brake至虚拟整车模型，虚拟整车模型根据制动踏板信号T_brake及电驱动系统输出轴的实际转速ω_r计算下一周期车辆应到达的转速ω_next，负载模拟系统收到下一周期车辆应到达的转速ω_next后向电驱动系统施加负载模拟系统输出的阻力矩T_L使得电驱动系统的转速达到下一周期车辆应到达的转速ω_next；

B3：保持油门踏板信号T_ref或制动踏板信号T_brake。

本实施例采用前向仿真结构，前向仿真结构中真实能量、控制信号流与汽车真实行驶过程相一致，更接近电驱动系统真实运行状况。真实汽车能量流、控制流传输路径示于图4。在电动汽车的实际行驶过程中，驾驶员对期望的行驶车速与实际车轮的速度进行判断，根据车速偏差进行踏板控制开度的调节。当需要提速时，油门踏板开度指令发送至驱动系统输出驱动力矩，电源(动力电池组)为驱动系统提供电能，力矩经传动系统传输至车轮，驱动汽车行驶；当需要减速时，驾驶员踩下制动踏板，制动系统起作用，控制汽车减速或刹车。整个过程中，控制信号由驾驶员发出，将指令传送至驱动系统或制动系统，控制汽车行驶。而能量流则是电源—驱动系统—传动系统—车轮，由电能转化为机械能。

前向仿真结构引入了虚拟驾驶员模型，这与现实驾驶过程相一致，且使得仿真系统可以根据工况需求车速与仿真车速的偏差进行在线调整，从而实时调节油门踏板与制定踏板的开度，按照驾驶员意图控制整车的能量分配与管理；可在室内进行电动汽车相关的各项测试，测试项目可包括：动力性能测试、能耗经济性测试、驱动电机控制器动态性能测试、稳定性能测试。由于整车模型为虚拟的，可以在电动汽车设计之初调整仿真车型的参数，节约成本。

而虚拟驾驶员模型在汽车领域已经有使用，“V最优预瞄闭环控制”驾驶员模型及“V预瞄最优曲率模型”，均可使用上述技术达到较高控制质量的虚拟驾驶员模型。

电动汽车驱动系统半实物仿真平台中驱动系统、电源为真实部件，其它汽车部件使用虚拟仿真模型，实物模型与虚拟仿真模型通过通信总线、机械负载相连接。电动汽车驱动系统半实物仿真平台架构参考图2。图2中，虚线框代表虚拟仿真模型，集成有虚拟驾驶员模型、虚拟整车模型、虚拟行驶工况。其中虚拟整车模型为不包含电源及驱动系统的模型。

如图2所示，实线框代表实际模型：电源、驱动系统、测试台架、负载模拟系统、运行仿真模型的实时仿真器。负载模拟系统用来模拟汽车行驶过程中驱动系统受到的机械负载及汽车惯量。

电动汽车驱动系统半实物仿真平台共涉及三种连接方式：

(1)电气连接：电源与电驱动系统；

(2)机械连接：电驱动系统与负载模拟系统；

(3)通信总线连接：实时仿真器中运行的虚拟仿真模型同实物模型通过通信总线连接，虚拟驾驶员通过总线获取驱动系统的真实转速所对应的的车速，根据与行驶工况的偏差进行调整，经总线发送驱动指令给真实驱动系统，或通过程序发送虚拟的制动指令给虚拟整车模型；虚拟整车模型通过通信总线获取驱动系统输出的真实车速与真实驱动力矩，经仿真计算得到车辆的运行状态，计算驱动系统当前受到的机械负载，经总线发送负载模拟指令至负载模拟系统。

S1步骤前，需对电气连接进行测试，确保电能安全传输。还需对机械连接进行测试，确保安装精度，以减少仿真误差。也需要对通信总线进行测试，确保工作正常。

进一步地，台架系统还包括电磁转矩观测器、转速传感器和速度预估装置，所述电磁转矩观测器分别与所述电驱动系统、所述虚拟整车模型连接，所述转速传感器分别与电驱动系统、负载模拟系统、虚拟整车模型连接，所述速度预估装置还与虚拟整车模型、负载模拟系统连接；

步骤B1中，所述电磁转矩观测器采集电驱动系统的d轴电流I_d、q轴电流I_q及永磁体磁链ψ_f，并将I_d、I_q及ψ_f带入公式1运算得出T_e的估计值

公式1： ${\hat{T}}_e=\frac{3}{2}{n}_p({\mathrm{\ψ}}_f{I}_q+(L_d-L_q)I_d{I}_q);$

其中,n_p为极对数磁链、L_d为d轴电感，L_q为q轴电感，电磁转矩观测器将输入至虚拟整车模型；d轴和q轴是在电驱动系统中驱动电机的电机转子上建立的一个坐标系，此坐标系与转子同步转动，取转子磁场方向为d轴，垂直于转子磁场方向为q轴。

步骤B1或B2中，仿真周期ΔT、转速传感器采集到的电驱动系统输出轴转速ω_r、加速时电磁转矩观测器输出的或减速时的制动踏板信号T_brake、仿真车型的参数均输入虚拟整车模型。根据汽车理论的相关知识，电驱动系统输出转矩经过传动系统，克服各类行驶阻力、自身惯量产生加速或减速特性，由上述5个输入可计算得到此时车辆具备的加速度，虚拟整车模型得到汽车的加速特性du/dt并将du/dt值输入速度预估装置，速度预估装置预估结合转速ω_r得到下一时刻车速所对应的转速ω_next，负载模拟系统收到ω_next值后输出使电驱动系统在周期内转速达到ω_next的负载转矩T_L。负载转矩T_L的方向与驱动力矩T_e的方向相反，两个力矩共同作用使得台架系统输出轴转速达到ω_next。

一个仿真周期结束后，下一周期驾驶员继续根据虚拟行驶工况转速ω_ref与电驱动系统的实际转速ω_r产生的偏差做出动作。通过此流程控制台架系统跟随虚拟行驶工况，完成电驱动系统的工况测试。

进一步地，电驱动系统包括驱动电机和向驱动电机发出控制指令的驱动电机控制器，负载模拟系统包括负载电机和向负载电机发出控制指令的负载电机控制器，负载电机和驱动电机连接，驱动电机控制器和电源连接，负载电机控制器和驱动电机控制器均连接实时仿真器。

电动汽车驱动系统半实物仿真平台还包括测试台架，负载电机和驱动电机均固定安装于测试台架，驱动电机与负载电机通过传动轴连接。将实物的台架系统与虚拟仿真环境相结合，得到机械级别的电驱动半实物仿真架构。

试验台架为铸铁平台，平台上开有导槽以便于电机的调试安装；负载电机及其控制器安装于台架的一端，可利用电网为其供电，负载电机的作用是模拟电驱动系统受到的机械负载；台架另一端安装的是被测驱动电机及其控制器，可利用动力电池组或直流电源为其供电，动力电池组、控制器及驱动电机之间安装电流、电压传感器，以测量输入控制器的直流母线信号与控制器逆变后的交流电信号；驱动电机与负载电机通过机械传动轴联接，传动轴上安装有转速、转矩传感器，用于测量驱动电机受到的负载转矩及系统的转速。

参考图5，对于实际整车系统，电驱动经传动系统对汽车施加驱动转矩，同时受到汽车行驶阻力经车轮及传动系反映到电机转轴上的负载转矩，其合转矩作用于汽车惯量系统，引起转速的变化；参考图6，而对于半实物仿真系统中安装于台架上的电驱动系统，驱动转矩与负载电机模拟的负载转矩的合转矩作用于台架惯量系统，改变其转速特性。由于台架系统的转动惯量远小于汽车实际运行时的等效转动惯量，电驱动系统相同输出转矩的驱动下，台架系统传动轴的转速会迅速上升，造成半实物仿真系统的转速特性偏离实际整车系统。

为解决这个问题，电驱动系统的输出轴所述电驱动系统的输出轴设有台架惯量系统，所述电驱动系统的输出轴输出的驱动力矩T_e与负载模拟系统输出的阻力矩T_L均作用于台架惯量系统；

所述T_L的值由公式2计算得出：

公式2： $T_L=T_{load}+(J_{vehicle}-J)\frac{d\mathrm{\ω}}{dt}-B\mathrm{\ω}=T_{load}+T_s$

其中， $T_s=(J_{vehicle}-J)\frac{d\mathrm{\ω}}{dt}-B\mathrm{\ω}$

T_s为负载模拟系统需要提供给台架惯量系统的补偿转矩，T_load为汽车行驶阻力折算到台架惯量系统的阻力矩，J_vehicle为所述电驱动系统的输出轴的等效转动惯量，J为台架惯量系统的惯量，B为台架惯量系统的阻尼，ω为所述电驱动系统的输出轴的角速度。即负载模拟系统既要提供汽车行驶阻力经传动系折算到电驱动系统的输出轴的阻力矩T_load，还要补偿转矩从而补偿真实汽车同台架系统惯量差的影响。

本实施例的台架惯量系统是一种电模拟的试验台。传统的试验台通常采用机械惯性飞轮组模拟汽车的等效转动惯量，以保证在突受载荷时(加速、制动或换档)，其转速变化与实际工况一致。传统的技术比较成熟，但也有一些缺点，飞轮组的质量固定使得适用车型较少、噪声振动大且拆卸复杂，造成了试验人员的操作困难。而采用电模拟的试验台则取消了机械惯性飞轮，大大减小了试验台的体积，通过控制负载电机的输出转矩以补偿台架系统惯量与汽车惯量的差别，使得在动态过程中传动轴的转速变化与机械模拟系统基本一致。

执行完S3步骤后，本实施例的实时仿真器保存各仿真阶段采集的测试数据，以对电驱动系统及整车性能进行进一步的分析。

测功机即本实施例的负载电机是电驱动测试的重要设备，一方面可以作为测试系统的能耗装置，吸收电驱动输出的功；另一方面，通过对测功机的控制可以改变电驱动受到的机械负载，以测定具体转矩、转速工况下电驱动的特性。

优选地，本实施例的测功机为交流电力测功机，交流电力测功机的测功范围宽，转矩控制响应迅速且精度高，并能够将能量回馈至电网；且其无需经常保养，所占空间也较小。

交流电力测功机作为半实物仿真系统的负载电机，同驱动电机一起安装在测试台架上，两者通过传动轴、联轴器相连接；外部控制指令发送至驱动电机控制器，使驱动电机输出驱动转矩，此时控制负载电机输出相应的负载转矩，使得半实物仿真系统与实车系统中电驱动工作状态相同。

为了使半实物仿真系统中电驱动工作环境与实车相同，电源与驱动电机控制器、驱动电机控制器与驱动电机均使用与实车相同的电缆连接。信号线的布置也要与实车相同。

实时仿真器与负载电机控制器采用串口通信，实时仿真器与驱动电机控制器采用CAN通信。串口通信是一种成熟的接口技术，其优点是通信线路简单，仅需一对传输线就可以实现双向通信，大大降低了成本。CAN通信的实时性强、稳定性好、传输速率快、节点配置方便。CAN总线的通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1Mbps/40m，通信距离可达10km/40Kbps。

负载电机控制器可为ABB公司变频器ACS800，其主要优点就是在全功率范围内统一使用了相同的控制技术，例如起动向导、自定义编程、DTC控制、通用备件、通用的接口技术，以及用于选型、调试和维护的通用软件工具，其动态转矩响应速度及速度控制精度可以满足负载动态模拟的需要。实时仿真器可为NI公司的PXIe-8133四核嵌入式控制器，其自带串口外设。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.电动汽车驱动系统半实物仿真平台，其特征在于：包括实时仿真器，实时仿真器集成有虚拟驾驶员模型、虚拟整车模型和虚拟行驶工况，还包括均为实物的电源、电驱动系统和负载模拟系统；电源为电驱动系统供电，电驱动系统和负载模拟系统连接，电驱动系统分别与虚拟驾驶员模型、虚拟整车模型连接，虚拟驾驶员模型分别与虚拟整车模型、虚拟行驶工况连接；

电动汽车驱动系统半实物仿真平台的运行步骤为：

S1：将仿真车型的参数输入至虚拟整车模型；

S2：根据待测仿真车型确定虚拟行驶工况；

S3：设定仿真周期ΔT，一个仿真周期内，电动汽车驱动系统半实物仿真平台的运行步骤为：

A：虚拟驾驶员模型结合虚拟行驶工况输出轴的转速ω_ref与电驱动系统输出轴的实际转速ω_r产生的偏差进行判断，

若虚拟整车模型需要加速行驶执行B1步骤，

若虚拟整车模型需要减速行驶执行B2步骤,

若虚拟整车模型需要匀速行驶执行B3步骤；

B1：虚拟驾驶员模型发送油门踏板信号T_ref至电驱动系统，电驱动系统增加力矩输出并向负载模拟系统输出驱动力矩T_e，虚拟整车模型根据驱动力矩T_e的估计值及电驱动系统输出轴的实际转速ω_r计算下一周期车辆应到达的转速ω_next，负载模拟系统收到下一周期车辆应到达的转速ω_next后向电驱动系统施加负载模拟系统输出的阻力矩T_L使得电驱动系统的转速达到下一周期车辆应到达的转速ω_next；

B2：虚拟驾驶员模型发送制动踏板信号T_brake至虚拟整车模型，虚拟整车模型根据制动踏板信号T_brake及电驱动系统输出轴的实际转速ω_r计算下一周期车辆应到达的转速ω_next，负载模拟系统收到下一周期车辆应到达的转速ω_next后向电驱动系统施加负载模拟系统输出的阻力矩T_L使得电驱动系统的转速达到下一周期车辆应到达的转速ω_next；

B3：保持油门踏板信号T_ref或制动踏板信号T_brake。

2.根据权利要求1所述的电动汽车驱动系统半实物仿真平台，其特征在于：还包括电磁转矩观测器、转速传感器和速度预估装置，所述电磁转矩观测器分别与所述电驱动系统、所述虚拟整车模型连接，所述转速传感器分别与电驱动系统、负载模拟系统、虚拟整车模型连接，所述速度预估装置还与虚拟整车模型、负载模拟系统连接；

步骤B1中，所述电磁转矩观测器采集电驱动系统的d轴电流I_d、q轴电流I_q及永磁体磁链ψ_f，并将I_d、I_q及ψ_f带入公式1运算得出T_e的估计值

公式1： ${\hat{T}}_e=\frac{3}{2}{n}_p({\mathrm{\ψ}}_f{I}_q+(L_d-L_q\left)I_d{I}_q\right);$

其中,n_p为极对数磁链、L_d为d轴电感，L_q为q轴电感，所述电磁转矩观测器将输入至虚拟整车模型；

步骤B1或B2中，所述仿真周期ΔT、所述转速传感器采集到的电驱动系统输出轴的实际转速ω_r、加速时所述电磁转矩观测器输出的或减速时的制动踏板信号T_brake、所述仿真车型的参数均输入虚拟整车模型，虚拟整车模型得到汽车的加速特性du/dt并将du/dt值输入速度预估装置，速度预估装置结合电驱动系统输出轴的实际转速ω_r预估得到下一周期车辆应到达的转速ω_next，负载模拟系统收到下一周期车辆应到达的转速ω_next值后输出使电驱动系统在一个周期内转速达到下一周期车辆应到达的转速ω_next的阻力矩T_L。

3.根据权利要求2所述的电动汽车驱动系统半实物仿真平台，其特征在于：所述电驱动系统包括驱动电机和向驱动电机发出控制指令的驱动电机控制器，所述负载模拟系统包括负载电机和向负载电机发出控制指令的负载电机控制器，负载电机和驱动电机连接，驱动电机控制器和电源连接，负载电机控制器和驱动电机控制器均连接实时仿真器。

4.根据权利要求3所述的电动汽车驱动系统半实物仿真平台，其特征在于：电动汽车驱动系统半实物仿真平台还包括测试台架，所述负载电机和驱动电机均固定安装于测试台架，所述驱动电机与所述负载电机通过传动轴连接。

5.根据权利要求4所述的电动汽车驱动系统半实物仿真平台，其特征在于：所述电驱动系统的输出轴设有台架惯量系统，所述电驱动系统的输出轴输出的驱动力矩T_e与负载模拟系统输出的阻力矩T_L均作用于台架惯量系统；

所述T_L的值由公式2计算得出：

公式2： $T_L=T_{load}+(J_{vehicle}-J)\frac{d\mathrm{\ω}}{dt}-B\mathrm{\ω}=T_{load}+T_s$

其中， $T_s=(J_{vehicle}-J)\frac{d\mathrm{\ω}}{dt}-B\mathrm{\ω}$

T_s为负载模拟系统需要提供给台架惯量系统的补偿转矩，T_load为汽车行驶阻力折算到台架惯量系统的阻力矩，J_vehicle为所述电驱动系统的输出轴的等效转动惯量，J为台架惯量系统的惯量，B为台架惯量系统的阻尼，ω为所述电驱动系统的输出轴的角速度。

6.根据权利要求5所述的电动汽车驱动系统半实物仿真平台，其特征在于：执行完S3步骤后，实时仿真器保存各仿真阶段采集的测试数据。

7.根据权利要求3所述的电动汽车驱动系统半实物仿真平台，其特征在于：所述负载电机为交流异步测功机。

8.根据权利要求3所述的电动汽车驱动系统半实物仿真平台，其特征在于：所述电源与所述驱动电机控制器通过电缆连接，驱动电机控制器与所述驱动电机通过电缆连接。

9.根据权利要求3所述的电动汽车驱动系统半实物仿真平台，其特征在于：所述实时仿真器与负载电机控制器采用串口通信，所述实时仿真器与驱动电机控制器采用CAN通信。

10.根据权利要求3所述的电动汽车驱动系统半实物仿真平台，其特征在于：所述负载电机控制器为ABB公司变频器ACS800，所述实时仿真器为NI公司的PXIe-8133四核嵌入式控制器。