CN104699070B - 一种纯电动车电气匹配半实物仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纯电动车电气匹配半实物仿真系统，包括电动车信号模拟模块(1)、纯电动车VISA接口模块(2)、纯电动车控制模块(3)、纯电动车可靠性预测模块(4)；其特征在于：纯电动车信号模拟模块(1)与纯电动车控制模块(3)之间通过纯电动车VISA接口模块(2)之间进行数据的双向传递，当纯电动车信号模拟模块(1)中的仿真单元需求数据时，可发出指令传递到纯电动车控制模块(3)中的控制器，控制器做出反馈后，再将需求信息反馈到纯电动车信号模拟模块(1)，实现数据的双向传递。本发明实现了整车电气设备的硬件在回路仿真系统的验证，这样虚实结合不仅能对纯电动车的电气系统前期开发做测试评估，更能够在设计前期验证其可靠性。

Description

一种纯电动车电气匹配半实物仿真系统

技术领域

本发明涉及一种纯纯电动车电气设备的开发测试仿真系统，尤其涉及一种纯电动车电气匹配半实物仿真系统。

背景技术

随着能源问题的日益凸显及汽车保有量的剧增，车用能源问题及汽车尾气排放污染也引起了广泛的关注。而纯电动车的迅速兴起吸引了众多汽车厂家，其低能耗与低排放的优点也体现出来。现有的纯电动车开发一般是基于传统汽车进行的，相应的电气系统也是基于传统轿车的开发，但由于传统的电气系统一般以12V或24V制式，而纯纯电动车的电气系统是高压电与12V或24V的低压电共存，因此，相对复杂的高低压共存的电气系统设计不当，就可能会影响电器元件的使用可靠性，带来不必要的安全隐患。现有文献对纯纯电动车电气系统设计该领域研究较少，其中：

CN201329816Y对一种高压电气系统进行了描述，在该电气系统中对继电器配置及高压接触器的配置及工作方式并未描述，同时缺少了单独的整车控制器。

CN102501770A只是介绍了一种电动车的电气系统，对于设计初始仿真模块并没有涉及。

CN101739024A介绍了普通汽车的电子设备仿真，针对发动机、离合器等设备建模进行仿真，但未针对电动车做出相应仿真。因此，亟需开发一种能够在电气设备设计早期，在没有电器装车情况下，能够测试电器在各种极限运行情况下运行情况的仿真系统。

此外，随着计算机仿真技术的发展，LabVIEW作为图形化的编程语言的开发环境，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。

图形化的程序语言，又称为“G”语言。使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图或框图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，LabVIEW是一个面向最终用户的工具。它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。

然而，完全通过LabVIEW对纯电动车进行建模仿真模拟的方法存在以下不足：

1、单纯的软件虚拟仿真不能准确反映实车的控制信息，无法精确实现实车控制器的控制策略；

2、不能够实现控制器之间的信息传递及协同控制，无法模拟真实电动车的控制情况。

因此,亟需提供一种纯电动车电气匹配半实物仿真系统。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种纯电动车电气匹配半实物仿真系统，通过计算机输出的模拟信号与实车的控制器相结合分析，验证纯电动车电器件的参数选择，可使纯电动车电气系统在早期开发环境就能通过实车控制器+虚拟模型对象对纯电动车进行便捷、经济、高效的集成电气系统的参数选择、数据验证测试和电气系统的可靠性预测。

本发明的技术方案提供了一种纯电动车电气匹配半实物仿真系统，包括电动车信号模拟模块、纯电动车VISA接口模块、纯电动车控制模块、纯电动车可靠性预测模块；其特征在于：

纯电动车信号模拟模块与纯电动车控制模块之间通过纯电动车VISA接口模块之间进行数据的双向传递，当纯电动车信号模拟模块中的仿真单元需求数据时，可发出指令传递到纯电动车控制模块中的控制器，控制器做出反馈后，再将需求信息反馈到纯电动车信号模拟模块，实现数据的双向传递；

可靠性预测模块与纯电动车控制模块之间可通过纯电动车VISA接口模块之间进行数据的双向传递，当纯电动车可靠性预测模块中的预测模块需求数据时，发出指令传递到纯电动车控制模块中的控制器，控制器做出反馈后，再将需求信息反馈到纯电动车可靠性预测模块，实现数据的双向传递。

本发明与现有技术相比，有如下优点：

(1)本发明基于计算机虚拟仪器的纯电动车电气匹配仿真系统是以计算机为硬件基础，采用VISA接口作为硬件连接支撑，而软件开发采用了虚拟仿真Labview。

(2)通过计算机虚拟仪器进行建模，来模拟动力电池、电动机、档位开关、仪表灯光、刮水器等电气设备，进而模拟正常电动车的运行状况，与真实的整车线束、控制器相结合，实现了整车电气设备的硬件在回路仿真系统的验证，这样虚实结合不仅能对纯电动车的电气系统前期开发做测试评估，更能够在设计前期验证其可靠性。

(3)将电动车电器元件的装车测试及部分路测转化为台架测试，缩短研究周期；可以验证电器件及线束在极限工况下的具体情况，预测可靠性情况；通过计算机与实物联合仿真，可以更灵活的修改更换参数，方便快捷，可以循环使用。

附图说明

图1是该仿真系统的基本组成示意图；

图2是该仿真系统各个模块关系及模型原理图；

图3是该仿真系统的动力传递原理路线及输入输出信号示意图；

图4是该仿真系统仪表、刮水器的组成原理示意图；

图5是该仿真系统的可靠性预测组成结构示意图；

其中：1-纯电动车信号模拟模块，2-纯电动车VISA接口模块，3-纯电动车控制模块，4-纯电动车可靠性预测模块。

具体实施方式

下面结合附图1-4对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，本发明提供给了一种纯电动车电气匹配半实物仿真系统，

其包括纯电动车信号模拟模块1、纯电动车VISA接口模块2、纯电动车控制模块3、纯电动车可靠性预测模块4；

如图2所示，该示意图展示了半实物仿真系统的各个模块的连接关系及仿真单元模型的搭建原理，纯电动车信号模拟模块1与纯电动车控制模块3之间可通过VISA接口模块2之间进行数据的双向传递，当纯电动车信号模拟模块1中的仿真单元需求数据时，可发出指令传递到纯电动车控制模块3中的控制器，该控制器做出反馈后，再将需求信息反馈到纯电动车信号模拟模块1，实现数据的双向传递。可靠性预测模块4与纯电动车控制模块3之间可通过纯电动车VISA接口模块2之间进行数据的双向传递，当纯电动车可靠性预测模块4中的仿预测模块需求数据时，可发出指令传递到纯电动车控制模块3中的控制器，该控制器做出反馈后，再将需求信息反馈到纯电动车可靠性预测模块4，实现数据的双向传递。

其中纯电动车信号模拟模块1中仿真单元的建立主要是通过labview与starsim配合完成的，在starsim中建立电池电机原理模型；在labview前面板中建立仿真单元，包括该仿真单元的输入输出及可视化框图，前面板与程序框图之间通过连接器连接，而在程序框图中进行原理程序连线及编写，此时程序框图中即可添加ExpressVI，调用starsim中的原理模型，即可完成仿真单元模型的建立，下面就仿真单元的具体建立介绍如下：

其中：纯电动车信号模拟模块1，包括通过labview建模的动力电池仿真单元、电动机仿真单元、档位开关仿真单元、仪表灯光仿真单元及刮水器仿真单元、车辆行驶仿真单元；

动力电池仿真单元，建立动力电池模型，包括通过电池电压、电池电流、放电电流、SOC、温度、循环工作次数和自放电次数来建立动力电池模型模拟真实的动力电池。该仿真单元为电动机提供高压电、为普通仿真单元(如档位开关、仪表灯光、刮水器)提供12V电源，为整车提供高低压电的动态数据。

电动机仿真单元，建立电动机模型，包括通过电动机的转速信号、额定功率、额定扭矩、电动机实际扭矩信号来建立电动机模型模拟真实的电动机运行情况。该仿真单元在供电后，再配合档位开关仿真单元，即可实现车辆行驶时的参数动态仿真，包括显示车辆行驶仿真单元的动态数据。

档位开关仿真单元，建立档位模型，通过档位的前进(D档)、停车(P档)、倒车(R档)、空档(N档)的信号来建立档位开关模型模拟档位的变换。该仿真单元提供在电动车点火之后确定车辆是否行驶。

仪表灯光仿真单元，建立仪表灯光模型，通过转速表、转向灯、前后灯光、报警灯、电池SOC来构建仪表灯光，用来显示纯电动车信号的变化。仪表灯光仿真单元显示车辆运行时的各种动态图标，并可以选择灯光的开与关，实现仿真过程中的电流极限与否。

刮水器仿真单元，建立刮水器模型，通过小电动机模型、档位设定、刮水片的运动模拟来构建刮水器模型，用来模拟刮水器中低高速挂水的运行情况。刮水器的开与关是可以选择，实现仿真过程中的电流极限与否。

车辆行驶仿真单元，通过包括电动机的输出扭矩、档位开关档位、加速踏板开度、制动踏板开度及电动车其他具体参数(如车轮滚动半径、转动惯量、迎风面积、滚动阻力、坡道阻力、车速信号)来建立车辆模型。

动力电池仿真单元的建模方法如下：在Starsim软件中建立动力电池常用的PNGV模型，其中该模型中电池参数都是可调的，labview中拥有ExpressVI，方便快捷的调用starsim中的模型，然后在labview中的程序框图中调用Starsim中的电池PNGV模型，在前面板完成可视化的图表输入输出，例如电池温度、电压、电流SOC的变化图表，在程序框图中完成相关程序的编写。

电动机仿真单元的建模方法如下：在Starsim软件中建立永磁同步电机的PMSM模型，其中该模型中电池参数都是可调的，然后在labview中的程序框图中调用Starsim中的电动机PMSM模型，在前面板完成可视化的图表输入输出，例如电机的转速、转矩、功率及电压、电流的变化图表，在程序框图中完成相关程序的编写。

刮水器仿真单元的建模方法如下：在Starsim软件中调用小型电机模型，并利用ExpressVI在labview程序框图中显示，在labview前面板中建立雨刮片及调速机构，在程序框图中完善相应的程序连接编写。

档位开关仿真单元、仪表灯光仿真单元相对于动力电池及电动机仿真单元较为简单，可以不使用Starsim，直接在labview中建立即可：

档位开关仿真单元的建模方法如下：在labview前面板中建立P、N、R、D档位控件按钮，然后连接仪表及驻车制动器的控件，在程序框图中完成相关程序的编写。

仪表灯光仿真单元的建模方法如下:在labview中建立转速表、SOC、电池温度显示、里程表、转向灯、前后雾灯、远近光灯控件，在程序框图中完成相关程序的编写。

动力电池仿真单元、电动机仿真单元、档位开关仿真单元、车辆行驶仿真单元之间是通过CAN总线与整车控制器之间互相通讯，传递各种信号。而仿真单元中的灯光、刮水器的开闭即可实现极限电流的与否，实现电气匹配仿真。

纯电动车VISA接口模块2，其连接纯电动车控制模块3与纯电动车信号模拟模块1，并用来进行信号模拟端与控制单元的实时数据传输。VISA是应用于虚拟仪器的标准I/O应用程序接口(API)，VISA是调用低层驱动器的高层的API，可以和VXI、GPIB、USB及串口仪器按照所使用的仪器调用相应的设备驱动器，通过连接PCI机箱、数据采集卡、及CAN卡进行数据的采集及交互。

纯电动车控制模块3包括：电池管理单元(BMS)、电动机控制器、档位控制器、整车控制器、刮水控制器、仪表控制器；

电池管理单元控制的参数包括电池工作电压、工作电流、SOC、循环工作次数、放电电流、自放电次数；

电动机控制器控制的参数包括电机的额定功率、额定电流、转速信号、扭矩信号、额定扭矩；

档位控制器包括P档、D档、R档、N档；

其他控制器包括点火开关、仪表、刮水器等控制器，整车控制器控制整个车辆的运行。电池管理单元(BMS)、电动机控制器、档位控制器、整车控制器、刮水控制器、仪表控制器等控制器之间是通过CAN总线网络进行发送、接受所需要的数据，从而完成所需要的数据命令。

如图2所示，纯电动车可靠性预测模块4包括电池可靠性预测模块、电动机可靠性预测模块。

该模块利用统计学的数据分析来预测各个零部件的可靠性，主要划分为电池可靠性预测模块和电动机可靠性预测模块，其中：电池可靠性预测模块，通过以电池寿命预测为基础，以阻抗增加、功率和容量衰减为研究点、以电池放电/再生电阻的变化为研究，利用遗传算法建立电池储存寿命模型。哈尔滨工业大学中罗悦的硕士论文《基于粒子滤波的锂离子电池剩余寿命预测方法研究》一文中首先通对锂离子电池的寿命退化过程进行分析并选择经验退化模型，同时对比实验选取适当的PF重采样算法，从而实现不确定性表达的方法框架。其次，针对模型对中锂离子电池个体差异适应性差的问题，提出基于粒子滤波和自回归模型相融合的混合型RUL预测方法同时引入正则化粒子滤波方法，最后，采用数据驱动PHM的性能评估指标给出预测方法的性能评价，并与现有的带有不确定性表达的预测算法进行对比分析，验证本文提出算法在性能上的优势，并实现预测结果不确定。

纯电动车可靠性预测模块，通过考虑电动机各个典型影响因素，以绕组、轴承、永磁体、转轴机械及其它电动机部件的可靠度为基础统计，建立电动机复合分布可靠性预测。

哈尔滨工业大学中闵远亮的硕士论文《纯电动车驱动电机寿命预测及可靠性测试方法的研究》一文中首先结合汽车环境和电机故障，分析了驱动电机的故障模式和典型的可靠性影响因素，建立了纯电动车驱动电机的故障树模型；然后在故障模式和薄弱环节分析的基础上，建立了纯电动车驱动永磁同步电机的可靠性串联模型，分别建立了寿命服从指数分布和复合分布下的驱动电机可靠度函数，并分析了不同寿命分布类型的参数估计和假设检验方法；最后结合驱动电机实际工作点的分布，探讨了电机的可靠性测试方法，选择加速截尾试验且搭建工作平台来实现电机寿命分析预测。

该半实物仿真系统，按照该其软硬件的组成可具体划分如下：

硬件部分：整车控制器、电池管理单元、电动机控制器、仪表控制器、刮水器控制器、计算机、VISA接口即PCI机箱、CAN线；

软件部分：Labview建立的动力电池仿真单元、电动机仿真单元、档位信号仿真单元、仪表灯光仿真单元、刮水器仿真单元、车辆行驶仿真单元及电池可靠性预测模块、电动机可靠性预测模块。

为了更进一步说明纯电动车电气匹配半实物仿真系统中信号模拟模块中的输入输出信号及动力传递原理路线，下面就结合图3及图4作进一步详述。

纯电动车电气匹配半实物仿真系统的动力传递原理路线及输入输出信号示意图如图3所示：

首先在计算机中建立模拟动力电池仿真单元，包括输入信号与输出信号及动力电池仿真单元的具体参数，其中：

动力电池输入信号为：电动机需求的变化电流、电压及功率；

输出信号为：电压变化曲线、电流变化曲线、SOC变化、温度变化曲线；

动力电池本身参数：容量、额定电压、额定电流、内阻、循环工作次数、最大放电电流。

该单元能够产生高压电与低压电，低压电可用来给电器设备充电，高压电供给电动机，也可以通过DC-DC给蓄电池充电。在考虑纯电动车的动力性及续航里程时，其额定功率及SOC是可以通过修改来改变的，更方便灵活。

在计算机中建立电动机仿真单元，其原理如图3所示，通过建立模型并将电动机运行时的输入、输出信号及电动机固定参数准确设置，其中

电动机输入信号为：动力电池输出电流、功率；

电动机输出信号为：转速变化曲线、转矩变化曲线、功率变化曲线、电流变化曲线；

电动机本身参数为：定子、转子电阻电感、线电压、极对数、额定功率、额定电压、额定扭矩，在建立的模型确定这些输入输出及固定参数就可以模拟真实的电动机运行状态，实现电动车的运转，在考虑纯电动车的动力性加速性能时，可以修改转矩及额定功率来观察电动机的具体选型。

在计算机上建立模拟变速器工作档位开关仿真单元，其示意图如图3所示，其中：

档位开关仿真单元输入信号：电动机转矩；

档位开关仿真单元输出信号：电动机转矩，D档、N档、P档、R档的显示信号；

当档位开关在正确的档位D时，就可以将电动机的转矩传递给车轮，实现车辆的移动，再通过加速踏板信号，既可以实现速度的调节。

在计算机上建立车辆行驶仿真单元，其示意图如图3所示，其中

车辆行驶仿真单元输入信号：转矩信号、加速踏板开度信号、制动踏板开度；

车辆行驶仿真单元输出信号：车速；

车辆行驶其他参考参数：坡道阻力、迎风面积、滚动阻力、汽车质量、空气阻力系数、转动惯量、传动效率、车轮滚动半径。

这样建立好的车辆行驶仿真单元，就可以通过调节加速踏板及制动踏板实现车辆的运行，并将车速的运行情况给予显示。

在计算机上建立仪表灯光仿真单元，其示意图如图4所示，其中：

仪表灯光仿真单元输入信号：12V电源、CAN信号；

仪表灯光仿真单元输出信号：转速表、转向灯、前后灯光、报警灯、电池SOC；

通过编程建模来建立仪表灯光仿真单元，用来显示纯电动车信号的变化。

在计算机上建立刮水器仿真单元，其示意图如图4所示，其中：

刮水器仪表灯光仿真单元输入信号：12V电源；

刮水器仪表灯光仿真单元输出信号：低速转动、间歇时间调节、高速转动。

通过小电动机模型、档位设定、刮水片的运动模拟来构建刮水器模型，用来模拟刮水器中低高速挂水的运行情况。

在建立了纯电动车信号模拟模块1后，还需要对纯电动车可靠性预测模块的输入输出及原理作进一步详述，如图5所示。

电池可靠性预测模块，如图5所示，在计算机中建立电池可靠度模型，以电池寿命预测为基础，以阻抗增加、功率和容量衰减为研究点、以电池放电/再生电阻的变化为研究，利用遗传算法建立电池储存寿命模型，运行模型后，可以得到输出信号：电池内阻变化、电池内部温度、续航里程、80％SOC时间。

其中可利用该公式计算电池电阻阻变化情况：

$R_d=a\left(\mathrm{SOC}\right)\left\{\exp \right[b\left(\mathrm{SOC}\right)/T]\×t^{\frac{1}{2}}+c\left(\mathrm{SOC}\right)\{\exp \left[\frac{d\left(\mathrm{SOC}\right)}{T}\right]\},$ R_d为电池电阻，t是储存寿命时间，参数a.b，c分别是SOC和T的函数。

电动机可靠性预测模块，如图5所示，在计算机中建立电动机可靠度模型，考虑电动机各个典型影响因素，以绕组、轴承、永磁体、转轴机械及其它电动机部件的可靠度为基础统计，就可以得到电动机的可靠性公式：

，其中R₁(t)为绕组的可靠度预测模型，R₂(t)为轴承的可靠度模型，R₃(t)为永磁体的可靠度模型，R₄(t)为转轴机械的可靠度模型，R₅(t)为其他部件的可靠度模型。

该模型建立后，就可以通过模拟运行来输出信号，如电动机温度、转轴机械使用寿命、绕组使用寿命、轴承使用寿命、永磁体使用寿命，最先失效的模块时间即为该电动机的寿命使用时间。

通过电池、电动机之间的参数信号、数据模拟，在瞬态工况、稳态工况、极限工况下进行电池电动机的加速寿命试验模拟，计算出根据具体参数构建的模型的使用情况，例如电池，就可以模拟出其80％SOC剩余时的时间，即可算出电池使用寿命，就可以模拟出电池的续航里程、内阻大小及温度在使用时的变化，就可以对电池的可靠性做出预测；例如电动机，就可以模拟出绕组、轴承、永磁体、转轴机械、电动机温度随时间变化的寿命情况，及电动机内部的绝缘情况，通过对模型仿真数据分析，就可以对电动机的可靠性做出预测。

纯电动车的电气系统的主要影响因素还是在电池与电动机运行状态及稳定性，在运行时，电动机电池也是相互影响的，故在电气系统可靠性预测模型建立时，电动机、电池可靠性模型是相互关联的，共同来验证纯电动车电气系统的可靠性。

纯电动车电气匹配半实物仿真系统的整体动力传递路线如下：

步骤1、在该仿真平台运行时，纯电动车信号模拟模块1中的电动机开始运行，将需求的动力电流、功率信号传递给动力电池，纯电动车信号模拟模块1采集这些数据后，将需求通过纯电动车VISA接口模块2传递到纯电动车控制模块3，纯电动车控制模块3中的控制器将所需求的信息通过纯电动车VISA接口模块2反馈到纯电动车信号模拟模块1中，等待下一步的反馈。

步骤2、通过动力电池仿真单元将所需求的电流计功率大小输出给电动机仿真单元，而电动机仿真单元输出转矩；根据合适的档位开关仿真单元，将电动机仿真单元输出的转矩传递给车辆行驶单元，就可以完成整个仿真系统的动力运行路线。

根据图3、图4的原理路线图，就可以在labview建立仿真模型系统，在设置好初始的电池、电动机参数后，整个电气仿真系统就已经开始运行了，通过调节加速踏板及制动踏板的开度，在程序框图面板通过高亮显示可以观测到具体数据的流向及电流的传输，在前面板中可以观察到电池电压、SOC、电动机电流、电动机转速、电动机功率、电动机扭矩的变化情况。在车辆行驶仿真单元的参数都设置好之后，通过调节加速踏板与制动踏板，可以看到车辆速度的变化曲线。通过对电动车预测模块的运行，输出如电池内阻变化、电池内部温度、续航里程、80％SOC时间、电动机温度、转轴机械使用寿命、绕组使用寿命、轴承使用寿命、永磁体使用寿命的信号，实现对电池、电动机寿命的预测分析。

该纯电动车电气匹配半实物仿真系统运行方法如下：

步骤1、对纯电动车初期开发参数进行需求选型，并在纯电动车电气匹配半实物仿真系统上输入具体参数；

在开发一辆电动车时，需要对电动机、电池及其他电器件进行选择参数，在有电动车质量及车身其他参数后，根据续航里程及动力性经济性需求，初步选定电动机、电池的参数，并在该仿真系统上输入具体参数。

步骤2、对纯电动车选型参数进行实际验证

将纯电动车信号模拟模块1、纯电动车VISA接口模块2、纯电动车控制模块3连接，实现该系统的电气匹配功能，具体如下：将已选定的电池、电动机等电器设备的参数输入到该系统，通过该仿真，可以清晰的看到电动车各个元器件通过的电压、电流大小，并分别模拟构建极限工况、瞬态工况、稳态工况的仿真环境，以适应实车运行电气环境，就可以得到不同工况下各个电器件的电压电流及功率参数的变化情况，在已选定功率大小的电器件时，由于其工作电压的已知，其线束基本可以确定，这样通过电器件的电压、电流值得大小，就可以判断线束选型的合理与否，若电器件与电源之间通过的电流过大，则说明或者电器件本身的功率选的过大，或者线束选择过细，类似这样，就可以免去实车装车的仿真而选定各个电气件的参数，实现电气性能匹配，保证电气系统的安全性。总之，如果各种参数显示在需求允许范围内，则电池电动机的选型就可以，如果数据有差别，再选择合适的数据，直到能够满足纯电动车的设计要求，这样就可以直接选择电池、电动机的实体供应商，保证电气的匹配性及安全性，就可以不使用台架做具体的测试，简单方便。

步骤3、通过模拟纯电动车瞬态、稳态、极限工况下的运行状况，对纯电动车电池、电机的可靠性做出预测。

对纯电动车电池、电机的可靠性预测，在进行了电动车参数的选型及性能匹配后，就可以初步保证在电气设计初期安全性的可视化显示，在步骤2中可以得到不同工况下电器件的电压电流大小，而电压电流的大小及稳定性对电器件的寿命是有一定的影响，且占一定的比例，将这些参数比例在公式中表达，通过运行电动车可靠性预测模块4、纯电动车VISA接口模块2、纯电动车控制模块3，并且输入电动机、电池本身的一些具体参数，来实现纯电动车电器件的预测，通过模拟瞬态、稳态、极限工况下的各种运行状况，实现加速寿命模拟，来模拟输出该辆电动车在运行时的各种状况，实现对电动机、电池的可靠性寿命预测，从而完成该半实物仿真系统的功能。

本纯电动车仿真系统能够进行曲线的精准预测及匹配，现以一辆纯电动车的电动机电池参数为例，进行电动机的转矩、转速、功率之间的输出验证，以电动机的出厂测试报告为对比，来比较电气仿真系统的准确性，数据对比如下表所示：

表1电动机刚启动对比数据

表1所示的是电动机刚启动时500r/min时的对比情况，当转速误差为1.3％时，转矩和功率的误差率都非常小，即匹配的数据非常接近。

表2电动机转速平稳对比数据

表2所示的是电动机平稳运行时3000r/min左右时的对比情况，当转速误差为-1.4％时，转矩和功率的误差率不大，数据的准确性还是可靠的。

根据上述两个表格的数据可以得出，该半实物仿真系统的准确度很高，在其他电动车的电气开发设计时，可以用来做前期仿真，实现纯电动车的电气系统开发，更可以通过可靠性模块进行预测，避免了实际台架试验，节约成本。

该纯电动车电气匹配半实物仿真系统不仅能够实现电气性能参数选择及数据匹配验证工作，还能在设计初期验证其电器件选择的可靠性及匹配性，真正的实现了硬件在环的验证仿真，能够实现电动车电气系统的快速开发。

Claims (7)

1.一种纯电动车电气匹配半实物仿真系统，包括电动车信号模拟模块(1)、纯电动车VISA接口模块(2)、纯电动车控制模块(3)、纯电动车可靠性预测模块(4)；其特征在于：

纯电动车信号模拟模块(1)与纯电动车控制模块(3)之间通过纯电动车VISA接口模块(2)之间进行数据的双向传递，当纯电动车信号模拟模块(1)中的仿真单元需求数据时，可发出指令传递到纯电动车控制模块(3)中的控制器，控制器做出反馈后，再将需求信息反馈到纯电动车信号模拟模块(1)，实现数据的双向传递；

纯电动车可靠性预测模块(4)与纯电动车控制模块(3)之间可通过纯电动车VISA接口模块(2)之间进行数据的双向传递，当纯电动车可靠性预测模块(4)中的预测模块需求数据时，发出指令传递到纯电动车控制模块(3)中的控制器，控制器做出反馈后，再将需求信息反馈到纯电动车可靠性预测模块(4)，实现数据的双向传递。

2.根据权利要求1所述的纯电动车电气匹配半实物仿真系统，其特征在于：纯电动车信号模拟模块(1)，包括通过labview建模的动力电池仿真单元、电动机仿真单元、档位开关仿真单元、仪表灯光仿真单元及刮水器仿真单元、车辆行驶仿真单元；

动力电池仿真单元为电动机仿真单元提供高压电，为档位开关仿真单元、仪表灯光仿真单元及刮水器仿真单元提供12V电源；

电动机仿真单元，利用电动机的转速信号、额定功率、额定扭矩、电动机实际扭矩信号来建立电动机模型以模拟真实的电动机运行情况；

档位开关仿真单元，利用档位的前进、停车、倒车和空档的信号来建立档位开关模型以模拟档位的变换；档位开关仿真单元用于确定纯电动车点火之后车辆是否处于行驶状态；

仪表灯光仿真单元，利用转速表、转向灯、前后灯光、报警灯、电池SOC信号来建立仪表灯光模型以模拟并显示纯电动车信号的变化；

刮水器仿真单元，用来模拟刮水器中低高速挂水的运行情况；

车辆行驶仿真单元，利用电动机的输出扭矩、档位开关档位、加速踏板开度、制动踏板开度来建立纯电动车行驶模型，从而模拟车辆行驶的状态。

3.根据权利要求1所述的纯电动车电气匹配半实物仿真系统，其特征在于：

纯电动车VISA接口模块(2)中，是利用虚拟仪器的标准I/O应用程序接口(API)实现与硬件数据接口的数据采集和数据交互。

4.根据权利要求1所述的纯电动车电气匹配半实物仿真系统，其特征在于：

纯电动车控制模块(3)包括：电池管理单元(BMS)、电动机控制器、档位控制器、整车控制器、刮水控制器和仪表控制器，通过对各种控制器的控制实现整个车辆的运行。

5.根据权利要求1所述的纯电动车电气匹配半实物仿真系统，其特征在于：

纯电动车可靠性预测模块(4)包括电池可靠性预测模块、电动机可靠性预测模块；纯电动车可靠性预测模块(4)利用统计学的数据分析来预测电池和电动机的可靠性。

6.根据权利要求1所述的纯电动车电气匹配半实物仿真系统的动力传递过程模拟方法：其特征在于：

步骤1、在纯电动车电气匹配半实物仿真系统运行时，纯电动车信号模拟模块(1)中的电动机开始运行，将需求的动力电流、功率信号传递给动力电池，纯电动车信号模拟模块(1)采集这些数据后，将需求通过纯电动车VISA接口模块(2)传递到纯电动车控制模块(3)，纯电动车控制模块(3)中的控制器将所需求的信息通过纯电动车VISA接口模块(2)反馈到纯电动车信号模拟模块(1)中，等待下一步的反馈；

步骤2、通过动力电池仿真单元将所需求的电流计功率大小输出给电动机仿真单元，电动机仿真单元输出转矩；在利用档位开关仿真单元，将电动机仿真单元输出的转矩传递给车辆行驶单元。

7.根据权利要求1所述的纯电动车电气匹配半实物仿真系统的运行方法：其特征在于：

步骤1、对纯电动车初期开发参数进行需求选型，并在纯电动车电气匹配半实物仿真系统上输入具体参数；

步骤2、对纯电动车选型参数进行实际验证，即将纯电动车信号模拟模块(1)、纯电动车VISA接口模块(2)、纯电动车控制模块(3)连接，实现纯电动车电气匹配半实物仿真系统的电气匹配功能，将已选定的电池、电动机设备的参数输入到纯电动车电气匹配半实物仿真系统，通过仿真获得纯电动车各元器件通过的电压、电流大小，以及不同工况下各个电器件的电压电流及功率参数的变化情况，从而判断线束选择及电器件选择是否合理；

步骤3、通过模拟纯电动车瞬态、稳态、极限工况下的运行状况，对纯电动车电池、电机的可靠性做出预测。