CN107315407A - 一种汽车电机控制器仿真测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种汽车电机控制器仿真测试系统，包括：测试主机、程控电源、电机控制器、相电压采集模块、仿真装置，仿真装置与测试主机连接，并与程控电源、电机控制器和相电压采集模块依次串联连接构成闭环系统，程控电源、电机控制器以及相电压采集模块依次通过高压线束连接，仿真装置分别通过低压线束与程控电源、电机控制器以及相电压采集模块连接。本发明提供的汽车电机控制器仿真测试系统可以在不用拆分电机控制器内部控制板与驱动板情况下，实现电机控制器的闭环仿真，从而实现在试验室环境下，搭建了电机控制器的闭环仿真环境，可以加快电机控制器开发进度，实现对电机控制器的功能、性能、故障检测的全面测试。

Description

一种汽车电机控制器仿真测试系统

技术领域

本发明涉及闭环仿真领域，具体涉及一种汽车电机控制器仿真测试系统。

背景技术

随着混合动力汽车以及纯电动汽车的不断发展，新能源汽车已经走进人们的生活，成为重要交通工具之一，在人们的工作和生活中扮演着越来越重要的角色，这种新能源汽车的安全性及可靠性就必须得到可靠保障。电机系统是新能源汽车的核心部件，其工作的可靠性、稳定性直接影响着驾驶员的驾驶感受。作为电机系统的控制核心，电机控制器决定了电机输出的扭矩和转速，其对电机控制的准确性和可靠性必需得到保证，因此对电机控制器的测试就显得非常重要。由于成本、可操作性、便利性等原因，在不便连接真实电机，或者在实车上测试比较困难的情况下，在试验室搭建一种电机控制器闭环仿真环境，对电机控制器进行测试是一种非常有效、便捷的测试手段。

传统的电机控制器闭环仿真方法需要拆分电机控制器内部控制板与驱动板，只连接控制板，同时仿真控制板与驱动板之间的各种信号。如果无法拆分控制板与驱动板，或者无法获知控制板与驱动板之间的信号传输关系时，就无法实现电机控制器的闭环仿真。

因此，设计一种不用拆分控制板与驱动板即可实现电机控制器的闭环仿真方法是十分必要的。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种汽车电机控制器仿真测试系统，该仿真测试系统能够在不拆分电机控制器内部控制板与驱动板情况下，实现电机控制器的闭环仿真。

本发明采用的技术方案为：

本发明的实施例提供一种汽车电机控制器仿真测试系统，包括：测试主机、程控电源、电机控制器、相电压采集模块、仿真装置，所述仿真装置与所述测试主机连接，并与所述程控电源、所述电机控制器和所述相电压采集模块依次串联连接构成闭环系统，所述程控电源、所述电机控制器以及所述相电压采集模块依次通过高压线束连接，所述仿真装置分别通过低压线束与所述程控电源、所述电机控制器以及所述相电压采集模块连接；所述测试主机，用于控制所述仿真装置的操作，包括向所述仿真装置发送仿真模型和模型控制指令，所述模型控制指令包括指示所述程控电源向所述电机控制器输出电源的电压控制指令和控制所述电机控制器输出转速和扭矩的电机转速扭矩输出指令；所述仿真模型包括电压控制模型、温度模型、电机逆变器模型和电机本体模型；所述程控电源，用于接收所述仿真装置发送的电压控制指令，并基于所述电压控制指令向所述电机控制器提供指定电压的直流电；所述电机控制器，用于接收所述程控电源输入的直流电，并响应于接收到所述仿真装置发送的电机转速扭矩输出指令向所述相电压采集模块输出高压的三相电压；所述相电压采集模块，用于将所接收的高压的三相电压转换成低压电压并将所转换的低压电压与预设高比较阈值和预设低比较阈值进行比较，并基于比较结果输出相应的电机驱动信号，以及用于将所接收的高压的三相电压与输出的电机驱动信号进行隔离；所述仿真装置，用于接收所述测试主机发送的仿真模型并运行所述仿真模型，并基于所述模型控制指令向所述程控电源发送电压控制指令和所述电机控制器发送电机转速扭矩输出指令，并采集所述相电压采集模块输出的电机驱动信号，以及通过运行所述仿真模型对所采集的电机驱动信号进行处理，得到程控电源控制信号、电机控制器所需的温度信号、相电流信号和位置信号，并基于所述程控电源控制信号生成所述电压控制指令以及将所述温度信号、相电流信号和位置信号发送给所述电机控制器；其中，所述电机控制器为所述汽车实际所使用的电机控制器，所述电机控制器的控制板和驱动板的连接关系与实际使用时的连接关系相同，所述控制板上的电流传感器接口与所述仿真装置连接，以通过所述电流传感器接口将所述三相电流输入给所述电机控制器。

可选地，所述仿真装置包括实时处理器、I/O板卡、信号调理板卡、故障注入板卡、FPGA板卡；所述I/O板卡、信号调理板卡、故障注入板卡用于采集所述相电压采集模块输出的电机驱动信号，并将所采集的电机驱动信号发送给所述FPGA板卡，以及将所述仿真装置运行所述仿真模型所得到的电源控制信号发送给所述程控电源和将所得到的温度信号、相电流信号和位置信号发送给所述电机控制器；所述实时处理器与所述FPGA板卡通过PXIe总线连接，用于通过运行电压控制模型和温度模型，获得所述程控电源控制信号和电机控制器所需的温度信号；所述FPGA板卡用于基于所接收的电机驱动信号，通过运行电机逆变器模型和电机本体模型，获得所述电机控制器所需的相电流信号和位置信号。

可选地，所述相电压采集模块包括：分压电阻模块，用于接收所述电机控制器输出的高压的三相电压并将所述电机控制器输出的高压的三相电压进行分压处理，以转换成低压电压输出；电压比较模块，用于将所述分压电阻模块输出的低压电压与预设高比较阈值和预设低比较阈值进行比较，并基于比较结果输出相应的电机驱动信号；隔离输出模块，用于将所述电机控制器输出的高压的三相电压和所述电压比较模块输出的电机驱动信号进行隔离输出。

可选地，当所述分压电阻模块输出的低压电压大于预设高比较阈值时，所述电压比较模块输出高电平信号；当所述分压电阻模块输出的低压电压小于预设低比较阈值时，所述电压比较模块输出低电平信号。

与现有技术相比，本发明提供的汽车电机控制器仿真测试系统可以在不用拆分电机控制器内部控制板与驱动板情况下，实现电机控制器的闭环仿真，从而实现在试验室环境下，搭建了电机控制器的闭环仿真环境，可以加快电机控制器开发进度，实现对电机控制器的功能、性能、故障检测的全面测试。

附图说明

图1为本发明实施例的汽车电机控制器仿真测试系统的结构框图；

图2为本发明实施例的汽车电机控制器仿真测试系统的程控电源的电源输入和输出示意图；

图3为本发明实施例的汽车电机控制器仿真测试系统的电机控制器的结构框图；

图4为本发明实施例的汽车电机控制器仿真测试系统的相电压采集模块的结构框图；

图5为本发明实施例的汽车电机控制器仿真测试系统的仿真装置的结构框图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

图1为本发明实施例的汽车电机控制器仿真测试系统的结构框图；图2为本发明实施例的汽车电机控制器仿真测试系统的程控电源的电源输入和输出示意图；图3为本发明实施例的汽车电机控制器仿真测试系统的电机控制器的结构框图；图4为本发明实施例的汽车电机控制器仿真测试系统的相电压采集模块的结构框图；图5为本发明实施例的汽车电机控制器仿真测试系统的仿真装置的结构框图。

如图1所示，本发明实施例提供的一种汽车电机控制器仿真测试系统，包括：测试主机1、仿真装置2、程控电源3、电机控制器4、相电压采集模块5，所述仿真装置2与所述测试主机1连接，并与所述程控电源3、所述电机控制器4和所述相电压采集模块5依次串联连接构成闭环系统，所述程控电源3、所述电机控制器4以及所述相电压采集模块5依次通过高压线束连接，所述仿真装置2分别通过低压线束与所述程控电源3、所述电机控制器4以及所述相电压采集模块5连接。

进一步地，所述测试主机1，用于控制所述仿真装置的操作，包括向所述仿真装置发送仿真模型和模型控制指令，所述模型控制指令包括指示所述程控电源向所述电机控制器输出电源的电压控制指令和控制所述电机控制器输出转速和扭矩的电机转速扭矩输出指令，所述仿真模型包括电压控制模型、温度模型、电机逆变器模型和电机本体模型。当然并不局限于此，还可以向仿真装置发送仿真模型的参数修改指令，将仿真装置获取的数据进行显示和分析等。具体地，测试主机1用于提供人机交互的接口，用户可以在测试主机1进行仿真模型的开发、仿真测试的运行及监控、试验数据的处理和分析等功能。整个系统运行时，测试主机1通过网线与仿真装置2进行实时数据交互，仿真装置2将仿真模型计算得到的数值变量发送给测试主机1，测试主机1通过其安装的测试监控软件，以图形化的界面将仿真模型计算得到的数值变量展现给用户，同时，仿真装置2也可以将电机控制器4的运行数据发送至测试主机进行显示。而测试主机1还可以在仿真模型运行时，将修改仿真模型参数的指令实时下发给仿真装置2，从而完成实时调参的工作。测试主机还可以运行自动测试软件，通过自动测试软件编写自动测试用例，完成电机控制器的自动测试。本实施方式中，测试主机1还可以用于将仿真模型的测试操作通过转换成测试指令，测试主机还用于执行测试指令，从而实现自动测试。

进一步地，所述程控电源3，用于接收所述仿真装置2发送的电压控制指令，并基于所述电压控制指令向所述电机控制器4提供指定电压的直流电。具体地，如图2所示，程控电源3可为市场上常见的程序控制电源，其交流输入端与供电网络连接，以从供电设备处获取交流电，然后基于接收的电压控制指令将输入的交流电转换成指定电压的直流电，再通过两相直流输出端输出给电机控制器4，以提供电机控制器4工作时所需的输入电压。

进一步地，所述电机控制器4，用于接收所述程控电源1输入的直流电，并响应于接收到所述仿真装置2发送的电机转速扭矩输出指令，向所述相电压采集模块5输出高压的三相电压。本发明中使用的电机控制器为汽车实际所使用的电机控制器，即为真实的电机控制器，所述电机控制器4的控制板41和驱动板42的连接关系与实际使用时的连接关系相同，不同之处在于，所述控制板41上的电流传感器接口与所述仿真装置2连接，即控制板41与真实电流传感器之间的连接被断开，以通过所述电流传感器接口将所述三相电流输入给所述电机控制器。断开控制板和真实电流传感器之间的连接，使得相电流信号不是通过真实电流传感器采集获得，而是通过仿真装置2仿真输入。如图3所示，程控电源3输出的两相直流输送到驱动板42，电机控制器所需的信号如相电流、温度，位置等信号通过仿真装置2输出，并基于仿真装置2的控制指令输出三相电压。

进一步地，所述相电压采集模块5，用于将所接收的高压的三相电压转换成低压电压并将所转换的低压电压与预设高比较阈值和预设低比较阈值进行比较，并基于比较结果输出相应的电机驱动信号，以及用于将所接收的高压的三相电压与输出的电机驱动信号进行隔离。具体地，如图4所示，所述相电压采集模块包括：分压电阻模块51，用于接收所述电机控制器输出的高压的三相电压并将所述电机控制器输出的高压的三相电压进行分压处理，以转换成低压电压输出；电压比较模块52，用于将所述分压电阻模块输出的低压电压与预设高比较阈值和预设低比较阈值进行比较，并基于比较结果输出相应的电机驱动信号；隔离输出模块53，用于将电压比较模块输出的低电压隔离后再输出，即将所接收的高压的三相电压与输出的电机驱动信号进行隔离。所述分压电阻模块51通过在高压的三相电压的输入电路上串联一个分压电阻进行分压，其结构与分压原理属于公知常识，因此省略对此的详细描述。电压比较模块52可采用常见的电压比较器，当所述分压电阻模块输出的低压电压大于预设高比较阈值时，即当“+”输入端高压高于“—”输入端电压时，所述电压比较模块52输出高电平信号，例如12V的高电平；当所述分压电阻模块输出的低压电压小于预设低比较阈值时，即当“+”输入端高压低于“—”输入端电压时，所述电压比较模块52输出低电平信号，例如0V的低电平，从而输出电机驱动信号，实现将分压电阻模块输出的模拟量转为数字量。本发明的一个示意性实施例中，采用6个电压比较器对分压电阻模块51输出的电压进行比较，这样会得到6个电机驱动信号。隔离输出模块53具体用于将电压比较模块输出的电机驱动信号进行隔离后再输出，以防止所述相电压采集模块输入的高压和所述相电压采集模块输出的低压相互干扰，隔离输出模块53可采用常见的隔离开关，在本发明中，可采用3个隔离开关进行隔离。

进一步地，所述仿真装置2，用于接收测试主机1发送的仿真模型并运行仿真模型，并基于所述模型控制指令向所述程控电源3发送电压控制指令和所述电机控制器4发送电机转速扭矩输出指令，并采集所述相电压采集模块输出的电机驱动信号，以及通过运行所述仿真模型对所采集的电机驱动信号进行处理，得到程控电源控制信号、电机控制器所需的温度信号、相电流信号和位置信号，并基于所述程控电源控制信号生成所述电压控制指令以及将所述温度信号、相电流信号和位置信号发送给所述电机控制器。具体地，如图5所示，所述仿真装置可包括实时处理器21、FPGA板卡22、故障注入板卡23、信号调理板卡24和I/O板卡25，其中，所述故障注入板卡23、信号调理板卡24和I/O板卡25用于采集所述相电压采集模块输出的电机驱动信号，并将所采集的电机驱动信号发送给所述FPGA板卡22，以及将所述仿真装置运行所述仿真模型所得到的电源控制信号发送给所述程控电源和将所得到的温度信号、相电流信号和位置信号发送给所述电机控制器，具体地，所述电源控制信号依次通过所述I/O板卡、所述信号调理板卡、所述故障注入板卡发送给所述程控电源3，所述温度信号、所述相电流信号和所述位置信号依次通过所述I/O板卡、所述信号调理板卡、所述故障注入板卡发送给所述电机控制器4。所述实时处理器21与所述FPGA板卡22通过PXIe总线连接，用于通过运行电压控制模型和温度模型，获得所述程控电源控制信号和电机控制器所需的温度信号。所述FPGA板卡22用于基于所接收的电机驱动信号，通过运行电机逆变器模型和电机本体模型，获得所述电机控制器所需的相电流信号和位置信号。

具体地，在本发明中，电压控制模型、温度模型、电机逆变器模型和电机本体模型用于对程控电源的电压、电机的温度、电机逆变器和电机本体进行仿真，如温度模型就是根据电机工作情况中的输入电压、输出电流、环境温度、电机效率等计算电机工作过程中的发热情况，进而得到电机温度，可采用相应的软件来进行构建。这些模型可通过测试主机下载到仿真装置中。实时处理器21可为2.3GHz四核Intel Core i7-3610QE处理器，如美国NI公司的PXI-8135，或者2.6GHz四核PXI控制器，如美国NI公司的PXI-8840等。FPGA板卡22可采用美国NI公司的型号为PXIe-7966R的板卡等，但并不局限于此，也可以采用其他具有相同功能的板卡。故障注入板卡23用于实现对信号的故障注入功能，具体来说，用于实现输入信号的开路、短路故障注入功能，用来实现故障情况下的测试。在故障未激活情况下，故障注入板卡不改变其输入和输出信号的特性。信号调理板卡24用于电平转换。因为I/O板卡25的输入和输出能力有限，其电压范围比较窄，一般都在5V以内，而外接需要输出给I/O板卡采集的信号都是12V左右的信号；或者需要通过I/O板卡输出给外界的信号都是12V左右，所有需要在I/O板卡的输入/输出和外界信号之间做一个信号调理，也就是电平转换。如图5所示，当电机驱动信号通过故障注入板卡23输入时，信号调理板卡24将故障注入板卡输出的信号调理为I/O板卡允许输入的电压范围，当I/O板卡25接收实时处理器和FPGA板卡计算的相电流、温度、位置信号和电源控制信号时，信号调理板卡24将I/O板卡输出的信号调理为实际的电压范围，供程控电源和电机控制器使用。I/O板卡25用于信号的采集和输出，如图5所示，主要包括采集信号调理板卡24输出的调理信号，输出给模型，以及根据仿真模型的计算结果，将相关信号输出给程控电源和电机控制器使用。

综上所述，本发明提供的汽车电机控制器仿真测试系统在不拆分电机控制器内部控制板与驱动板情况下，实现了电机控制器的闭环仿真，搭建了电机控制器的开发、测试验证环境，实现对电机控制器的功能、性能、故障检测的全面测试。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种汽车电机控制器仿真测试系统，其特征在于，包括：测试主机、程控电源、电机控制器、相电压采集模块、仿真装置，所述仿真装置与所述测试主机连接，并与所述程控电源、所述电机控制器和所述相电压采集模块依次串联连接构成闭环系统，所述程控电源、所述电机控制器以及所述相电压采集模块依次通过高压线束连接，所述仿真装置分别通过低压线束与所述程控电源、所述电机控制器以及所述相电压采集模块连接；

所述测试主机，用于控制所述仿真装置的操作，包括向所述仿真装置发送仿真模型和模型控制指令，所述模型控制指令包括指示所述程控电源向所述电机控制器输出电源的电压控制指令和控制所述电机控制器输出转速和扭矩的电机转速扭矩输出指令；所述仿真模型包括电压控制模型、温度模型、电机逆变器模型和电机本体模型；

所述程控电源，用于接收所述仿真装置发送的电压控制指令，并基于所述电压控制指令向所述电机控制器提供指定电压的直流电；

所述电机控制器，用于接收所述程控电源输入的直流电，并响应于接收到所述仿真装置发送的电机转速扭矩输出指令向所述相电压采集模块输出高压的三相电压；

所述相电压采集模块，用于将所接收的高压的三相电压转换成低压电压并将所转换的低压电压与预设高比较阈值和预设低比较阈值进行比较，并基于比较结果输出相应的电机驱动信号，以及用于将所接收的高压的三相电压与输出的电机驱动信号进行隔离；

所述仿真装置，用于接收所述测试主机发送的仿真模型并运行所述仿真模型，并基于所述模型控制指令向所述程控电源发送电压控制指令和所述电机控制器发送电机转速扭矩输出指令，并采集所述相电压采集模块输出的电机驱动信号，以及通过运行所述仿真模型对所采集的电机驱动信号进行处理，得到程控电源控制信号、电机控制器所需的温度信号、相电流信号和位置信号，并基于所述程控电源控制信号生成所述电压控制指令以及将所述温度信号、相电流信号和位置信号发送给所述电机控制器；

其中，所述电机控制器为所述汽车实际所使用的电机控制器，所述电机控制器的控制板和驱动板的连接关系与实际使用时的连接关系相同，所述控制板上的电流传感器接口与所述仿真装置连接，以通过所述电流传感器接口将所述三相电流输入给所述电机控制器。

2.根据权利要求1所述的汽车电机控制器仿真测试系统，其特征在于，所述仿真装置包括实时处理器、I/O板卡、信号调理板卡、故障注入板卡、FPGA板卡；

所述I/O板卡、信号调理板卡、故障注入板卡用于采集所述相电压采集模块输出的电机驱动信号，并将所采集的电机驱动信号发送给所述FPGA板卡，以及将所述仿真装置运行所述仿真模型所得到的电源控制信号发送给所述程控电源和将所得到的温度信号、相电流信号和位置信号发送给所述电机控制器；

所述实时处理器与所述FPGA板卡通过PXIe总线连接，用于通过运行电压控制模型和温度模型，获得所述程控电源控制信号和电机控制器所需的温度信号；

所述FPGA板卡用于基于所接收的电机驱动信号，通过运行电机逆变器模型和电机本体模型，获得所述电机控制器所需的相电流信号和位置信号。

3.根据权利要求1所述的汽车电机控制器仿真测试系统，其特征在于，所述相电压采集模块包括：

分压电阻模块，用于接收所述电机控制器输出的高压的三相电压并将所述电机控制器输出的高压的三相电压进行分压处理，以转换成低压电压输出；

电压比较模块，用于将所述分压电阻模块输出的低压电压与预设高比较阈值和预设低比较阈值进行比较，并基于比较结果输出相应的电机驱动信号；

隔离输出模块，用于将所述电机控制器输出的高压的三相电压和所述电压比较模块输出的电机驱动信号进行隔离输出。

4.根据权利要求3所述的汽车电机控制器仿真测试系统，其特征在于，当所述分压电阻模块输出的低压电压大于预设高比较阈值时，所述电压比较模块输出高电平信号；当所述分压电阻模块输出的低压电压小于预设低比较阈值时，所述电压比较模块输出低电平信号。