CN110780605A

CN110780605A - 一种混合动力汽车闭环系统硬件在环仿真试验平台

Info

Publication number: CN110780605A
Application number: CN201911036029.4A
Authority: CN
Inventors: 赵治国; 沈沛鸿
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2019-10-29
Filing date: 2019-10-29
Publication date: 2020-02-11

Abstract

本发明涉及一种混合动力汽车闭环系统硬件在环仿真试验平台，包括实时控制器和分别与实时控制器连接的驾驶模拟器、混合动力总成台架，实时控制器中植入能量管理策略、发动机油耗模型、电机及动力电池模型和车速计算模型；驾驶模拟器包括相互连接的上位机和驾驶控制组件，上位机中设有驾驶场景和车辆模型的程序；混合动力总成台架包括动力组件、冷却系统和通信模块，通信模块分别与上位机和实时控制器连接。与现有技术相比，本发明在驾驶模拟器中可搭建各种路况，也可实时反复采集不同驾驶员的操作输入，分析驾驶员的操作行为和驾驶风格，可开发和验证针对不同路况和驾驶风格的混合动力汽车智能能量管理策略优点。

Description

一种混合动力汽车闭环系统硬件在环仿真试验平台

技术领域

本发明涉及一种硬件在环仿真试验平台，尤其是涉及一种应用于混合动力汽车智能能量管理策略开发和能量经济性评价与验证的闭环系统硬件在环仿真试验平台。

背景技术

混合动力汽车是新能源汽车的重要技术方案，相比传统内燃机汽车具有更好的能量经济性和排放性能，相比纯电动汽车又不具有“里程焦虑”的问题，因此具有广阔的市场前景。

能量管理策略是混合动力汽车的核心技术，其通过优化分配不同动力源间的转矩，可实现混合动力汽车较好的能量经济性。基于规则的混合动力汽车能量管理策略已经实现产业化应用，但不能保证能耗最优。基于等效燃油消耗最小的能量管理策略使得各个时刻的等效燃油消耗最优，但并不能保证全局最优。而基于动态规划算法的能量管理策略可保证混合动力汽车的能耗全局最优，但无法实现控制策略较好的实时性。因此，开发兼顾混合动力汽车能量经济性与控制实时性的能量管理策略具有重要意义。

实际的行驶路况和不同的驾驶风格对于混合动力汽车能耗有着重要影响，开发适应于实际多变行驶路况和不同驾驶风格的智能能量管理策略对于提升混合动力汽车的能量经济性更具有现实意义。

基于仿真模型的混合动力汽车能量管理策略开发可节省开发成本，但无法真实模拟实际动力系统的工作特性、多变的路况、以及不同驾驶员的操作。基于实车试验的混合动力汽车能量管理策略开发需要耗费大量的开发成本。而硬件在环仿真试验可在一定程度上反映动力系统的工作特性，并且成本较低，已成为混合动力汽车能量管理策略开发的重要手段。但目前的混合动力汽车硬件在环仿真试验平台大多只关注动力系统，无法反映实际车辆行驶的路况和驾驶员操作行为和风格，具有局限性。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种混合动力汽车闭环系统硬件在环仿真试验平台。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种混合动力汽车闭环系统硬件在环仿真试验平台，包括实时控制器和分别与实时控制器连接的驾驶模拟器、混合动力总成台架，所述实时控制器中植入能量管理策略、发动机油耗模型、电机及动力电池模型和车速计算模型；所述驾驶模拟器包括相互连接的上位机和驾驶控制组件，所述上位机中设有驾驶场景和车辆模型的程序；所述混合动力总成台架包括动力组件、冷却系统和通信模块，所述通信模块分别与所述上位机和实时控制器连接。

优选的，所述动力组件包括依次连接的用于模拟发动机的第一驱动电机、离合器、第二驱动电机、自动变速器、传动轴、用于模拟道路负载的负载电机。

优选的，所述动力组件还包括快速原型控制器和模拟电源，所述第一驱动电机、第二驱动电机和负载电机都与所述模拟电源连接并分别接有第一电机控制器、第二电机控制器和第三电机控制器，所述第一电机控制器、第二电机控制器和第三电机控制器都与所述快速原型控制器连接。

优选的，所述动力组件还包括用于测量变速器输出轴转速的转速传感器。

优选的，所述通讯模块包括CAN通讯接口。

优选的，所述冷却系统包括三路冷却水路，每一路都由一个水泵驱动。

优选的，所述驾驶控制组件包括方向盘、加速踏板、制动踏板、挡杆、手刹和仪表。

优选的，所述实时控制器接收的信息包括：来自所述驾驶控制组件的驾驶员操纵信号，来自所述汽车动力总成台架的转速传感器的转速信号，来自所述上位机发出的路况信息，来自所述第一驱动电机、第二驱动电机的转速和转矩信号。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、驾驶员的操作行为和路况信息传输给实时控制器中的能量管理策略，由此决策控制混合动力总成台架的各个部件，动力组件响应后可较为真实地反映动力系统的能耗特性，构成了“人-车-路”闭环的硬件在环仿真试验平台，可应用于针对不同路况和驾驶风格的混合动力汽车智能能量管理策略的开发。

2、在上位机中搭建丰富的路况，驾驶员可根据实际的路况操纵车辆，使得车辆在虚拟的驾驶场景中行驶，且不同驾驶员的操作输入可反映不同的驾驶风格，实现了模拟能量管理策略在不同应用场景下的性能模拟，可开发和验证针对不同路况和驾驶风格的混合动力汽车智能能量管理策略。

附图说明

图1为本发明混合动力汽车闭环系统硬件在环仿真试验平台的原理图；

图2为本发明中混合动力总成台架的结构示意图。

图中标注：1、第一驱动电机；2、第一电机控制器；3、离合器；4、第二驱动电机；5、第二电机控制器；6、模拟电源；7、自动变速器；8、变速器控制器；9、转速传感器；10、负载电机；11、第三电机控制器；12、快速原型控制器；13、实时控制器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，本申请提出一种混合动力汽车闭环系统硬件在环仿真试验平台，用于针对各种路况和驾驶风格的混合动力汽车智能能量管理策略开发和能量经济性评价验证。本平台包括实时控制器13和分别与实时控制器13连接的驾驶模拟器、混合动力总成台架。实时控制器13可采用dSPACE的MicroAutobox，其中植入现有的能量管理策略、发动机油耗模型、电机及动力电池模型和车速计算模型。

驾驶模拟器包括相互连接的上位机和驾驶控制组件，上位机中设有驾驶场景和车辆模型的程序，可用于丰富的驾驶场景、路况以及车辆模型的搭建。驾驶控制组件包括方向盘、加速踏板、制动踏板、挡杆、手刹和仪表，这些部件通过驾驶模拟器主板与上位机连接。其中加速踏板和制动踏板的信号为模拟电压信号，其余信号通过驾驶模拟器主板由串口发出或者接收。

如图2所示，混合动力总成台架包括动力组件、冷却系统和通信模块，通信模块分别与上位机和实时控制器13连接。

动力组件包括：用于模拟发动机的第一驱动电机1、离合器3、第二驱动电机4、自动变速器7、转速传感器9、用于模拟道路负载的负载电机10、传动轴、模拟电源6、第一控制器、第二控制器、第三控制器、变速器控制器8、快速原型控制器12。其中第一驱动电机1、离合器3、第二驱动电机4、自动变速器7、负载电机10依次机械连接。第一驱动电机1、第二驱动电机4和负载电机10都与模拟电源6连接并分别连接第一电机控制器2、第二电机控制器5和第三电机控制器11。模拟电源6可为驱动电机供电以提供驱动功率，并可回收道路负载模拟电机所产生的再生制动能量。第一电机控制器2、第二电机控制器5和第三电机控制器11都与快速原型控制器12连接，快速原型控制器12控制第一电机控制器2、第二电机控制器5和第三电机控制器11，并通过快速原型控制器12的上位机软件标定观测各电机运行状态信号。转速传感器9用于测量变速器输出轴转速。

通讯模块包括CAN通讯接口。台架上由2路CAN实现各个控制器之间的通信。其中CAN1上挂第一电机控制器2、第二电机控制器5和第三电机控制器11；变速器控制器8和实时控制器13通过CAN2相连。快速原型控制器12作为网关，其三个CAN口分别与CAN1、CAN2和上位机标定观测软件相连。此外，采用CANape观测和记录CAN上各个动力部件的工作数据。

冷却系统包括三路冷却水路，每一路都由一个水泵驱动。三路冷却水路分别给第一驱动电机1及第一电机控制器2一路、第二驱动电机4及第二电机控制器5一路、负载电机10及第三电机控制器11一路散热。

实时控制器13接收的信息包括：来自驾驶控制组件的驾驶员操纵信号，来自汽车动力总成台架的转速传感器9的转速信号，来自上位机发出的路况信息，来自第一驱动电机1、第二驱动电机4的转速和转矩信号。来自驾驶控制组件的驾驶员操纵信号主要包含加速踏板和制动踏板的行程信号。

实时控制器13通过接收来自第一驱动电机1、第二驱动电机4和负载电机10的转速和转矩可计算得到相应的能耗，由此评价车辆的能量经济性。

本仿真试验平台的工作过程为：

驾驶员通过控制加速与制动踏板行程，使车辆模型在上位机构建的虚拟驾驶场景中行驶；接着，实时控制器13中的能量管理策略进一步决策得到动力系统的控制信号，通过CAN总线发送给混合动力总成台架的快速原型控制器12，由快速原型控制器12负责台架各个动力部件的具体控制；动力组件状态响应后，动力部件的工作状态以及变速器输出端转速传感器9测得的转速传输给实时控制器13；实时控制器13根据发动机油耗模型、动力电池及驱动电机模型计算动力系统的能耗，由此评价车辆能量经济性。实时控制器13对变速器输出轴的转速进行滤波后计算得到对应的实际车速，并将实际车速传输给交通仿真软件中的车辆模型，使得车辆在搭建的交通场景中行驶，通过屏幕展示给驾驶员，由此构成了完整的硬件在环闭环控制系统。

Claims

1.一种混合动力汽车闭环系统硬件在环仿真试验平台，其特征在于，包括实时控制器和分别与实时控制器连接的驾驶模拟器、混合动力总成台架，所述实时控制器中植入能量管理策略、发动机油耗模型、电机及动力电池模型和车速计算模型；所述驾驶模拟器包括相互连接的上位机和驾驶控制组件，所述上位机中设有驾驶场景和车辆模型的程序；所述混合动力总成台架包括动力组件、冷却系统和通信模块，所述通信模块分别与所述上位机和实时控制器连接。

2.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车闭环系统硬件在环仿真试验平台，其特征在于，所述动力组件包括依次连接的用于模拟发动机的第一驱动电机、离合器、第二驱动电机、自动变速器、传动轴、用于模拟道路负载的负载电机。

3.根据权利要求2所述的一种混合动力汽车闭环系统硬件在环仿真试验平台，其特征在于，所述动力组件还包括快速原型控制器和模拟电源，所述第一驱动电机、第二驱动电机和负载电机都与所述模拟电源连接并分别接有第一电机控制器、第二电机控制器和第三电机控制器，所述第一电机控制器、第二电机控制器和第三电机控制器都与所述快速原型控制器连接。

4.根据权利要求3所述的一种混合动力汽车闭环系统硬件在环仿真试验平台，其特征在于，所述动力组件还包括用于测量变速器输出轴转速的转速传感器。

5.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车闭环系统硬件在环仿真试验平台，其特征在于，所述通讯模块包括CAN通讯接口。

6.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车闭环系统硬件在环仿真试验平台，其特征在于，所述冷却系统包括三路冷却水路，每一路都由一个水泵驱动。

7.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车闭环系统硬件在环仿真试验平台，其特征在于，所述驾驶控制组件包括方向盘、加速踏板、制动踏板、挡杆、手刹和仪表。

8.根据权利要求4所述的一种混合动力汽车闭环系统硬件在环仿真试验平台，其特征在于，所述实时控制器接收的信息包括：来自所述驾驶控制组件的驾驶员操纵信号，来自所述汽车动力总成台架的转速传感器的转速信号，来自所述上位机发出的路况信息，来自所述第一驱动电机、第二驱动电机的转速和转矩信号。