CN113341908A - 一种纯电动汽车控制策略仿真验证系统及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动汽车整车控制仿真技术领域，尤其涉及一种纯电动汽车控制策略仿真验证系统及其制作方法，包括基于CRUISE软件的整车动力传动系统仿真模型和基于MATLAB\SIMULINK软件的整车控制策略仿真模型，整车控制策略模型用于仿真控制策略并将控制策略输出至AVL Cruise接口模块，AVL Cruise接口模块接收CRUISE Interface模块的仿真数据结果并将仿真数据结果反馈输出至整车控制策略模型形成闭环进行控制策略仿真验证。本发明的一种纯电动汽车控制策略仿真验证系统及其制作方法利用MATLAB\SIMULINK与CRUISE两款软件进行联合仿真，控制策略利用动力传动系统仿真结果进行控制策略的验证，可以形成闭环系统，有效提高控制策略的完整性和正确性，具有很好的工程实际指导意义。

Description

一种纯电动汽车控制策略仿真验证系统及其制作方法

技术领域

本发明涉及电动汽车整车控制仿真技术领域，尤其涉及一种纯电动汽车控制策略仿真验证系统及其制作方法。

背景技术

日益严重的环境和能源问题促使汽车向着清洁、高效和可持续的方向发展。纯电动汽车可视为无尾气排放，具有节能环保、使用成本低等优点，因此纯电动汽车项目的开发越来越受到业界的重视。纯电动汽车与传统汽车最大的区别是用电池作为能量来源，以电机作为动力输出，其控制整车行驶的技术便成为纯电动汽车的技术核心。为了实现整车控制策略的开发目标，使用计算机仿真技术来验证整车控制策略是否到达预期效果，可以缩短项目的开发周期及减少试验验证的费用，降低项目开发的风险。整车控制策略通常使用MATLAB\SIMULINK工具进行开发，验证完整的控制策略通常使用硬件在环（HIL）进行，现有技术如公开号为CN103092082B的专利文献公开了一种驾驶员在环车辆性能优化仿真试验系统，包括驾驶员操作平台、目标机控制器、目标控制生成单元和目标车辆模型单元，目标机控制器分别与目标控制生成单元和目标车辆模型单元通信连接，目标控制生成单元包括自动代码生成编译模块和Matlab/Simulink模块，Matlab/Simulink模块用于建立整车控制策略，自动代码生成编译模块用于将控制策略生成为目标机控制器的控制代码。这种方法的缺点是控制策略开发完成后需要等待硬件设计完成，从而搭载控制策略后进行仿真验证，这就浪费了设计时间和增加了设计成本，不利于开发进度的把握。

针对以上技术问题，故需对其进行改进。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种纯电动汽车控制策略仿真验证系统及其制作方法。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种纯电动汽车控制策略仿真验证系统，包括基于CRUISE软件的整车动力传动系统仿真模型和基于MATLAB\SIMULINK软件的整车控制策略仿真模型，所述整车动力传动系统仿真模型包括整车动力传动模型、CRUISE Interface模块，所述整车控制策略仿真模型包括整车控制策略模型、AVL Cruise接口模块；

所述整车动力传动模型用于仿真计算任务并将仿真数据传递至CRUISEInterface模块，所述CRUISE Interface模块对仿真数据进行定义和描述为仿真数据结果并通过AVL Cruise接口模块与整车控制策略仿真模型通信；

所述整车控制策略模型用于仿真控制策略并将控制策略输出至AVL Cruise接口模块，所述AVL Cruise接口模块接收CRUISE Interface模块的仿真数据结果并将仿真数据结果反馈输出至整车控制策略模型形成闭环进行控制策略仿真验证。

作为优选方案，所述整车动力传动模型包括整车模块、电池模块、电机模块、DC\DC模块、用电设备模块、驾驶员模块、传动轴模块、车轮模块、差速器模块、减速器模块，所述各模块涉及的整车输入参数来源于所仿真的实际整车实测数据及项目设计要求；所述各模块间的连接包括机械连接、电器化连接和信号连接，均与所仿真的实际整车连接形式一致。

作为优选方案，所述整车控制策略仿真模型还包括附件模块、故障注入模块，所述附件控制模块包括正、负、预充继电器、真空泵和仪表；所述故障注入模块包括电池、电机、DC\DC的1、2、3、4级故障，所述故障注入方式为可选择的故障、非故障和故障等级选择信号。

作为优选方案，所述整车控制策略模型包括上下电控制、扭矩管理、能量管理、故障诊断、附件控制，所述整车控制策略模型的仿真控制策略涵盖的控制技术要求大于等于所仿真的实际整车的60%。

作为优选方案，所述整车控制策略模型输出端和AVL Cruise接口模块输出端还设有SCOPE查看器。

一种纯电动汽车控制策略仿真验证系统的制作方法，包括步骤：

S1、通过CRUISE软件中的整车动力性仿真工具建立整车动力传动系统仿真模型，所述整车动力传动系统仿真模型包括整车动力传动模型、CRUISE Interface模块；

S2、通过MATLAB\SIMULINK软件建立整车控制策略仿真模型，所述整车控制策略仿真模型包括整车控制策略模型、AVL Cruise接口模块；

S3、通过MATLAB\SIMULINK与CRUISE两款软件的无缝连接功能，在CRUISE软件中设置仿真计算任务，使用CRUISE 软件CRUISE Interface模块，所有需要输入到MATLAB\SIMULINK软件中的仿真数据信号均在CRUISE Interface模块下的cruise data bus中进行定义和描述为仿真数据结果，并对相应的仿真数据信号进行连接，使其与模型其他模块进行通讯，将整车动力传动仿真数据结果传递到MATLAB\SIMULINK软件AVL Cruise接口模块，AVL Cruise接口模块将仿真数据结果反馈输出至整车控制策略模型形成闭环以验证控制策略的正确性和完整性。

作为优选方案，所述步骤S1中的整车动力传动模型包括整车模块、电池模块、电机模块、DC\DC模块、用电设备模块、驾驶员模块、传动轴模块、车轮模块、差速器模块、减速器模块，所述各模块涉及的整车输入参数来源于所仿真的实际整车实测数据及项目设计要求；所述各模块间的连接包括机械连接、电器化连接和信号连接，均与所仿真的实际整车连接形式一致。

作为优选方案，所述步骤S2中的整车控制策略仿真模型还包括附件模块、故障注入模块，所述附件控制模块包括正、负、预充继电器、真空泵和仪表；所述故障注入模块包括电池、电机、DC\DC的1、2、3、4级故障，所述故障注入方式为可选择的故障、非故障和故障等级选择信号，所述附件模块由MATLAB\SIMULINK软件的电子电器模块搭建，所述故障注入模块由MATLAB\SIMULINK软件的switch信号选择器搭建。

作为优选方案，所述整车控制策略模型包括上下电控制、扭矩管理、能量管理、故障诊断、附件控制，所述整车控制策略模型的仿真控制策略涵盖的控制技术要求大于等于所仿真的实际整车的60%。

作为优选方案，所述整车控制策略模型输出端和AVL Cruise接口模块输出端还设有SCOPE查看器。

与现有技术相比，本发明的一种纯电动汽车控制策略仿真验证系统及其制作方法利用MATLAB\SIMULINK与CRUISE两款软件进行联合仿真，其中的整车输入参数是采用整车研发项目中最新的实测参数，仿真精度高，而控制策略利用动力传动系统仿真结果进行控制策略的验证，可以形成闭环系统，有效提高控制策略的完整性和正确性，具有很好的工程实际指导意义。

附图说明

图1为本发明实施例一的纯电动汽车控制策略仿真验证系统的流程示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一：

如图1所示，本实施例提出一种纯电动汽车整车控制策略仿真验证系统，包括基于CRUISE软件的整车动力传动系统仿真模型和基于MATLAB\SIMULINK软件的整车控制策略仿真模型。

整车动力传动系统仿真模型包括整车动力传动模型、CRUISE Interface模块，其中整车动力传动系统仿真模型包括整车模块、电池模块、电机模块、DC\DC模块、用电设备模块、驾驶员模块、传动轴模块、车轮模块、差速器模块、减速器模块。为了使仿真结果更加符合实际，各模块所涉及的整车输入参数来源于所仿真的实际整车实测数据和项目设计要求。模块间的连接包括机械连接、电器化连接和信号连接，均与所仿真的实际整车实际整车连接形式一致。

整车控制策略仿真模型包括整车控制策略模型、AVL Cruise接口模块、附件模块、故障注入模块；其中整车控制策略模型包括上下电控制、扭矩管理、能量管理、故障诊断、附件控制，控制策略模型的搭建符合整车技术要求，整车控制策略模型的仿真控制策略涵盖的控制技术要求大于等于所仿真的实际整车的60%，可以实现整车控制技术要求的60%以上的功能。

附件控制模块包括正、负、预充继电器、真空泵和仪表；故障注入模块包括电池、电机、DC\DC的1、2、3、4级故障，故障注入方式为可选择的故障、非故障和故障等级选择信号。优选的，附件控制模块、故障注入模块及相应的控制策略可以省略，简化系统结构。

更优的，在MATLAB\SIMULINK软件的整车控制策略模型输出端和AVL Cruise接口模块输出端搭设SCOPE查看器，对关键点的仿真的结果可以通过SCOPE查看器进行实时查看，极大的提升验证的便捷性。

整车动力传动模型用于仿真计算任务并将仿真数据传递至CRUISE Interface模块，所述CRUISE Interface模块对仿真数据进行定义和描述为仿真数据结果并通过AVLCruise接口模块与整车控制策略仿真模型通信；

整车控制策略模型用于仿真控制策略并将控制策略输出至AVL Cruise接口模块，AVL Cruise接口模块接收CRUISE Interface模块的仿真数据结果并将仿真数据结果反馈输出至整车控制策略模型形成闭环进行控制策略仿真验证。

本实施例还提供相应的纯电动汽车整车控制策略仿真验证系统的制作方法，包括步骤：

S1、通过CRUISE软件中的整车动力性仿真工具建立整车动力传动系统仿真模型，所述整车动力传动系统仿真模型包括整车动力传动模型、CRUISE Interface模块；

其中，整车动力传动模型包括整车模块、电池模块、电机模块、DC\DC模块、用电设备模块、驾驶员模块、传动轴模块、车轮模块、差速器模块、减速器模块，各模块涉及的整车输入参数来源于所仿真的实际整车实测数据及项目设计要求；各模块间的连接包括机械连接、电器化连接和信号连接，均与所仿真的实际整车连接形式一致；

S2、通过MATLAB\SIMULINK软件建立整车控制策略仿真模型，整车控制策略仿真模型包括整车控制策略模型、AVL Cruise接口模块、附件模块、故障注入模块；附件控制模块包括正、负、预充继电器、真空泵和仪表；故障注入模块包括电池、电机、DC\DC的1、2、3、4级故障，故障注入方式为可选择的故障、非故障和故障等级选择信号，通过MATLAB\SIMULINK软件建立整车控制策略完全符合整车开发要求，并且对于附件控制模块和故障注入模块进行实体建模，附件模块由MATLAB\SIMULINK软件的电子电器模块搭建，故障注入模块由MATLAB\SIMULINK软件的switch信号选择器搭建；

整车控制策略模型包括上下电控制、扭矩管理、能量管理、故障诊断、附件控制，整车控制策略模型的仿真控制策略涵盖的控制技术要求大于等于所仿真的实际整车的60%；

整车控制策略模型输出端和AVL Cruise接口模块输出端搭设SCOPE查看器；

S3、通过MATLAB\SIMULINK与CRUISE两款软件的无缝连接功能，在CRUISE软件中设置仿真计算任务，使用CRUISE 软件CRUISE Interface模块，所有需要输入到MATLAB\SIMULINK软件中的仿真数据信号均在CRUISE Interface模块下的cruise data bus中进行定义和描述为仿真数据结果，并对相应的仿真数据信号进行连接，使其与模型其他模块进行通讯，将整车动力传动仿真数据结果传递到MATLAB\SIMULINK软件AVL Cruise接口模块，AVL Cruise接口模块将仿真数据结果反馈输出至整车控制策略模型形成闭环以验证控制策略的正确性和完整性。

系统搭建制作完成后，在CRUISE软件中设置仿真计算任务，整车运行工况以NEDC工况为主，驾驶员操作模式采用标准模式，环境温度25℃。动力性、经济型仿真数据信号为续航里程、SOC值、加速踏板开度、电池电压、电池电流、车速、电机扭矩、电机转速等。所有需要输入到SIMULINK软件中的数据信号均在CRUISE Interface模块下的cruise data bus中进行定义和描述，并对相应的数据信号进行连接，使其与模型其他模块进行通讯。在simulink软件中建立的AVL Cruise接口模块接收来自于cruise Interface下定义的数据信号，此模块的输入信号为整车控制策略模块输出需要进行动力性、经济性验证的数据信号，其输出信号作为整车动力性、经济性仿真结果的数据反馈，反馈信号作为整车控制策略模型的信号输入。使用MATLAB\SIMULINK自带的电子电器模块搭建正、负、预充继电器、真空泵和仪表模型，模型均为实体可控制模型，非信号“与或非”。故障注入模块的搭建采用switch信号选择器可以实现故障的有无和故障等级。

在MATLAB\SIMULINK中设置运行环境，开始仿真，对仿真的结果可以通过SCOPE查看器进行实时查看。在验证故障注入后控制策略的正确性和整车运行的反应，可通过故障注入模块设置注入故障的类型和等级，以模拟整车运行时产生的实际故障。

本实施例利用MATLAB\SIMULINK与CRUISE两款软件进行联合仿真，数据交互具有实时性，仿真验证结果可实时观测，并可对故障注入进行有效验证，且其中的整车输入参数是采用整车研发项目中最新的实测参数，仿真精度高，而控制策略利用动力传动系统仿真结果进行控制策略的验证，可以形成闭环系统，有效提高控制策略的完整性和正确性，能够提高整车控制策略的设计完整性、正确性，并能缩短开发周期、减少验证费用、降低开发风险。具有很好的工程实际指导意义。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种纯电动汽车控制策略仿真验证系统，其特征在于，包括基于CRUISE软件的整车动力传动系统仿真模型和基于MATLAB\SIMULINK软件的整车控制策略仿真模型，所述整车动力传动系统仿真模型包括整车动力传动模型、CRUISE Interface模块，所述整车控制策略仿真模型包括整车控制策略模型、AVL Cruise接口模块；

所述整车动力传动模型用于仿真计算任务并将仿真数据传递至CRUISE Interface模块，所述CRUISE Interface模块对仿真数据进行定义和描述为仿真数据结果并通过AVLCruise接口模块与整车控制策略仿真模型通信；

所述整车控制策略模型用于仿真控制策略并将控制策略输出至AVL Cruise接口模块，所述AVL Cruise接口模块接收CRUISE Interface模块的仿真数据结果并将仿真数据结果反馈输出至整车控制策略模型形成闭环进行控制策略仿真验证。

2.如权利要求1所述的一种纯电动汽车控制策略仿真验证系统，其特征在于，所述整车动力传动模型包括整车模块、电池模块、电机模块、DC\DC模块、用电设备模块、驾驶员模块、传动轴模块、车轮模块、差速器模块、减速器模块，所述各模块涉及的整车输入参数来源于所仿真的实际整车实测数据及项目设计要求；所述各模块间的连接包括机械连接、电器化连接和信号连接，均与所仿真的实际整车连接形式一致。

3.如权利要求2所述的一种纯电动汽车控制策略仿真验证系统，其特征在于，所述整车控制策略仿真模型还包括附件模块、故障注入模块，所述附件控制模块包括正、负、预充继电器、真空泵和仪表；所述故障注入模块包括电池、电机、DC\DC的1、2、3、4级故障，所述故障注入方式为可选择的故障、非故障和故障等级选择信号。

4.如权利要求3所述的一种纯电动汽车控制策略仿真验证系统，其特征在于，所述整车控制策略模型包括上下电控制、扭矩管理、能量管理、故障诊断、附件控制，所述整车控制策略模型的仿真控制策略涵盖的控制技术要求大于等于所仿真的实际整车的60%。

5.如权利要求4所述的一种纯电动汽车控制策略仿真验证系统，其特征在于，所述整车控制策略模型输出端和AVL Cruise接口模块输出端还设有SCOPE查看器。

6.一种纯电动汽车控制策略仿真验证系统的制作方法，其特征在于，包括步骤：

S1、通过CRUISE软件中的整车动力性仿真工具建立整车动力传动系统仿真模型，所述整车动力传动系统仿真模型包括整车动力传动模型、CRUISE Interface模块；

S2、通过MATLAB\SIMULINK软件建立整车控制策略仿真模型，所述整车控制策略仿真模型包括整车控制策略模型、AVL Cruise接口模块；

S3、通过MATLAB\SIMULINK与CRUISE两款软件的无缝连接功能，在CRUISE软件中设置仿真计算任务，使用CRUISE 软件CRUISE Interface模块，所有需要输入到MATLAB\SIMULINK软件中的仿真数据信号均在CRUISE Interface模块下的cruise data bus中进行定义和描述为仿真数据结果，并对相应的仿真数据信号进行连接，使其与模型其他模块进行通讯，将整车动力传动仿真数据结果传递到MATLAB\SIMULINK软件AVL Cruise接口模块， AVLCruise接口模块将仿真数据结果反馈输出至整车控制策略模型形成闭环以验证控制策略的正确性和完整性。

7.如权利要求6所述的一种纯电动汽车控制策略仿真验证系统的制作方法，其特征在于，所述步骤S1中的整车动力传动模型包括整车模块、电池模块、电机模块、DC\DC模块、用电设备模块、驾驶员模块、传动轴模块、车轮模块、差速器模块、减速器模块，所述各模块涉及的整车输入参数来源于所仿真的实际整车实测数据及项目设计要求；所述各模块间的连接包括机械连接、电器化连接和信号连接，均与所仿真的实际整车连接形式一致。

8.如权利要求7所述的一种纯电动汽车控制策略仿真验证系统的制作方法，其特征在于，所述步骤S2中的整车控制策略仿真模型还包括附件模块、故障注入模块，所述附件控制模块包括正、负、预充继电器、真空泵和仪表；所述故障注入模块包括电池、电机、DC\DC的1、2、3、4级故障，所述故障注入方式为可选择的故障、非故障和故障等级选择信号，所述附件模块由MATLAB\SIMULINK软件的电子电器模块搭建，所述故障注入模块由MATLAB\SIMULINK软件的switch信号选择器搭建。

9.如权利要求8所述的一种纯电动汽车控制策略仿真验证系统的制作方法，其特征在于，所述整车控制策略模型包括上下电控制、扭矩管理、能量管理、故障诊断、附件控制，所述整车控制策略模型的仿真控制策略涵盖的控制技术要求大于等于所仿真的实际整车的60%。

10.如权利要求9所述的一种纯电动汽车控制策略仿真验证系统的制作方法，其特征在于，所述整车控制策略模型输出端和AVL Cruise接口模块输出端还设有SCOPE查看器。

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