CN115729224A - 电驱动系统故障注入硬件在环仿真测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电驱动系统故障注入硬件在环仿真测试方法，运行动力电池模型、驾驶员模型、整车动力学模型以模拟电驱动系统动态特性；在上位机的控制下向故障注入单元发送动力电池单体电气故障模式配置信息；I/O信号电气故障注入单元在上位机的控制下将I/O信号故障配置信息输入到端口电流模拟模块，故障在电机控制器的作用下将会被测试系统检测出来，从而进入相应的故障模式检测；整车动力学模型计算出下一时刻的车速发送给驾驶员模型，动力电池模型计算出下一时刻的电压信息发送给电机模型，依此循环执行。本发明能模拟电驱动系统各种故障状态，以对电机控制器在各种极端工况下的工作性能进行测试和验证。
Description
技术领域
本发明涉及的电动汽车电驱动系统的仿真与测试技术，具体涉及一种电驱动系统故障注入硬件在环仿真测试方法。
背景技术
随着能源问题和环境问题逐步得到重视，传统汽车行业地发展受到挑战。随着新能源汽车技术的日益成熟，新能源汽车已经逐步在汽车市场上站稳脚跟。近年来，随着碳达峰、碳中和越来越被人们所熟知，新能源汽车开始得到爆发式发展。作为新能源汽车的一种，纯电动汽车因为其节能性而成为新能源汽车的领头羊。车用驱动电机和控制器作为电动汽车的核心零部件之一，它主要影响到电动汽车的续驶里程、整车性能等诸多方面的因素，在电动汽车之中一直充当着不可或缺的作用。因此在在电动汽车的研发过程中，车用驱动电机和控制器等核心零部件从设计到装车需要进行多轮的测试，以保证其能够达到车辆行驶的要求。
硬件在环仿真测试(HIL，Hardware-in-the-Loop) 又称半实物仿真，是将需要仿真的部分系统硬件直接放到仿真回路中的仿真系统，它不仅弥补了纯数字仿真中的许多缺陷，提高了整个模型的置信度，而且可以大大减轻编程的工作量。HIL是电动汽车核心部件常用的测试方法之一。HIL系统以实时处理器运行仿真模型来模拟受控对象的运行状态，通过I/O接口与被测部件连接，对被测部件进行全方面的、系统的测试。这种仿真的优势在于它实现了仿真模型和实际系统间的实时数据交互，使仿真结果的验证过程非常直观，大大缩短了产品开发周期。
车用驱动电机及控制器的HIL测试系统主要有三大类：机械级HIL系统、信号级HIL系统和功率级HIL系统。
机械级HIL系统：即实物控制器+实物电机与测功机对拖，测功机的主要作用就是为电机加载模拟实际工况的的负载，来进行HIL测试。机械级HIL系统的优点在于可以测试电机和控制器的匹配程度和在不同工况下电机和控制器的工作性能。但是机械级HIL系统很明显的缺点是它需要控制器和电机的实物，这就要求实验能够在足够的场地和条件下进行，同时电机工作时也会造成声音污染。
信号级HIL系统：将控制器控制板的信号直接连接到HIL系统，其余系统全部由软件模拟。信号级HIL系统主要对控制板的硬件电路及其内部控制算法进行测试，以检查其结构能否满足既定要求。信号级HIL系统的优点在于其没有实物电机，所以就规避了机械级HIL系统实验时的缺点，而且信号级HIL系统可以虚拟电机的故障状态，进而验证控制器对该故障的相应情况。信号级HIL系统的缺点在于其无法模拟出工作时的大电流，可靠性较差且无法验证控制器的控制性能。
功率级HIL系统：将实物电机控制器连接到功率级的虚拟电机，通过改变虚拟电机的负载测试电机控制器在整车工况的性能。虚拟电机与实际电机所能实现的功能相同，可以通过设置参数来使虚拟电机工作在不同的工况甚至不同的故障状态，测试控制器的控制性能。功率级HIL系统主要优点是操作相对简单，只需要对相应的参数进行调整，功率级HIL系统主要缺点是现有的虚拟电机多是简单的三相桥+电感组成，这种结构只能模拟电机的基波电流，无法真正还原电机的纹波电流，也就无法真实反映电机控制器的控制特点和性能。
发明内容
本发明提供了电驱动系统故障注入硬件在环仿真测试方法，本发明能模拟电驱动系统各种故障状态，以对电机控制器在各种极端工况下的工作性能进行测试和验证。
解决上述技术问题的技术方案如下：
电驱动系统故障注入硬件在环仿真测试方法，包括电机控制器、电驱动系统动态模型、故障注入单元、上位机，电机控制器分别与电驱动系统动态模型和故障注入单元电连接，上位机与电驱动系统动态模型和故障注入单元电连接，电驱动系统动态模型与故障注入单元电连接，包括以下步骤：
A、所述电驱动系统动态模型内设置动力电池模型、驾驶员模型、整车动力学模型，运行动力电池模型、驾驶员模型、整车动力学模型以模拟电驱动系统动态特性，动力电池模型模拟行车过程中电池电压的变化，驾驶员模型为被测电机控制器提供转矩指令，整车动力学模型为功率级虚拟电机提供负载转矩或转速约束参数；
B、在上位机的控制下向故障注入单元发送动力电池单体电气故障模式配置信息；I/O信号电气故障注入单元在上位机的控制下将I/O信号故障配置信息输入到端口电流模拟模块，故障在电机控制器的作用下将会被测试系统检测出来，从而进入相应的故障模式检测；
C、整车动力学模型计算出下一时刻的车速发送给驾驶员模型，动力电池模型计算出下一时刻的电压信息发送给电机模型，依此循环执行。
进一步地，所述故障模式检测包括动力电池单体电压输出短路故障测试、动力电池单体电压输出开路故障测试。
进一步地，所述端口电流模拟模块用于端口电流异常输出测试。
进一步地，步骤A中，还提供人机界面以及记录运行动力电池模型、驾驶员模型、整车动力学模型的数据。
进一步地，所述电驱动系统动态模型在FPGA芯片中运行，故障注入单元在CPU中运行。
本发明的优点为：
在环仿真测试方法通过故障注入单元模拟电驱动系统各种故障，在极端工况下对电机控制器进行测试和验证，可精确地反应新能源汽车电驱动系统动态特性，模拟电驱动系统各种故障状态，以对电机控制器在各种极端工况下的工作性能进行测试和验证，对新能源汽车电机控制器设计开发和评价具有重要的支撑作用。
附图说明
图1为本发明的一种电驱动系统故障注入硬件在环仿真测试系统的系统结构图；
图2为本发明的一种电驱动系统故障注入硬件在环仿真测试系统的上位机功能结构图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步地说明。
如图1和图2所示，本发明的电驱动系统故障注入硬件在环仿真测试方法，包括电机控制器、电驱动系统动态模型、故障注入单元、上位机，电机控制器分别与电驱动系统动态模型和故障注入单元电连接，上位机与电驱动系统动态模型和故障注入单元电连接，电驱动系统动态模型与故障注入单元电连接，所述电驱动系统动态模型在FPGA芯片中运行，故障注入单元在CPU中运行。通过以下步骤实现在环仿真测试：
A、所述电驱动系统动态模型内设置动力电池模型、驾驶员模型、整车动力学模型，运行动力电池模型、驾驶员模型、整车动力学模型以模拟电驱动系统动态特性，动力电池模型模拟行车过程中电池电压的变化，驾驶员模型为被测电机控制器提供转矩指令，整车动力学模型为功率级虚拟电机提供负载转矩或转速约束参数。
在电驱动系统动态模型内还设置有逆变器模型、旋变模型、虚拟电机实时控制系统，其中，虚拟电机实时控制系统主要有电机模型算法和电流控制算法两部分功能。
步骤A中，还提供人机界面以及记录运行动力电池模型、驾驶员模型、整车动力学模型的数据。
B、在上位机的控制下向故障注入单元发送动力电池单体电气故障模式配置信息；即：故障注入单元用于将动力电池单体电气故障模式配置信息输入到被测控制器中， I/O信号电气故障注入单元在上位机的控制下将I/O信号故障配置信息输入到端口电流模拟模块，所述端口电流模拟模块用于端口电流异常输出测试。故障在电机控制器的作用下将会被测试系统检测出来，从而进入相应的故障模式检测，所述故障模式检测包括动力电池单体电压输出短路故障测试、动力电池单体电压输出开路故障测试。
C、整车动力学模型计算出下一时刻的车速发送给驾驶员模型，动力电池模型计算出下一时刻的电压信息发送给电机模型，依此循环执行。
本发明通过电驱动系统动态模型模拟其在各种工况下的动态响应，通过上位机向故障注入单元发送电驱动系统故障模式配置信息，故障注入单元将I/O信号故障配置信息输入到端口电流模拟模块，使电驱动系统呈现对应故障状态。
最后应当说明：以上所述实施方式仅仅是对本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，更不是限制本发明的保护范围；尽管参照前述各实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.电驱动系统故障注入硬件在环仿真测试方法，包括电机控制器、电驱动系统动态模型、故障注入单元、上位机，电机控制器分别与电驱动系统动态模型和故障注入单元电连接，上位机与电驱动系统动态模型和故障注入单元电连接，电驱动系统动态模型与故障注入单元电连接，其特征在于，包括以下步骤：
A、所述电驱动系统动态模型内设置动力电池模型、驾驶员模型、整车动力学模型，运行动力电池模型、驾驶员模型、整车动力学模型以模拟电驱动系统动态特性，动力电池模型模拟行车过程中电池电压的变化，驾驶员模型为被测电机控制器提供转矩指令，整车动力学模型为功率级虚拟电机提供负载转矩或转速约束参数；
B、在上位机的控制下向故障注入单元发送动力电池单体电气故障模式配置信息；I/O信号电气故障注入单元在上位机的控制下将I/O信号故障配置信息输入到端口电流模拟模块，故障在电机控制器的作用下将会被测试系统检测出来，从而进入相应的故障模式检测；
C、整车动力学模型计算出下一时刻的车速发送给驾驶员模型，动力电池模型计算出下一时刻的电压信息发送给电机模型，依此循环执行。
2.根据权利要求1所述的电驱动系统故障注入硬件在环仿真测试方法，其特征在于，所述故障模式检测包括动力电池单体电压输出短路故障测试、动力电池单体电压输出开路故障测试。
3.根据权利要求1所述的电驱动系统故障注入硬件在环仿真测试方法，其特征在于，所述端口电流模拟模块用于端口电流异常输出测试。
4.根据权利要求1所述的电驱动系统故障注入硬件在环仿真测试方法，其特征在于，步骤A中，还提供人机界面以及记录运行动力电池模型、驾驶员模型、整车动力学模型的数据。
5.根据权利要求1所述的电驱动系统故障注入硬件在环仿真测试方法，其特征在于，所述电驱动系统动态模型在FPGA芯片中运行，故障注入单元在CPU中运行。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116382251A (zh) * | 2023-05-31 | 2023-07-04 | 中汽研新能源汽车检验中心(天津)有限公司 | 一种电机驱动系统本体类功能安全测试方法及装置 |
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- 2022-12-13 CN CN202211594953.6A patent/CN115729224A/zh active Pending
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| CN116382251A (zh) * | 2023-05-31 | 2023-07-04 | 中汽研新能源汽车检验中心(天津)有限公司 | 一种电机驱动系统本体类功能安全测试方法及装置 |
| CN116382251B (zh) * | 2023-05-31 | 2023-09-12 | 中汽研新能源汽车检验中心(天津)有限公司 | 一种电机驱动系统本体类功能安全测试装置 |
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