CN201716548U - 一种用于汽车电子控制系统中的电机的仿真设备 - Google Patents

Abstract

一种用于汽车电子控制系统中的电机的仿真设备，该仿真设备包括至少一个测试装置，该测试装置分别与模拟所述电机的三个绕组相连，所述测试装置上还连接有一个用于模拟测量所述电机的转子的角位置的霍尔传感器；所述模拟的三个绕组分别由绕组电感和绕组电阻串联构成；所述测试装置至少包括一个连接所述模拟的三个绕组的加法器和一个连接所述加法器的积分器；所述积分器的输出端连接有一个乘法器，该乘法器接收来自所述绕组电阻和所述积分器的信号后反馈给所述加法器；所述模拟的三个绕组以及模拟测量所述电机的转子的角位置的霍尔传感器的信号由一个微控制器控制的单元提供。上述仿真设备通过硬件的模拟，可以实现高速的切换时间。

Description

一种用于汽车电子控制系统中的电机的仿真设备

技术领域

本实用新型涉及一种用于汽车的仿真设备，尤其是一种可用于对汽车上所采用的电子控制器系统中的电机进行仿真的仿真设备。

背景技术

典型的汽车电子控制系统，例如汽车电子控制器(ECU)等，是一种广泛应用于汽车领域的电子控制装置，该装置通过测量汽车各部件的运行状态，对汽车进行调节和校准。

在研制和开发汽车电子控制器(ECU)的时候，广泛采用了如下的开发流程和/或开发方式：在功能设计和开发阶段，借助于数学建模工具(Matlab/Simulink)抽象出汽车电子控制器及其控制对象的数学模型，通过仿真的方式对设计进行验证。

然后在快速控制原型(RCP)阶段，将前一个阶段抽象出来的汽车电子控制器模型借助于代码生成器转换成一个可执行程序，该可执行程序在一个硬件平台上运行，该硬件平台可以通过相应的I/O接口与实际控制对象相互作用。如果控制效果是满意的，则由代码生成器将抽象出来的汽车电子控制器模型生成批量电子控制器硬件可执行的代码。在批量汽车电子控制器与实际控制对象一起使用之前，需要进行详细的测试，通常使用硬件在回路测试(Hardware-In-The-Loop，简称HIL测试)。

在HIL测试中，批量汽车电子控制器与测试装置相连接，在测试装置上借助车辆模型对被测电子控制器的功能进行仿真，车辆模型的状态通过传感器模拟传递给电子控制器，同时采集电子控制器的输出，从而实现电子控制器和测试装置的交互联系。

但是，上述现有的仿真设备在具体应用于汽车上的电机进行仿真的时候尤其困难，因为电机中存在电感负载，在切断电流之后，电感可以维持系统中的能量，因而会在电路中产生反向电流。现有仿真设备对于电机的仿真设计相对复杂，且切换慢，效果不佳。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于汽车电子控制系统中的电机的仿真设备，以减少或避免前面所提到的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种用于汽车电子控制系统中的电机的仿真设备，该仿真设备包括至少一个测试装置，该测试装置分别与模拟所述电机的三个绕组相连，所述测试装置上还连接有一个用于模拟测量所述电机的转子的角位置的霍尔传感器；所述模拟的三个绕组分别由绕组电感和绕组电阻串联构成；所述测试装置至少包括一个连接所述模拟的三个绕组的加法器和一个连接所述加法器的积分器；所述积分器的输出端连接有一个乘法器，该乘法器接收来自所述绕组电阻和所述积分器的信号后反馈给所述加法器；所述模拟的三个绕组以及模拟测量所述电机的转子的角位置的霍尔传感器的信号由一个微控制器控制的单元提供。

本实用新型所提出的上述用于汽车电子控制系统中的电机的仿真设备通过硬件的模拟，可以实现高速的切换时间(1微秒或者更快)。此外，即使在控制单元的输出端断开的情况下，也能够实现两个方向上产生实际的电流。而且，不需要改装和改造实际负载。此外，该装置还提供了在不同的参数环境下的良好的可调性。而且，可以对诸如汽车的传动系统进行测试，例如测试混合传动时出现的高电流负载的情况。该测试装置与真实负载相比，在制造上可以实现很小的费用。而且，也不需要制造昂贵的机械的电机实验台。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中，

图1显示的是根据本实用新型的一个优选实施例的用于汽车电子控制系统中的电机的仿真设备的结构示意图；

图2显示的是图1所示结构的电气等效电路图；

图3显示的是该仿真设备的仿真模型基于硬件的部分电路示意图；

图4显示的是用于利用三个电流单元对三相电机进行仿真的装置示意图，其中每个电流单元仿真该电机的一个绕组。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。

图1显示的是根据本实用新型的一个优选实施例的用于汽车电子控制系统中的电机的仿真设备的结构示意图，该仿真设备包括至少一个测试装置1，该测试装置1分别与模拟汽车电子控制系统中的电机2的三个绕组3、4、5相连，测试装置1上还连接有一个用于模拟测量电机2的转子的角位置的霍尔传感器6。

电机2由三个绕组构成，其中每个绕组的一端分别通过导线3、4和5连接到电机外部，这些绕组的另一端在电机的内部连接成星型结构。

如图2所示，为了对电机2进行仿真，需要在图1的基础上通过等效电路图来对每个绕组进行建模。该等效电路图由测试装置1的外部电压UPWM、绕组电感L、绕组电阻R以及电源电压UEMK串联构成。电源电压UEMK用来模拟电机中通过电磁感应得到的绕组电压。

为了能够模拟电机的性能，在这里必须确定各个部件上的电流和电压。其中，必须要考虑到绕组星形连接端处的相电压UST。因为这里所有的绕组都是相同的结构，因此，在下面来以绕组7为代表来说明。

电机绕组的电气仿真一般被划分为两部分。其一是借助于电压和电机参数计算流过绕组的电流单元。另外是包括总电路(包括测量装置1)输入计算得到的电流的电流单元。

为了计算绕组电流，通过图3所显示的电路实现模型的转换，如图所示，测试装置1通过对连接于电机2的负载进行仿真来测试电机。该测试装置1可以包括：计算单元，其根据被仿真的负载上的电压计算流经该负载的电流控制量；电流单元，其从计算单元接收电流控制量，根据该接收到的电流控制量从电机获取电流或使电流流入电机；和与电流单元连接的电源。上述测试装置可以由微处理器来实现，也可以通过将多个加法器和乘法器组合来实现。

具体来说，测试装置1可以至少包括一个连接所述模拟的三个绕组3、4、5的加法器10、和一个连接加法器10的积分器8。积分器8的输出端连接有一个乘法器9，该乘法器9接收来自绕组电阻R和积分器8的信号后反馈给加法器10。

具体来说，加法器10从测量装置1得到的输入电压UPWM中减去反电动势电压UEMK和星形连接电压UST以及欧姆绕组电压，并输出该电压给积分器8。积分器8以绕组电感的可调节积分常数L对加法器10的输出电压进行积分，积分器8的输出电压被用作于电流单元11的电流源的控制量，并提供给电流源。乘法器9由线圈电流和外部提供的线圈电阻值R计算电阻上的电压，所得到的压降从加法器10的UPWM中减去，并反馈给加法器10。

以上部分中，加法器10可以是模拟运算放大电路。积分器8可以由乘法器来实现。控制量R，UST，UEMK和L由计算机的控制卡模拟输出到图3所显示的单元中，该卡也可以由上述计算单元构成。控制量UPWM可以通过可调节的电流源11输出到图3所显示的单元。

为了对电机进行仿真，三个被仿真的电机绕组20必须被连接到控制单元1上，如图4所示，模拟的三个绕组3、4、5以及模拟测量所述电机2的转子的角位置的霍尔传感器6的信号由一个微控制器控制的单元18提供，微控制器控制的单元18可以是一台PC机，也可以是其他的控制设备。测量装置1通过连接电路19获得霍尔传感器6的被仿真信息。因此，该装置在不拆除或者安装任何部件的情况下，能够对电感的负载进行模拟。对于任意用于电阻或电感的值，可以通过纯软件技术来实现条件数据的输入。

本实用新型所提出的上述用于汽车电子控制系统中的电机的仿真设备通过硬件的模拟，可以实现高速的切换时间(1微秒或者更快)。此外，即使在控制单元的输出端断开的情况下，也能够实现两个方向上产生实际的电流。而且，不需要改装和改造实际负载。此外，该装置还提供了在不同的参数环境下的良好的可调性。而且，可以对诸如汽车的传动系统进行测试，例如测试混合传动时出现的高电流负载的情况。该测试装置与真实负载相比，在制造上可以实现很小的费用。而且，也不需要制造昂贵的机械的电机实验台。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (1)

1.一种用于汽车电子控制系统中的电机的仿真设备，其特征在于，该仿真设备包括至少一个测试装置(1)，该测试装置(1)分别与模拟所述电机(2)的三个绕组(3、4、5)相连，所述测试装置(1)上还连接有一个用于模拟测量所述电机(2)的转子的角位置的霍尔传感器(6)；所述模拟的三个绕组(3、4、5)分别由绕组电感(L)和绕组电阻(R)串联构成；所述测试装置(1)至少包括一个连接所述模拟的三个绕组(3、4、5)的加法器(10)、和一个连接所述加法器(10)的积分器(8)；所述积分器(8)的输出端连接有一个乘法器(9)，该乘法器(9)接收来自所述绕组电阻(R)和所述积分器(8)的信号后反馈给所述加法器(10)；所述模拟的三个绕组(3、4、5)以及模拟测量所述电机(2)的转子的角位置的霍尔传感器(6)的信号由一个微控制器控制的单元(18)提供。

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