CN209513933U - 一种纯电动汽车三电控制器测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种纯电动汽车三电控制器测试系统，包括：电机模拟器、整车控制器硬件在环仿真设备、电池管理系统硬件在环仿真设备、待测系统、上位机，电机模拟器包括电机参数配置模块、电机模型、电流电压模块、通讯模块，其中电流电压模块能模拟电机三相绕组电压、电流情况，同时将此信号提供给待测系统，在进行纯电动汽车三电控制器同步仿真测试时，不仅能测试电机控制器的控制策略、性能，还能进行大功率故障注入，丰富了测试场景。

Description

一种纯电动汽车三电控制器测试系统

技术领域

本实用新型涉及电动汽车控制器测试技术领域，更具体地说，涉及一种纯电动汽车三电控制器测试系统。

背景技术

近年来，随着环境污染与能源危机问题日益严重，新能源汽车，尤其是纯电动汽车的研发已提升至国家战略层面。电动汽车的核心三电控制器为整车控制器(VCU)、电池管理系统(BMS)、电机控制器(MCU)，如何有效、快速、低成本地把控核心控制器的质量已经成为了大部分整车厂亟待解决的问题。

三电控制器的安全、可靠离不开充分的测试试验，当前针对核心三电控制器的系统级仿真测试技术中，测试系统包括硬件联合在环仿真单元、三大控制器单元、标定测量设备和测试PC上位机。此测试方案存在的弊端是：电机控制器包含控制电路和驱动电路两部分，此系统的测试对象为电机控制器的控制电路，是对控制逻辑进行测试，即仅是信号级别的测试。驱动电路在电机控制器中涉及高压、大电流的工作状态，其稳定性直接关系到电机控制器的安全、可靠运行。该方案在进行电动汽车三电控制器的同步仿真测试时没有对电机控制器的驱动电路的工作性能进行测试，不能进行功率级故障注入，测试范围较窄。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种纯电动汽车三电控制器测试系统，在进行纯电动汽车三电控制器同步仿真测试时，不仅能测试电机控制器的控制策略、性能，还能进行大功率故障注入，丰富了测试场景。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种纯电动汽车三电控制器测试系统，包括：电机模拟器、整车控制器硬件在环仿真设备、电池管理系统硬件在环仿真设备、待测系统、上位机，其中：

整车控制器硬件在环仿真设备、电池管理系统硬件在环仿真设备分别与上位机通信相连，整车控制器硬件在环仿真设备与电池管理系统硬件在环仿真设备通过级联线束相连；

电机模拟器包括电机参数配置模块、电机模型、电流电压模块、通讯模块，通讯模块的输入端与上位机通信相连，输出端与电机参数配置模块的输入端相连；

电机参数配置模块的输出端与电机模型的第一输入端相连，电机模型的第二输入端与电流电压模块的第二输出端相连，电机模型的第一输出端与电流电压模块的第一输入端相连；

电流电压模块的第一输出端、整车控制器硬件在环仿真设备、电池管理系统硬件在环仿真设备分别与待测系统相连。

进一步地，上述待测系统包括电机控制器、电池管理系统、整车控制器；

电流电压模块的第一输出端与电机控制器三相电气相连，电池管理系统与电池管理系统硬件在环仿真设备相连；整车控制器与整车控制器硬件在环仿真设备相连；

电机控制器与整车控制器通信相连、电池管理系统与整车控制器通信相连。

进一步地，上述电流电压模块包括：双向直流电源、电流/电压采集模块、电力电子模块：

双向直流电源的输出端与电流/电压采集模块模块的第一输入端相连，电流/电压采集模块的第一输出端与电机模型的第二输入端相连，电流/电压采集模块的第二输出端与电力电子模块的第二输入端相连；

电力电子模块的第一输入端与电机模型的第一输出端相连；电力电子模块的输出端与电机控制器通过动力线束三相电气相连。

优选地，电机模拟器中电流电压模块还包括：故障注入模块；

故障注入模块的输入端与电力电子模块的输出端相连，故障注入模块的输出端与电机控制器通过动力线束三相电气相连。

优选地，故障注入模块注入的故障类型包括：电机三相绕阻断路、相间短路。

优选地，电机模拟器还包括：旋变仿真模块，旋变仿真模块的输入端与电机模型的第二输出端通信相连，旋变仿真模块的输出端与电机控制器通信相连。

进一步地，整车控制器硬件在环仿真设备中运行的模型包括：整车模型、道路模型、驾驶模型。

进一步地，电池管理系统硬件在环仿真设备中运行的模型包括：动力电池模型。

优选地，电机参数配置模块中可配置的参数包括：电机类型、磁通、极对数、转动惯量、绕阻电感阻抗。

优选地，电机模拟器中的通讯模块为CAN收发模块。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的几种示例性的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为一种纯电动汽车三电控制器测试系统原理图；

图2为又一种纯电动汽车三电控制器测试系统原理图；

图3为一种故障注入装置的原理图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1，本实用新型实施例提供的一种纯电动汽车三电控制器测试系统，包含电机模拟器10、整车控制器硬件在环仿真设备30(VCU HIL)、以及电池管理系统硬件在环仿真设备40(BMS HIL)、上位机50、待测系统20：

上述整车控制器硬件在环仿真设备30、电池管理系统硬件在环仿真设备40旨在满足对两个控制器—整车控制器(VCU)和电池管理系统(BMS)进行全方位功能测试和验证，上述上位机50用于人机交互界面操作，与测试设备的配置、管理，上位机50可以基于该三电控制器测试系统进行自动化测试，用户可以在自动化测试软件中设置仿真的初始条件，进行对待测系统20的全部或部分接入或禁用，从而可进行单独的控制器测试或三电控制器的联合测试；同时在上位机50中搭建自动化测试序列，这些序列脚本定义了测试试验过程，包括工况定义、测试采集数据定义、试验数据记录、测试报告生成等等。操作人员搭建好自动化测试序列脚本后，可以操作软件，自动执行序列，即可自动完成测试、试验内容，得到测试报告。

上述电机模拟器10可以实时模拟电机端口特性，使电机控制器正常运行工作，用于电机控制器201的研发与测试。电机模拟器10包括电机参数配置模块101、电机模型102、电流电压模块103、通讯模块104，电机参数配置模块101通过通讯模块104与上位机50通信相连，用户可以在上位机50中通过人机交互界面对电机模型102的初始参数进行配置，例如选择配置电机类型(例如永磁同步电机、异步电机、开关磁阻电机等)和参数(例如磁通、极对数、转动惯量、绕组电感阻抗等)；电机模型102是基于精准的电机动态数学模型搭建，运行在高速处理器中，具体可以是FPGA或DSP芯片；电流电压模块103受电机模型102驱动，用于模拟电机三相绕组电压、电流情况，同时将此信号提供给待测系统20。

通讯模块104是上位机50与电机参数配置模块101之间的通信电路。优选的，上述上位机50与电机参数配置模块101之间的通信方式采用CAN通信，对应的通讯模块104具体为一CAN收发器，除此之外，例如以太网等通信方式也能实现二者的信息交互，本实用新型对二者的通信方式不做限定，任何可实现二者之间信息交互过程的方式都属于本实用新型的保护范围。

在整体的连接方式上，整车控制器硬件在环仿真设备30、电池管理系统硬件在环仿真设备40分别与上位机50通信相连，整车控制器硬件在环仿真设备30与电池管理系统硬件在环仿真设备40通过级联线束相连，保证二者同步通信；

电机模拟器10中的通讯模块104的输入端与上位机50通信相连，输出端与电机参数配置模块101的输入端相连；电机参数配置模块101的输出端与电机模型102的第一输入端相连，用户可以在上位机50中通过人机交互界面设置初始仿真参数及测试用例，此信号通过通讯模块104传递给电机模拟器10中的电机参数配置模块101。

电流电压模块103为电机模型102提供真实的电流电压信号作为控制算法输入，电机模型102的第二输入端与电流电压模块103的第二输出端相连，同时电机模型102的输出信号驱动电流电压模块103，电机模型102的第一输出端与电流电压模块103的第一输入端相连。

电机模拟器10中，电流电压模块103的第一输出端、整车控制器硬件在环仿真设备30、电池管理系统硬件在环仿真设备40分别与待测系统20相连。

进一步的，参见图2，上述待测系统20包括电机控制器201(MCU)、整车控制器202(VCU)、电池管理系统203(BMS)，电机模拟器10中的电流电压模块103的第一输出端与电机控制器201三相电气相连，电池管理系统203与电池管理系统硬件在环仿真设备40相连；整车控制器202与整车控制器硬件在环仿真设备30相连；

电机控制器201与整车控制器202通信相连、电池管理系统203与整车控制器202通信相连，保证三者之间的通信同步。

进一步地，参见图2，电流电压模块103包括双向直流电源1032、电流/电压采集模块1031、电力电子模块1034；电力电子模块1034用于模拟电机三相绕组电压、电流情况，为电机控制器201提供真实电流信号，具体的电路可以是一集成了碳化硅IGBT的三相桥式电路，这只是本实施例的一种示例，碳化硅IGBT还可以替换为其他大功率电力电子开关器件，任何能满足电机模型102驱动要求的电路都是本实用新型的保护范围。大功率的双向直流电源1032为电力电子模块1034提供能量，电流/电压采集模块1031模块实时采集监测电流电压变化情况，为电机模型102算法提供参数输入。

在此模块的连接方式上，双向直流电源1031的输出端与电流/电压采集模块1032的第一输入端相连，电流/电压采集模块1032的第一输出端与电机模型102的第二输入端相连，电流/电压采集模块1031的第二输出端与电力电子模块1034的第二输入端相连；

电力电子模块1034的第一输入端与电机模型102的第一输出端相连；电力电子模块1034的输出端与电机控制器201通过动力线束三相电气相连。

参见图2，一般的电机控制器包括驱动电路2011和控制电路2012两部分，驱动电路2011在电机控制器201中涉及高压、大电流的工作状态，其稳定性直接关系到电机控制器201的安全、可靠运行。现有技术仅能针对控制电路2012进行控制逻辑测试，是信号级别的测试，没有对驱动电路2011的工作性能进行测试，因而不能进行功率级故障注入，测试范围较窄。

有鉴于此，参见图2，本实用新型的另一实施例提供了对电机控制器201的驱动电路2011进行开路、短路等功率级的故障注入，丰富了电机控制器201的测试场景，能更好的验证控制器在故障状态下的应急处理。

优选的，本实施例中上述电流/电压模块103还包括故障注入模块1033，故障注入模块1033的输入端与电力电子模块1034的输出端相连，故障注入模块1033的输出端与电机控制器201，具体是与其中的驱动电路2011通过动力线束三相电气相连。

图3是一种示例性的故障注入模块1033的示意图，此故障注入模块1033为一故障注入装置，串联在电机控制器201与电机模拟器10的电力电子模块1034之间，分别与电力电子模块1034和电机控制器201三相电气相连，可测试电机控制器201在相间短路、断路条件下的工作性能。开关1A、1B、1C分别是电机模型102三相绕组A相、B相、C相制造断路的开关。开关2A、2B、2C分别是AB相间短路、BC相间短路、AC相短路的开关。通过对不同的开关进行设置，可为电机控制器201中的驱动电路2011提供相间断路、短路故障模型环境，即可测试电机控制器201的故障处理功能是否可靠。

除此之外，本实用新型的实施例可提供的故障类型还包括电机扭矩过载，转速超速和转速失速等，具体是在仿真开始之前即在电机参数设置模块101中进行相应的扭矩、转速参数设定。

进一步地，参见图2，此电机模拟器10还包括旋变仿真模块105，旋变仿真模块105模拟旋转变压器测量转速信号的工作原理，可以实时采集电机模型102的转速或者电机转子位置的信号，并实时反馈给电机控制器201，用于电机控制器201对此时电机的工作状态的判断和处理。此旋变仿真模块105包括旋转变压器模型和外围用于驱动旋变的升压芯片和励磁运放等电路，旋变仿真模块105的输入端与电机模型102的第二输出端通信相连，旋变仿真模块105的输出端与电机控制器201，具体可以是与控制电路2012的输入端通信相连。

优选地，此测试系统中，整车控制器硬件在环仿真设备30中运行的模型包括但不限于：整车模型、道路模型、驾驶模型，可为整车控制器的测试提供丰富的模拟测试环境；电池管理系统硬件在环仿真设备40中运行的模型包括动力电池模型，此模型用于测试电池管理系统的工作状态，上述硬件在环仿真设备通过硬件IO板卡模拟传感器信号发送给整车控制器202或电池管理系统203，同时采集二者发出的控制命令。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种纯电动汽车三电控制器测试系统，包括：电机模拟器、整车控制器硬件在环仿真设备、电池管理系统硬件在环仿真设备、待测系统、上位机，其中：

所述整车控制器硬件在环仿真设备、所述电池管理系统硬件在环仿真设备分别与所述上位机通信相连，所述整车控制器硬件在环仿真设备与所述电池管理系统硬件在环仿真设备通过级联线束相连；

所述电机模拟器包括电机参数配置模块、电机模型、电流电压模块、通讯模块，所述通讯模块的输入端与所述上位机通信相连，输出端与所述电机参数配置模块的输入端相连；

所述电机参数配置模块的输出端与所述电机模型的第一输入端相连，所述电机模型的第二输入端与所述电流电压模块的第二输出端相连，所述电机模型的第一输出端与所述电流电压模块的第一输入端相连；

所述电流电压模块的第一输出端、所述整车控制器硬件在环仿真设备、所述电池管理系统硬件在环仿真设备分别与所述待测系统相连。

2.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于：所述待测系统包括电机控制器、电池管理系统、整车控制器；

所述电流电压模块的第一输出端与所述电机控制器三相电气相连，所述电池管理系统与所述电池管理系统硬件在环仿真设备相连；所述整车控制器与所述整车控制器硬件在环仿真设备相连；

所述电机控制器与所述整车控制器通信相连、所述电池管理系统与所述整车控制器通信相连。

3.根据权利要求2所述的测试系统，其特征在于：所述电流电压模块包括：双向直流电源、电流/电压采集模块、电力电子模块：

所述双向直流电源的输出端与所述电流/电压采集模块的第一输入端相连，所述电流/电压采集模块的第一输出端与所述电机模型的第二输入端相连，所述电流/电压采集模块的第二输出端与所述电力电子模块的第二输入端相连；

所述电力电子模块的第一输入端与所述电机模型的第一输出端相连；所述电力电子模块的输出端与所述电机控制器通过动力线束三相电气相连。

4.根据权利要求3所述的测试系统，其特征在于：所述电流电压模块，还包括：故障注入模块；

所述故障注入模块的输入端与所述电力电子模块的输出端相连，所述故障注入模块的输出端与所述电机控制器通过动力线束三相电气相连。

5.根据权利要求4所述的测试系统，其特征在于：所述故障注入模块注入的故障类型包括：电机三相绕阻断路、相间短路。

6.根据权利要求2所述的测试系统，其特征在于：所述电机模拟器还包括：旋变仿真模块，所述旋变仿真模块的输入端与所述电机模型的第二输出端通信相连，所述旋变仿真模块的输出端与所述电机控制器通信相连。

7.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于：所述整车控制器硬件在环仿真设备中运行的模型包括：整车模型、道路模型、驾驶模型。

8.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于：所述电池管理系统硬件在环仿真设备中运行的模型包括：动力电池模型。

9.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于：在所述电机参数配置模块中可配置的参数包括：电机类型、磁通、极对数、转动惯量、绕阻电感阻抗。

10.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于：所述通讯模块为CAN收发模块。