燃料電池汽車整車控制器硬件在環(huán)實時仿真測試平臺設(shè)計

　　隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和進步，人們對汽車的動力性、經(jīng)濟性、安全性及排放等方面提出了更高的要求，傳統(tǒng)的機械式控制系統(tǒng)已經(jīng)遠遠不能滿足這些需要。電子化控制系統(tǒng)以其高精度、高速度、控制靈活、穩(wěn)定可靠等特點逐漸取代了機械式控制系統(tǒng)，是汽車控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

　　由于對控制性能的要求越來越嚴格，使得汽車電子控制系統(tǒng)對控制器的要求越來越高。控制器的開發(fā)與設(shè)計一般都要經(jīng)過如圖1所示的步驟，即由上層到底層，再由底層到上層的一個V字形過程。首先是控制器的上層功能設(shè)計，詳細確定控制器將要實現(xiàn)的功能；然后生成目標程序代碼；最后是控制器的底層軟、硬件實現(xiàn)。

　　從控制器實現(xiàn)到實車測試的過程中還需要進行硬件在環(huán)實時仿真測試。這是因為在整車控制器的開發(fā)過程中，利用整車控制器硬件在仿真測試平臺構(gòu)建虛擬的整車現(xiàn)場環(huán)境。對控制器進行硬件在環(huán)仿真測試，不但可以大大加快整車控制器軟、硬件的開發(fā)過程，而且開發(fā)成功的控制器具有較高的可靠性。因為仿真測試平臺可以模擬出在實車試驗中難以實現(xiàn)的特殊行駛狀態(tài)和危險狀態(tài)，從而對整車控制器進行全面的測試。控制器硬件在環(huán)仿真測試中，系統(tǒng)用數(shù)學(xué)模型來代替，控制器使用實物，系統(tǒng)模型和控制器之間的接口要與實際保持一致，在仿真調(diào)試完畢后，達到控制器和系統(tǒng)之間的“垂直安裝”或“垂直集成”?？刂破髟谕瓿捎布诃h(huán)仿真之后，就可以進入系統(tǒng)集成和測試環(huán)節(jié)，最后實現(xiàn)初期設(shè)計的各項功能和指標。

　　本文基于Matlab／Simulink RTW和XPC Real-time Target實時仿真平臺，配合PCI數(shù)據(jù)采集卡底層軟件的開發(fā)和信號調(diào)理裝置硬件設(shè)計，系統(tǒng)地實現(xiàn)了燃料電池汽車整車控制器仿真測試平臺。利用該平臺可以對整車控制器硬件電氣特性、底層軟件平臺和控制算法等進行測試。

硬件在環(huán)實時仿真測試平臺方案設(shè)計

　　硬件在環(huán)實時仿真平臺構(gòu)建了虛擬的整車環(huán)境，并基于虛擬的人機交互司機模型，將人作為硬件在環(huán)的一個元素引入到實際的仿真測試中，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。兩個基于工業(yè)控制計算機的虛擬平臺分別為虛擬整車平臺和虛擬司機平臺。虛擬整車平臺基于Matlab／SimulinkxPC Target實時仿真環(huán)境，作用是模擬真實燃料電池客車的運行，為測試整車控制器提供所需的虛擬控制對象。虛擬司機平臺基于Matlab／Simulink RTW Target實時仿真環(huán)境，作用是模擬真實燃料電池客車的操控機構(gòu)，配合加速踏板為測試整車控制器提供所需的虛擬駕駛環(huán)境。當兩個計算機虛擬平臺對實際環(huán)境進行模擬時，通過數(shù)據(jù)采集卡、CAN通訊卡與可配置的信號處理裝置相連，可配置的信號處理裝置對信號進行處理，從而實現(xiàn)真實的復(fù)雜整車環(huán)境，直接與整車控制器連接進行仿真測試試驗。并配有基于CAN總線的實時監(jiān)控裝置，可以全過程實時地監(jiān)控仿真測試試驗。

硬件在環(huán)實時仿真測試平臺硬件設(shè)計

虛擬平臺硬件設(shè)計

　　虛擬平臺的硬件需要完成計算機模型產(chǎn)生的虛擬信號到真實信號的轉(zhuǎn)換，這些信號包括數(shù)字量輸入輸出信號、模擬量輸入輸出信號和CAN通訊信號。例如燃料電池發(fā)動機啟動開關(guān)信號屬于數(shù)字信號，電機轉(zhuǎn)速信號屬于模擬信號，而控制器控制命令通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)進行傳送。