插电式燃料电池轿车整车控制器仿真测试平台设计寇改红刘奋梁伟铭(上海汽车集团股份有限公司新能源汽车事业部，上海201804) =摘要> 利用M ATLAB/S i m u link实时仿真环境、dSPACE实时仿真系统、CAN通讯设备，系统地设计了插电式燃料电池轿车整车控制器的仿真测试平台。该平台可以验证整车控制算法是否符合设计要求，并尽早发现软件的设计漏洞，为整车控制器的实车调试打下良好的基础。
=Abstract>B ased on the MATLAB/Si m ulink rea-l ti m e soft w are env ironm en,t dSPACE rea-l ti m e si m ulati o n syste m and C AN co mmunicati o n too ls,the si m ulati o n test platfor m of vehic le contro ller fo r plug-i n FCV is desi g ned.The platfor m can be used to verify w hether the contr o l algorithm s satisfy the desi g n require m en,t and to find t h e desi g n proble m s as soon as possi b l e and lay a so li d foundati o n fo r the latter debugg i n g on veh icle.
=关键词> 插电式燃料电池轿车控制器
do:i1013969/j1i s sn.1007-4554.2011.06.02
0引言
速度生活在整车控制器的开发过程中，利用整车控制器硬件在环仿真测试平台构建虚拟的整车现场环境，对控制
器进行硬件在环仿真测试，不但可以大大加快整车控制器软、硬件的开发进程，而且开发成功的控制器也具有较高的可靠性。因为仿真测试平台可以模拟出在实车试验中难以实现的特殊行驶状态和危险状态，从而对整车控制器进行更加全面的测试。插电式燃料电池汽车的开发作为一种新的技术，特别是部件的性能尚不够稳定和可靠，在这种情况下搭建控制器仿真测试平台对整车控制器进行硬件在环仿真测试就更为重要。
1动力系统结构
燃料电池轿车的动力系统主要包括燃料电池系统(FCS)、直流变换器(DCF)、蓄电池系统和驱动电机系统。燃料电池系统是将氢气能源(化学能)转换成电能(H2y DC)的装置，燃料电池输出的电能经过直流变换器的转换，连接到蓄电池上。驱动电机系统是把电能转换成机械能(DC y Torque)的装置，它包括直流逆变器和电动机，电动机的输出转矩经过主减速器传递到车轮从而驱动整车。燃料电池系统的燃料是氢气，储存在车载储氢系统中。
动力系统中各部件都具有独立的控制器，它们的主要功能是接收整车控制器发来的控制指令，控制各自部件的动作，并向整车控制器反馈部件的状态信息。整车控制器是整车控制的核心，它的主要功能是实现整车的转矩控制、能量管理和故障诊断。它作为上层控制单元负责协调动力系统各个部件的运行，采集驾驶员的输入信息和各部件控制器发来的信息，进行综合的分析和判断后，实现对整个系统进行功率分配及各部件的
收稿日期:2011-03-31
协调控制，向各个部件控制器发送控制指令，向仪表、多功能显示单元等设备输出动力系统状态信息。上述各控制器通过分布式C AN 网络完成实
时通讯。
图2 插电式燃料电池轿车硬件在环仿真测试平台方案设计图
2 硬件在环实时仿真测试平台方案设计sars冠状病毒
2.1 仿真测试平台硬件
仿真测试平台的硬件需要完成计算机模型产生的虚拟信号到真实信号的转换，这些信号包括数字量输入输出信号、模拟量输入输出信号和CAN 通讯信号。
本文采用的硬件是dSPACE 实时仿真系统，它是基于MATLAB /Si m u link 的控制系统在实时环境下的开发及测试工作平台，实现了和MATLAB /S i m ulink 的无缝连接。dSPACE 实时系统由两大部分组成，一是硬件系统，二是软件环境。其中硬件系统的主要特点是具有高速计算能力，包括处理器和I/O 接口等；软件环境可以方便地实现代码生成、下载和试验调试等工作。dSPACE 具有强大的功能，可以很好地完成控制算法的设计、测试和实现，并为这一套并行工程提供良好的环境。2.2 仿真测试平台软件
硬件在环实时仿真测试平台构建了虚拟的整车环境，并基于虚拟的人机交互司机模型，将人作为硬件在环的一个元素引入到实际的仿真测试中。
虚拟整车平台基于MATLAB /Si m u li n k 实时仿真环境构建了燃料电池汽车仿真模型，该模型包括燃料电池发动机、氢管理系统、DC -DC 变换器、蓄电池、异步驱动电机及车辆负载等，作用是模拟真实的插电式燃料电池轿车的运行，为整车控制
器的测试提供虚拟的被控对象和测试环境。整车仿真模型的顶层模块如图1
所示。
图1 插电式燃料电池轿车整车仿真模型顶层模块
2.3 仿真测试平台方案
根据P l u g -i n FCV 的实时仿真环境和数据通讯方式，初步确定其H i L 仿真测试的总体框架结构方案如图2所示。
从图2可以看出，整个仿真平台由快速原型整车仿真系统(包括驾驶员模块)、信号转接系统、快速原型整车控制策略仿真系统、以及实时监控系统4部分组成。
在图2中，主机PC1和主机PC2分别用于在M atlab /S i m ulink 环境下建立整车(V ehic le)模型和整车控制策略(VM S)模型，并将模型编译为C 代码下载到快速原型硬件中；同时，在仿真测试的过程中，作为上位机利用dSPACE Control D esk 软件对各个仿真参数进行实时监控和在线调节。主机1在整车仿真模型建立之后，利用dSPACE RT I 1005提供的DS2211li b rary 中的I/O 接口模块对模型的数据通讯进行I/O 参数设定，包括CAN 通讯I /O 设定、整车仿真模型输出给整车控制策略模型的数字量和模拟量的通讯设定、
整车仿真模型从整车控制策略模型那里接收来的数字量通讯设定。然后，利用RT W提供的Build m od
e l命令对配置好的模型进行编译，并将实时C 代码通过dSPACE通讯设备下载到AutoBOX中，最后利用dSPACE Control D esk软件对整车仿真系统进行实时监控和在线调参。
主机2在整车控制策略模型建立之后，利用M icro Au toBox1401/1505/1506配套的I/O接口模块对模型的数据通讯进行I/O参数设定。同样的包括CAN通讯I/O设定、整车控制策略模型从整车仿真模型那里接收来的数字量和模拟量的通讯设定、整车控制策略模型输出给整车仿真模型的数字量通讯设定。然后，利用RT W提供的Bu ild m odel命令对配置好的模型进行编译，并将实时C代码通过dSPACE通讯设备下载到M icro Au toB OX中，最后利用dSPACE Control D esk 软件对整车控制策略仿真系统进行实时监控和在线调参。
二等残废在主机1和主机2都完成模型编译、代码下载、实时运行之后，为了方便平台调试和仿真测试，需要利用dSPACE Con tro l D esk软件提供的诸多控件来制作实时监控和在线调参界面。在界面制作完成之后，操作相应控件，实现打开钥匙开关并上档，那么整个燃料电池动力控制系统即处于实时响应等待状态，当然这一切的前提是通讯系统要正确、可靠。当驾驶员通过加速踏板给定目标车速后，系统中各部件及控制器就开始模拟实际部件的运行情况。根据测试要求，通过dSP ACE Contr o l D esk对系统参数的监控和在线调节，可以验证搭建的硬件在环仿真测试平台的优劣和控制算法的实际控制效果。
2.4实时仿真信号定义
实时仿真信号定义与目标燃料电池汽车完全一致。快速原型仿真系统硬件M icro Au to BOX和AutoBOX之间的通讯是通过信号转接板和香蕉头线束实现的。具体的信号定义及连接如表1。
对于分布式控制实时仿真系统而言，首要的要求在于通讯系统的保障。如果因通讯的问题导致数据传输出错，那么整个系统的输入输出就不会正确，从而导致对控制策略的错误判断，这在工
表1M i c roAu toBO X和A utoBOX间的仿真信号定义信号
M i cro Au toBOX AutoBOX
I/O口-类型-通道Sub_D&P i n-类型模拟量输入
制动踏板信号
A1P1A28-ADC2
GND P1A12-加速踏板信号
W1P1A45-ADC4
GND P1A25-DAC6 12V电源
主电源外接供电主电源
5V电源
传感器电源
E2-VSENS P2A32-+5V Fuse2
GND P2A50-GND CAN通讯
CANB
X5-CAN2Low P2A31-CANL
X6-CAN2H i gh P2A47-CAN H CANA
V5-CAN1Low P2B31-CANL
V6-CAN1H i gh P2B47-CANH 数字量输入输出
DCL使能控制信号K3-DO-G2c1P1B34-DI G_I N1继电器Ec1控制信号K4-DO-G2c2P1B2-DI G_I N5
继电器Ec3控制信号K5-DO-G2c3P1B18-DI G_I N3 PCU继电器控制信号K6-DO-G2c4P1B20-DI G_I N15自保继电器控制信号L1-DO-G2c5P1B35-DI G_I N7启车指示灯信号L2-DO-G2c6P1B3-DI G_I N11继电器Ec2控制信号L3-DO-G2c7P1B19-DI G_I N9巡航控制开关Y3-D I-G4c1P2A40-D I G_OUT5巡航设置/提速开关Y4-D I-G4c2P2A24-D I G_OUT6巡航复位/减速开关Z3-DI-G4c4P2A41-D I G_OUT8供氢开关信号Z4-DI-G4c5P2A42-DI G_O UT10钥匙附件档开关信号Y6-D I-G4c3P2A6-DI G_O UT1钥匙点火档开关信号Z6-DI-G4c6P2A8-DI G_O UT7钥匙启动档开关信号a6-DI-G5c1P2A10-DI G_O UT12安全线信号c3-D I-G5c5P2A26-DI G_O UT11
档位信号
b6-D I-G5c4P2A23-DI G_OUT3
c6-D I-G5c8P2A39-DI G_OUT2制动踏板开关信号b3-D I-G5c2P2A43-DI G_O UT13
程实际开发中是非常严重的问题。因此，在作系统的仿真测试之前，必须认真检查通讯系统的可靠性。
针对本文设计的通讯系统，首先，要检查和测试信号转接板本身的设计是否合乎要求，检查通讯系统的接线是否正确，检查CAN总线是否并联终端电阻，而且要保证电阻本身是完好的。其次，要通过实
际数据传输加以检验，这里包括许多基础的工作，不在此详述。如果这一部分的工作做不好，那么在仿真测试中出现错误时，有时会分不清是模型设计的错误，还是通讯上出了问题，所以这一部分的工作相当重要。社会主义的供养
cisar2.5实验分析
基于本仿真测试平台的试验除了待测整车控制器为实际车用控制器以外，所有的测试环境均为仿真测试平台虚拟真实环境得到，并且从控制器角度上看与整车真实环境完全一致，从而实现了低成本、便捷、快速地对整车控制器进行各种测试，不但提高了整车控制器的开发效率，也完善了整车控制器上车前的必要测试过程，降低了整车控制器进行实车试验的风险及成本。该平台具有通用性，可以根据需要进行不同的仿真测试，并不局限于整车控制器的开发，具有广泛的应用前景。
整车控制器经过仿真测试平台的反复测试后将进行实际的实车试验，而从试验中获得的各部件数据又为仿真模型的进一步精确化匹配标定提供了条件，从而使仿真平台更符合实际。
参考文献
[1]寇改红，何彬，王松，刘奋.插电式燃料电池轿车的建模与仿真.上海汽车,2009,(7).
[2]何彬，窦国伟，梁伟铭，樊晓松.插电式燃料电池轿车整车控制策略研究.上海汽车2009,(2).
[3]何彬，华剑锋，章健勇等.燃料电池汽车整车控制器仿真测试平台研究.系统仿真学报,2005,17(7):1694-1698.
[4]华剑锋，何彬，章健勇，李建秋.燃料电池汽车整车控制器硬件在环实时仿真测试平台设计.系统仿真学报,2007,(4).
[5]马培蓓，吴进华，纪军，徐新林.dSPACE实时仿真平台软件环境及应用[J].系统仿真学报,2004,16(4):667-670.
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向中高端市场转变，稳步进入发达国家整车中低端市场。拓展汽车零部件国外配套市场和发展中国家的中高端市场，逐步提高进入跨国公司全球供应链市场比例。增加出口汽车品种，加大节能和新能源产业出口，推动零部件出口从以机械类为主向机电类、电子类产品为主转变。推进企业向国际化发展，构建自主营销体系和配套物流服务体系。
(5)开拓二、三级市场及农村市场
开发适用产品，完善农村市场销售服务网络，推动我国农村汽车市场由以运输类车型为主的单一结构，向乘用车、商用车并举的多元化结构转移。重点发展微型、轻型载货汽车、交叉型乘用车、轻型
客车和低端S UV车型，同时，加快经济型轿车进入内地中小城镇的步伐。
(6)实施新能源汽车发展战略论文库
新能源汽车是汽车产业发展的必然趋势，我国汽车工业应把握历史机遇，实施新能源汽车发展国家战略，结合我国国情，确定我国新能源汽车发展的战略重点。
(7)提升节能减排水平，提高综合利用效率
提高传统汽车节能、减排技术水平和标准要求，加快交通能源战略转型。加快推进混合动力汽车技术在国内的应用，并逐步实现国产化。开发电动汽车核心关键技术、共性技术、关键零部件，推广混合动力汽车和电动汽车的应用。建立、完善我国汽车产业综合利用规范，逐步完善汽车产品报废、回收、拆解、再利用、再制造的法规体系，扩大试点范围，提高再制造技术水平。
(8)着力发展汽车服务业
大力发展汽车服务业，以品牌营销为主体，完善汽车服务行业的服务体系。要大力发展汽车金融、汽车保险以及汽车租赁等高附加值现代汽车服务业，支持有条件的大型汽车集团顺应制造业向服务领域延伸的国际趋势。大力促进汽车产业集聚地生产性服务业的发展，完善汽车服务业标
准体系和行业规范。
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