燃料電池汽車整車控制器硬件在環(huán)實(shí)時(shí)仿真測試平臺

實(shí)時(shí)性能分析

Matlab/Simulink為實(shí)時(shí)仿真提供了很好的軟件環(huán)境。Real-Time Workshop代碼自動(dòng)生成工具可以將仿真模型編譯生成實(shí)時(shí)C代碼，并支持多種實(shí)時(shí)仿真目標(biāo)環(huán)境，包括Matlab工具箱RTW Target、xPC Target以及第三方軟件，如dSPACE等。本文選擇了xPC Target和RTW Target來構(gòu)建虛擬整車平臺和虛擬司機(jī)平臺。

整車虛擬平臺承擔(dān)再現(xiàn)真實(shí)燃料電池汽車運(yùn)行的任務(wù)，是整個(gè)測試平臺的核心部件。由于燃料電池汽車結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制對象較多，為了真實(shí)再現(xiàn)整車運(yùn)行情況，系統(tǒng)各部件模型除了需要滿足精度要求外，還必須嚴(yán)格滿足實(shí)時(shí)性的要求。整車虛擬平臺采用的xPC Target實(shí)時(shí)仿真環(huán)境采用目標(biāo)機(jī)和宿主機(jī)的結(jié)構(gòu)，由Matlab生成的實(shí)時(shí)內(nèi)核通過軟驅(qū)或者USB閃存獨(dú)立運(yùn)行在目標(biāo)機(jī)上，直接調(diào)用CPU資源。仿真模型通過宿主機(jī)編譯生成實(shí)時(shí)代碼后下載到目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行，能夠?qū)崿F(xiàn)嚴(yán)格的系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真。

虛擬司機(jī)平臺采用的RTW Target實(shí)時(shí)內(nèi)核直接運(yùn)行在Matlab/Simulink環(huán)境中，在同一臺PC機(jī)上就能夠迅速實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真。其缺點(diǎn)是由于整個(gè)系統(tǒng)在Windows系統(tǒng)下運(yùn)行，實(shí)時(shí)內(nèi)核不能完全占有PC機(jī)操作系統(tǒng)資源，實(shí)時(shí)性受其他運(yùn)行程序的影響。由于駕駛員模擬操作對實(shí)時(shí)性要求不高，因此選擇RTW Target實(shí)時(shí)仿真環(huán)境能夠滿足這一要求。

實(shí)時(shí)仿真信號定義

虛擬整車平臺、虛擬司機(jī)平臺的信號定義如表1、表2所示，與目標(biāo)燃料電池汽車完全保持一致。虛擬整車平臺定義了燃料電池汽車各部件控制器CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)協(xié)議以及整車控制器制動(dòng)信號輸入和整車車速輸出。虛擬司機(jī)平臺系統(tǒng)信號包括各種駕駛員指令輸出以及駕駛員面板顯示信息輸入，并定義了一個(gè)數(shù)據(jù)采集CAN節(jié)點(diǎn)。虛擬整車平臺與虛擬司機(jī)平臺除了車速信號、CAN網(wǎng)絡(luò)信號的聯(lián)系，其他所有信號均是與整車控制器交互。

實(shí)驗(yàn)分析

利用仿真測試平臺可以對燃料電池整車控制器進(jìn)行軟硬件實(shí)時(shí)在環(huán)測試。將整車控制器通過信號調(diào)理裝置與仿真測試平臺按照實(shí)時(shí)仿真信號定義將相應(yīng)接口信號連接起來，再分別運(yùn)行虛擬整車平臺和虛擬司機(jī)平臺，即可用于測試。

該燃料電池汽車硬件在環(huán)實(shí)時(shí)仿真平臺已經(jīng)成功地應(yīng)用于“十五”燃料電池城市客車電控單元的開發(fā)。在控制器上車前即可對整車控制器數(shù)字、模擬信號的電氣特性、控制邏輯和算法、故障診斷功能等進(jìn)行檢驗(yàn)。配合快速原型開發(fā)工具dSPACE可以完整地實(shí)現(xiàn)快速原型開發(fā)整車控制器測試流程，如圖3所示。

基于本仿真測試平臺的試驗(yàn)除了待測整車控制器為實(shí)際車用控制器以外，所有的測試環(huán)境均為仿真測試平臺虛擬真實(shí)環(huán)境得到，并且從控制器角度上看與整車真實(shí)環(huán)境完全一致，從而實(shí)現(xiàn)了低成本地、便捷地、快速地對整車控制器進(jìn)行各種測試，不但提高了整車控制器的開發(fā)效率，也完善了整車控制器上車前的必要測試過程，降低了整車控制器進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)及成本。該平臺具有通用性，可以根據(jù)需要進(jìn)行不同的仿真測試，并不局限于整車控制器的開發(fā)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

整車控制器經(jīng)過仿真平臺的反復(fù)測試后將進(jìn)行實(shí)際的實(shí)車試驗(yàn)，而從試驗(yàn)中獲得的各部件數(shù)據(jù)又為仿真模型的進(jìn)一步精確化匹配標(biāo)定提供了條件，從而使仿真平臺更符合實(shí)際。