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

　　隨著(zhù)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，人們對汽車(chē)的動(dòng)力性、經(jīng)濟性、安全性及排放等方面提出了更高的要求，傳統的機械式控制系統已經(jīng)遠遠不能滿(mǎn)足這些需要。電子化控制系統以其高精度、高速度、控制靈活、穩定可靠等特點(diǎn)逐漸取代了機械式控制系統，是汽車(chē)控制系統的發(fā)展趨勢。

　　由于對控制性能的要求越來(lái)越嚴格，使得汽車(chē)電子控制系統對控制器的要求越來(lái)越高?？刂破鞯拈_(kāi)發(fā)與設計一般都要經(jīng)過(guò)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(gè)V字形過(guò)程。首先是控制器的上層功能設計，詳細確定控制器將要實(shí)現的功能；然后生成目標程序代碼；最后是控制器的底層軟、硬件實(shí)現。

　　從控制器實(shí)現到實(shí)車(chē)測試的過(guò)程中還需要進(jìn)行硬件在環(huán)實(shí)時(shí)仿真測試。這是因為在整車(chē)控制器的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，利用整車(chē)控制器硬件在仿真測試平臺構建虛擬的整車(chē)現場(chǎng)環(huán)境。對控制器進(jìn)行硬件在環(huán)仿真測試，不但可以大大加快整車(chē)控制器軟、硬件的開(kāi)發(fā)過(guò)程，而且開(kāi)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(shí)車(chē)試驗中難以實(shí)現的特殊行駛狀態(tài)和危險狀態(tài)，從而對整車(chē)控制器進(jìn)行全面的測試。控制器硬件在環(huán)仿真測試中，系統用數學(xué)模型來(lái)代替，控制器使用實(shí)物，系統模型和控制器之間的接口要與實(shí)際保持一致，在仿真調試完畢后，達到控制器和系統之間的“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(jìn)入系統集成和測試環(huán)節，最后實(shí)現初期設計的各項功能和指標。

　　本文基于Matlab／Simulink RTW和XPC Real-time Target實(shí)時(shí)仿真平臺，配合PCI數據采集卡底層軟件的開(kāi)發(fā)和信號調理裝置硬件設計，系統地實(shí)現了燃料電池汽車(chē)整車(chē)控制器仿真測試平臺。利用該平臺可以對整車(chē)控制器硬件電氣特性、底層軟件平臺和控制算法等進(jìn)行測試。

硬件在環(huán)實(shí)時(shí)仿真測試平臺方案設計

　　硬件在環(huán)實(shí)時(shí)仿真平臺構建了虛擬的整車(chē)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(gè)元素引入到實(shí)際的仿真測試中，具體結構如圖2所示。兩個(gè)基于工業(yè)控制計算機的虛擬平臺分別為虛擬整車(chē)平臺和虛擬司機平臺。虛擬整車(chē)平臺基于Matlab／SimulinkxPC Target實(shí)時(shí)仿真環(huán)境，作用是模擬真實(shí)燃料電池客車(chē)的運行，為測試整車(chē)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(shí)時(shí)仿真環(huán)境，作用是模擬真實(shí)燃料電池客車(chē)的操控機構，配合加速踏板為測試整車(chē)控制器提供所需的虛擬駕駛環(huán)境。當兩個(gè)計算機虛擬平臺對實(shí)際環(huán)境進(jìn)行模擬時(shí)，通過(guò)數據采集卡、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(jìn)行處理，從而實(shí)現真實(shí)的復雜整車(chē)環(huán)境，直接與整車(chē)控制器連接進(jìn)行仿真測試試驗。并配有基于CAN總線(xiàn)的實(shí)時(shí)監控裝置，可以全過(guò)程實(shí)時(shí)地監控仿真測試試驗。

硬件在環(huán)實(shí)時(shí)仿真測試平臺硬件設計

虛擬平臺硬件設計

　　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(shí)信號的轉換，這些信號包括數字量輸入輸出信號、模擬量輸入輸出信號和CAN通訊信號。例如燃料電池發(fā)動(dòng)機啟動(dòng)開(kāi)關(guān)信號屬于數字信號，電機轉速信號屬于模擬信號，而控制器控制命令通過(guò)CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳送。