燃料電池汽車整車控制器硬件在環(huán)實時仿真測試平臺

實時性能分析

Matlab/Simulink為實時仿真提供了很好的軟件環(huán)境。Real-Time Workshop代碼自動生成工具可以將仿真模型編譯生成實時C代碼，并支持多種實時仿真目標環(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平臺。

整車虛擬平臺承擔再現(xiàn)真實燃料電池汽車運行的任務，是整個測試平臺的核心部件。由于燃料電池汽車結(jié)構(gòu)復雜、控制對象較多，為了真實再現(xiàn)整車運行情況，系統(tǒng)各部件模型除了需要滿足精度要求外，還必須嚴格滿足實時性的要求。整車虛擬平臺采用的xPC Target實時仿真環(huán)境采用目標機和宿主機的結(jié)構(gòu)，由Matlab生成的實時內(nèi)核通過軟驅(qū)或者USB閃存獨立運行在目標機上，直接調(diào)用CPU資源。仿真模型通過宿主機編譯生成實時代碼后下載到目標機上運行，能夠?qū)崿F(xiàn)嚴格的系統(tǒng)實時仿真。

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

實時仿真信號定義

虛擬整車平臺、虛擬司機平臺的信號定義如表1、表2所示，與目標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)絡節(jié)點協(xié)議以及整車控制器制動信號輸入和整車車速輸出。虛擬司機平臺系統(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，并定義了一個數(shù)據(jù)采集CAN節(jié)點。虛擬整車平臺與虛擬司機平臺除了車速信號、CAN網(wǎng)絡信號的聯(lián)系，其他所有信號均是與整車控制器交互。

實驗分析

利用仿真測試平臺可以對燃料電池整車控制器進行軟硬件實時在環(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時仿真信號定義將相應接口信號連接起來，再分別運行虛擬整車平臺和虛擬司機平臺，即可用于測試。

該燃料電池汽車硬件在環(huán)實時仿真平臺已經(jīng)成功地應用于“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、故障診斷功能等進行檢驗。配合快速原型開發(fā)工具dSPACE可以完整地實現(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除了待測整車控制器為實際車用控制器以外，所有的測試環(huán)境均為仿真測試平臺虛擬真實環(huán)境得到，并且從控制器角度上看與整車真實環(huán)境完全一致，從而實現(xiàn)了低成本地、便捷地、快速地對整車控制器進行各種測試，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行實車試驗的風險及成本。該平臺具有通用性，可以根據(jù)需要進行不同的仿真測試，并不局限于整車控制器的開發(fā)，具有廣泛的應用前景。

整車控制器經(jīng)過仿真平臺的反復測試后將進行實際的實車試驗，而從試驗中獲得的各部件數(shù)據(jù)又為仿真模型的進一步精確化匹配標定提供了條件，從而使仿真平臺更符合實際。