陳順東，李 韌

（安徽安凱汽車股份有限公司，合肥 230051）

近年來，硬件在環(huán)仿真HILS（Hardware in the Loop Simulation）技術(shù)已經(jīng)成為國內(nèi)外汽車工程師研發(fā)過程中的必備環(huán)節(jié)，特別是在車輛電子控制系統(tǒng)開發(fā)過程中越來越被廣泛應(yīng)用。汽車安全性要求高，汽車相關(guān)控制系統(tǒng)必須安全可靠，特別是在各種極端環(huán)境下的安全可靠更為重要[1-2]。由于種種原因，如極限測試、失效測試或在真實環(huán)境中測試費用較昂貴等使測試難以進行，而硬件在環(huán)的實時仿真技術(shù)，把開發(fā)的待驗證的實際樣機，利用計算機接口嵌入到硬件在環(huán)仿真環(huán)境中，并要求軟硬件實時運行，從而模擬整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)[3]。dSPACE是由德國dSPACE公司開發(fā)的一套基于Matlab/Simulink的控制系統(tǒng)開發(fā)和測試的設(shè)備，采用其開發(fā)的HILS系統(tǒng)與待測樣機構(gòu)成硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，模擬各種運行情況測試，從而縮短開發(fā)周期、減少費用支出[4]。

1 dSPACE軟硬件架構(gòu)及其純電動客車VCU硬件在環(huán)系統(tǒng)

dSPACE公司應(yīng)用Matlab/Simulink根據(jù)用戶要求實現(xiàn)軟件建模，并根據(jù)數(shù)學(xué)模型和軟件仿真驗證系統(tǒng)模型的正確性[5]。如圖1所示，其中包括電子油門、剎車踏板模型、CAN通訊模型[6]、氣路系統(tǒng)模型、駕駛員模型、整車空氣動力模型、電機驅(qū)動模型等。然后將模型生成軟件代碼下載到d SPACE硬件和待測樣機結(jié)合，模擬各種極端狀況下的實時工況，測試樣機的穩(wěn)定性和安全性[7]。

dSPACE硬件主要由DS1006核心主控板、DS2211I/O板、DS814通訊接口板、CAN通訊接口板、故障注入板卡、負載板卡、電源等構(gòu)成。其中DS1006核心板采用AMD OpteronTM處理器，主頻在2.6 GHz；包含3個通用定時器；通過PHS總線連接各種dSPACE的I/O板卡，總線速度為20 MB/s；包含RS232串行接口，速度為115.2 kbit/s；完全支持 Simulink 編程等[8-10]。

根據(jù)整車控制單元VCU（Vehicle Control Unit）的功能要求并充分考慮到純電動客車的使用環(huán)境，在實驗室環(huán)境下，搭建基于dSPACE的HILS平臺，實物照片如圖2所示。其中主要包括VCU、dSPACE硬件在環(huán)平臺（包含BOB－Break-Out-Box）、上位機、純電動車用儀表。

如圖3為其連接方式：VCU的接口連接到短路故障注入盒BOB，其中包括整車控制器的電源、輸入、輸出和CAN通訊等；BOB的另一端接到dSPACE硬件在環(huán)平臺；dSPACE硬件在環(huán)平臺再通過DS814通訊接口板連接到上位機；車用儀表通過CAN連接到BOB和整車其它設(shè)備通訊，實時顯示車速、電機轉(zhuǎn)速、電壓、電流等信息，由dSPACE上位機界面Control Desk對dSPACE硬件在環(huán)平臺進行實時開環(huán)控制或路譜在環(huán)實驗等。

2 測試流程和結(jié)果分析

根據(jù)VCU設(shè)計構(gòu)想，最終采用了完整的路譜循環(huán)測試方案，具體操作如下：

首先驗證有VCU控制的整車的上電邏輯，上電完成后，由dSPACE上位機加載路譜信息，dSPACE的軟件駕駛員模型根據(jù)路譜信息得到需求的車速，再計算出實時需求電子油門和剎車踏板位置信息，通過模擬信號接到VCU硬件接口，VCU通過內(nèi)部A/D采集踏板信息，通過程序?qū)μぐ逦恢锰幚砗螅瑢⑻ぐ逦恢棉D(zhuǎn)換為相應(yīng)的扭矩信息，通過CAN網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給dSPACE。dSPACE軟件根據(jù)整車空氣動力模型和電機驅(qū)動模型等計算得到實際運行車速和電機轉(zhuǎn)速。dSPACE內(nèi)部集成氣路系統(tǒng)模型，氣路模型把氣壓信息發(fā)送給VCU，由VCU根據(jù)氣壓閾值判斷并控制氣動系統(tǒng)的起停。

按照以上測試流程，對VCU的功能逐一驗證。首先驗證了整車的上電邏輯，符合要求。上電驗證完成后，實施路譜自動循環(huán)實驗，如圖4所示。從圖4中可以看出，車速跟隨較好，整車在起步加速階段速度跟隨稍顯滯后，這與模擬整車滿載工況設(shè)置的阻力系數(shù)偏大有關(guān)；變速行駛階段速度跟隨基本一致，動態(tài)響應(yīng)性能完全滿足實車需求。

圖5-圖7分別為實時電子油門踏板位置、實時電子剎車踏板位置和VCU通過CAN發(fā)送實時扭矩。從圖中可以看出，與給定車速變化對應(yīng)油門、剎車踏板位置變化和VCU采集到踏板位置處理后發(fā)送的實時扭矩信號的變化。圖7中負扭矩為剎車踏板動作后，VCU通過CAN網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的實時制動扭矩。

3 結(jié)束語

本文詳細論述了基于dSPACE的純電動客車VCU硬件在環(huán)仿真測試系統(tǒng)，從理論上闡述了測試系統(tǒng)的可行性和必要性。通過搭建適用VCU的dSPACE HILS平臺，制定詳細的測試實驗流程，并進行實時路譜在環(huán)測試。試驗結(jié)果驗證了VCU樣機的性能，利用此平臺大大縮短了VCU開發(fā)周期，節(jié)省了VCU實車測試的成本。

[1]朱輝，王麗清，程昌圻，等.硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的軟硬件基礎(chǔ)[J].小型內(nèi)燃機，1998，27（6）

[2]陳建松，陳南，殷國棟，等.基于dSPACE的4WS車輛硬件在環(huán)控制仿真研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，2010，22（7）

[3]楊滌，李立濤，楊旭，等.系統(tǒng)實時仿真開發(fā)環(huán)境與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社，2002.

[4]諸自強.現(xiàn)代電動車、電機驅(qū)動及電力電子技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[5]薛定宇，陳陽泉.基于Matlab/Simulink的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用（第2版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[6]饒運濤，鄒繼軍，鄭勇蕓.現(xiàn)場總線CAN原理與應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

[7]盧子廣，柴建云，王祥珩，等.電力驅(qū)動系統(tǒng)實時控制虛擬實驗平臺[J].中國電機工程學(xué)報，2003，（4）

[8]dSPACE,Hardware-in-the-Loop(HIL)Technology[J].Shanghai:dSPACE GmbH，2011.

[9]dSPACE,dSPACE Real-time Interface Imlementation Guide[J].Shanghai:dSPACE GmbH,2004.

[10]北京九州恒潤科技有限公司.實時快速原型及硬件在環(huán)回路仿真的一體化解決途徑[DB/OL].（2003-01-01）[2012-03-05].http://www.doc88.com/p-684300846312.html