基于CompactRIO的純電動(dòng)汽車硬件在環(huán)系統(tǒng)開發(fā)

【摘要】：面對(duì)能源安全、環(huán)境污染和全球氣候變暖的急迫形勢(shì)，發(fā)展節(jié)能與新能源汽車已成為我國汽車工業(yè)的戰(zhàn)略方向。加之大范圍霧霾天氣的頻頻發(fā)生,電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)得到了大眾前所未有的關(guān)注和支持。整車控制器相當(dāng)于電動(dòng)汽車的指揮管理中心，在車輛行駛過程中執(zhí)行多項(xiàng)任務(wù)，其控制策略是否得當(dāng)直接影響著電動(dòng)汽車的性能與安全。為了高效、全面地測(cè)試控制策略，硬件在環(huán)測(cè)試被汽車廠商廣泛采用。本文以某純電動(dòng)汽車為研究對(duì)象，利用CompactRIO實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)，針對(duì)純電動(dòng)汽車硬件在環(huán)系統(tǒng)的開發(fā)進(jìn)行了研究，從軟硬件兩方面探索了構(gòu)建硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)的廣泛適用的方法和步驟，旨在說明通過合理地分配有限的資源和對(duì)程序的優(yōu)化，自主構(gòu)建的低成本的硬件在環(huán)系統(tǒng)同樣可以滿足測(cè)試的需求，從而擺脫了使用商業(yè)軟件和設(shè)備帶來的巨大開銷和束縛。論文的主要研究工作有： 純電動(dòng)汽的前向仿真模型的建立。基于實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和理論公式，在LabVIEW環(huán)境下建立了包括電池模型、電機(jī)模型、電機(jī)預(yù)充電模型、傳動(dòng)系模型、整車動(dòng)力學(xué)模型和駕駛員模型的純電動(dòng)汽車前向仿真模型。采用這種模塊化的建模思想，利于模型的修改，增加了模型的通用性。 系統(tǒng)硬件功能的劃分和軟件架構(gòu)的確立。結(jié)合本文對(duì)測(cè)試的需求，本文選定成本低廉的CompactRIO9073為測(cè)試所需的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。結(jié)合每一部分硬件的性能特點(diǎn)，對(duì)該硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)的三大硬件：上位機(jī)PC，實(shí)時(shí)控制器和FPGA進(jìn)行了功能劃分。在此基礎(chǔ)上，將軟件架構(gòu)確立為運(yùn)行在上位機(jī)PC上的Host VI,運(yùn)行在實(shí)時(shí)控制器上的Target VI,和運(yùn)行在FPGA上的FPGAVI。其中，Host VI用于數(shù)據(jù)的顯示，為硬件在環(huán)測(cè)試提供友好的上位機(jī)界面；TargetVI主要用于實(shí)時(shí)地運(yùn)行車輛模型，并與上位機(jī)和FPGA進(jìn)行通信；FPGAVI主要用于高速可靠地信號(hào)采集，并運(yùn)行預(yù)充電模型。通過對(duì)硬件功能的合理劃分，使自主設(shè)計(jì)的硬件在環(huán)系統(tǒng)不僅能夠仿真慢速響應(yīng)的系統(tǒng)，還可以仿真時(shí)間步長極短的系統(tǒng)，從而加大了硬件在環(huán)系統(tǒng)的測(cè)試范圍。 實(shí)時(shí)系統(tǒng)下多任務(wù)處理的研究。本文將運(yùn)行在實(shí)時(shí)控制器上的任務(wù)劃分為實(shí)時(shí)任務(wù)（模型循環(huán)）和非實(shí)時(shí)任務(wù)（通信循環(huán)），通過將實(shí)時(shí)任務(wù)設(shè)置為高優(yōu)先級(jí)并利用FIFO在任務(wù)之間傳遞數(shù)據(jù)的方法，確保了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。 實(shí)時(shí)系統(tǒng)下程序優(yōu)化方法的探索。將程序部署到實(shí)時(shí)控制器時(shí)，由于采集信號(hào)的引入和實(shí)時(shí)控制器資源的有限性，需要將離線程序進(jìn)行修改和優(yōu)化。本文通過查閱文獻(xiàn)和多次試驗(yàn)，提出了實(shí)時(shí)系統(tǒng)下程序優(yōu)化的方法，包括：合理設(shè)置循環(huán)的時(shí)間步長；避免過多使用耗費(fèi)資源的變量；合理選擇程序運(yùn)行位置；考慮界面顯示任務(wù)的影響。這些優(yōu)化方法不僅僅局限于本測(cè)試平臺(tái)，具有一定的通用性，為靈活構(gòu)建其它測(cè)試系統(tǒng)提供一定參考依據(jù)。 仿真模型的驗(yàn)證及純電動(dòng)汽車的硬件在環(huán)測(cè)試。通過與實(shí)車測(cè)試數(shù)據(jù)的對(duì)比，說明了所搭建的仿真模型滿足硬件在環(huán)測(cè)試的精度要求，為硬件在環(huán)測(cè)試提供了可信的載體。在此基礎(chǔ)上，本文對(duì)整車控制器的控制策略進(jìn)行了全面的測(cè)試，既包括了整車控制器任務(wù)調(diào)度的測(cè)試，又包括了不同行駛狀態(tài)下具體策略的測(cè)試，同時(shí)還對(duì)預(yù)充電過程中三個(gè)開關(guān)的動(dòng)作邏輯進(jìn)行了故障注入的測(cè)試。在模型準(zhǔn)確，控制策略得當(dāng)?shù)幕A(chǔ)上，本文最后對(duì)仿真的純電動(dòng)汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了一個(gè)綜合測(cè)試，驗(yàn)證了整車控制器的控制邏輯和控制策略的合理性，說明了本文所搭建的硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)滿足測(cè)試需求并且具有較高的精度。 【關(guān)鍵詞】：純電動(dòng)汽車 硬件在環(huán) 實(shí)時(shí)系統(tǒng) 實(shí)時(shí)性 多任務(wù)處理
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U469.72
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 圖表目錄10-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 電動(dòng)汽車概述12-17
• 1.1.1 電動(dòng)汽車的定義12-14
• 1.1.2 電動(dòng)汽車的優(yōu)缺點(diǎn)分析14
• 1.1.3 電動(dòng)汽車的發(fā)展?fàn)顩r14-16
• 1.1.4 電動(dòng)汽車的發(fā)展展望16-17
• 1.2 硬件在環(huán)概述17-20
• 1.2.1 硬件在環(huán)的定義17-19
• 1.2.2 硬件在環(huán)在汽車上的應(yīng)用舉例19-20
• 1.3 課題的提出及本文的主要研究?jī)?nèi)容20-22
• 1.3.1 課題的提出20
• 1.3.2 主要研究?jī)?nèi)容20-22
• 第2章 純電動(dòng)汽車仿真模型的建立22-38
• 2.1 仿真方法的選擇22
• 2.2 純電動(dòng)汽車的建模22-36
• 2.2.1 電池模型23-26
• 2.2.2 電機(jī)模型26-29
• 2.2.3 電機(jī)預(yù)充電模型29-31
• 2.2.4 傳動(dòng)系模型31-32
• 2.2.5 整車動(dòng)力學(xué)模型32-35
• 2.2.6 駕駛員模型35-36
• 2.3 本章小結(jié)36-38
• 第3章 硬件在環(huán)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)38-50
• 3.1 軟硬件的選擇38-41
• 3.1.1 硬件的選擇38-40
• 3.1.2 軟件的選擇40-41
• 3.2 軟件的架構(gòu)41-46
• 3.3 實(shí)時(shí)系統(tǒng)下多任務(wù)的處理46-47
• 3.4 實(shí)時(shí)系統(tǒng)下程序的優(yōu)化47-49
• 3.5 本章小結(jié)49-50
• 第4章 純電動(dòng)汽車的硬件在環(huán)測(cè)試50-68
• 4.1 部件模型的驗(yàn)證50-54
• 4.1.1 電機(jī)模型的驗(yàn)證50-51
• 4.1.2 電池模型的驗(yàn)證51-52
• 4.1.3 電機(jī)預(yù)充電模型的驗(yàn)證52-53
• 4.1.4 駕駛員模型的驗(yàn)證53-54
• 4.2 硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)的搭建54-56
• 4.3 整車控制器控制策略的測(cè)試56-63
• 4.3.1 整車控制器任務(wù)調(diào)度的測(cè)試56-58
• 4.3.2 整車控制器扭矩策略的測(cè)試58-61
• 4.3.3 整車控制器預(yù)充電策略的測(cè)試61-62
• 4.3.4 整車控制器故障策略的測(cè)試62-63
• 4.4 純電動(dòng)汽車整車性能的測(cè)試63-66
• 4.4.1 動(dòng)力性能的測(cè)試63-65
• 4.4.2 能耗經(jīng)濟(jì)性的測(cè)試65-66
• 4.5 本章小結(jié)66-68
• 第5章 全文總結(jié)與工作展望68-72
• 5.1 全文總結(jié)68-70
• 5.2 工作展望70-72
• 參考文獻(xiàn)72-75
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的科研成果75-76
• 致謝76

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