專利名稱：一種用于汽車電子控制系統(tǒng)中的電機(jī)的仿真設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于汽車的仿真設(shè)備，尤其是一種可用于對(duì)汽車上所采用的 電子控制器系統(tǒng)中的電機(jī)進(jìn)行仿真的仿真設(shè)備。
背景技術(shù)：
典型的汽車電子控制系統(tǒng)，例如汽車電子控制器(ECU)等，是一種廣泛應(yīng)用于汽 車領(lǐng)域的電子控制裝置，該裝置通過(guò)測(cè)量汽車各部件的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)汽車進(jìn)行調(diào)節(jié)和校準(zhǔn)。在研制和開(kāi)發(fā)汽車電子控制器(ECU)的時(shí)候，廣泛采用了如下的開(kāi)發(fā)流程和/或 開(kāi)發(fā)方式在功能設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)階段，借助于數(shù)學(xué)建模工具(Matlab/Simulink)抽象出汽車 電子控制器及其控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)仿真的方式對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證。然后在快速控制原型(RCP)階段，將前一個(gè)階段抽象出來(lái)的汽車電子控制器模型 借助于代碼生成器轉(zhuǎn)換成一個(gè)可執(zhí)行程序，該可執(zhí)行程序在一個(gè)硬件平臺(tái)上運(yùn)行，該硬件 平臺(tái)可以通過(guò)相應(yīng)的I/O接口與實(shí)際控制對(duì)象相互作用。如果控制效果是滿意的，則由代 碼生成器將抽象出來(lái)的汽車電子控制器模型生成批量電子控制器硬件可執(zhí)行的代碼。在批 量汽車電子控制器與實(shí)際控制對(duì)象一起使用之前，需要進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)試，通常使用硬件在 回路測(cè)試(Hardware-In-The-Loop，簡(jiǎn)稱 HIL 測(cè)試)。在HIL測(cè)試中，批量汽車電子控制器與測(cè)試裝置相連接，在測(cè)試裝置上借助車輛 模型對(duì)被測(cè)電子控制器的功能進(jìn)行仿真，車輛模型的狀態(tài)通過(guò)傳感器模擬傳遞給電子控制 器，同時(shí)采集電子控制器的輸出，從而實(shí)現(xiàn)電子控制器和測(cè)試裝置的交互聯(lián)系。但是，上述現(xiàn)有的仿真設(shè)備在具體應(yīng)用于汽車上的電機(jī)進(jìn)行仿真的時(shí)候尤其困 難，因?yàn)殡姍C(jī)中存在電感負(fù)載，在切斷電流之后，電感可以維持系統(tǒng)中的能量，因而會(huì)在電 路中產(chǎn)生反向電流?，F(xiàn)有仿真設(shè)備對(duì)于電機(jī)的仿真設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，且切換慢，效果不佳。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于汽車電子控制系統(tǒng)中的電機(jī)的仿 真設(shè)備，以減少或避免前面所提到的問(wèn)題。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提出了一種用于汽車電子控制系統(tǒng)中的電機(jī)的 仿真設(shè)備，該仿真設(shè)備包括至少一個(gè)測(cè)試裝置，該測(cè)試裝置分別與模擬所述電機(jī)的三個(gè)繞 組相連，所述測(cè)試裝置上還連接有一個(gè)用于模擬測(cè)量所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角位置的霍爾傳感 器；所述模擬的三個(gè)繞組分別由繞組電感和繞組電阻串聯(lián)構(gòu)成；所述測(cè)試裝置至少包括一 個(gè)連接所述模擬的三個(gè)繞組的加法器和一個(gè)連接所述加法器的積分器；所述積分器的輸出 端連接有一個(gè)乘法器，該乘法器接收來(lái)自所述繞組電阻和所述積分器的信號(hào)后反饋給所述 加法器；所述模擬的三個(gè)繞組以及模擬測(cè)量所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角位置的霍爾傳感器的信號(hào) 由一個(gè)微控制器控制的單元提供。本實(shí)用新型所提出的上述用于汽車電子控制系統(tǒng)中的電機(jī)的仿真設(shè)備通過(guò)硬件 的模擬，可以實(shí)現(xiàn)高速的切換時(shí)間(1微秒或者更快)。此外，即使在控制單元的輸出端斷開(kāi)的情況下，也能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)方向上產(chǎn)生實(shí)際的電流。而且，不需要改裝和改造實(shí)際負(fù)載。此 外，該裝置還提供了在不同的參數(shù)環(huán)境下的良好的可調(diào)性。而且，可以對(duì)諸如汽車的傳動(dòng)系 統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，例如測(cè)試混合傳動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的高電流負(fù)載的情況。該測(cè)試裝置與真實(shí)負(fù)載相比， 在制造上可以實(shí)現(xiàn)很小的費(fèi)用。而且，也不需要制造昂貴的機(jī)械的電機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。

以下附圖僅旨在于對(duì)本實(shí)用新型做示意性說(shuō)明和解釋，并不限定本實(shí)用新型的范 圍。其中，圖1顯示的是根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的用于汽車電子控制系統(tǒng)中的 電機(jī)的仿真設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2顯示的是圖1所示結(jié)構(gòu)的電氣等效電路圖；圖3顯示的是該仿真設(shè)備的仿真模型基于硬件的部分電路示意圖；圖4顯示的是用于利用三個(gè)電流單元對(duì)三相電機(jī)進(jìn)行仿真的裝置示意圖，其中每 個(gè)電流單元仿真該電機(jī)的一個(gè)繞組。
具體實(shí)施方式
為了對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖說(shuō)明 本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
。其中，相同的部件采用相同的標(biāo)號(hào)。圖1顯示的是根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的用于汽車電子控制系統(tǒng)中的 電機(jī)的仿真設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖，該仿真設(shè)備包括至少一個(gè)測(cè)試裝置1，該測(cè)試裝置1分別與 模擬汽車電子控制系統(tǒng)中的電機(jī)2的三個(gè)繞組3、4、5相連，測(cè)試裝置1上還連接有一個(gè)用 于模擬測(cè)量電機(jī)2的轉(zhuǎn)子的角位置的霍爾傳感器6。電機(jī)2由三個(gè)繞組構(gòu)成，其中每個(gè)繞組的一端分別通過(guò)導(dǎo)線3、4和5連接到電機(jī) 外部，這些繞組的另一端在電機(jī)的內(nèi)部連接成星型結(jié)構(gòu)。如圖2所示，為了對(duì)電機(jī)2進(jìn)行仿真，需要在圖1的基礎(chǔ)上通過(guò)等效電路圖來(lái)對(duì)每 個(gè)繞組進(jìn)行建模。該等效電路圖由測(cè)試裝置1的外部電壓UPWM、繞組電感L、繞組電阻R以 及電源電壓UEMK串聯(lián)構(gòu)成。電源電壓UEMK用來(lái)模擬電機(jī)中通過(guò)電磁感應(yīng)得到的繞組電壓。為了能夠模擬電機(jī)的性能，在這里必須確定各個(gè)部件上的電流和電壓。其中，必須 要考慮到繞組星形連接端處的相電壓UST。因?yàn)檫@里所有的繞組都是相同的結(jié)構(gòu)，因此，在 下面來(lái)以繞組7為代表來(lái)說(shuō)明。電機(jī)繞組的電氣仿真一般被劃分為兩部分。其一是借助于電壓和電機(jī)參數(shù)計(jì)算流 過(guò)繞組的電流單元。另外是包括總電路(包括測(cè)量裝置1)輸入計(jì)算得到的電流的電流單元。為了計(jì)算繞組電流，通過(guò)圖3所顯示的電路實(shí)現(xiàn)模型的轉(zhuǎn)換，如圖所示，測(cè)試裝置 1通過(guò)對(duì)連接于電機(jī)2的負(fù)載進(jìn)行仿真來(lái)測(cè)試電機(jī)。該測(cè)試裝置1可以包括計(jì)算單元，其 根據(jù)被仿真的負(fù)載上的電壓計(jì)算流經(jīng)該負(fù)載的電流控制量；電流單元，其從計(jì)算單元接收 電流控制量，根據(jù)該接收到的電流控制量從電機(jī)獲取電流或使電流流入電機(jī)；和與電流單 元連接的電源。上述測(cè)試裝置可以由微處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)將多個(gè)加法器和乘法器 組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。[0022]具體來(lái)說(shuō)，測(cè)試裝置1可以至少包括一個(gè)連接所述模擬的三個(gè)繞組3、4、5的加法 器10、和一個(gè)連接加法器10的積分器8。積分器8的輸出端連接有一個(gè)乘法器9，該乘法器 9接收來(lái)自繞組電阻R和積分器8的信號(hào)后反饋給加法器10。具體來(lái)說(shuō)，加法器10從測(cè)量裝置1得到的輸入電壓UPWM中減去反電動(dòng)勢(shì)電壓 UEMK和星形連接電壓UST以及歐姆繞組電壓，并輸出該電壓給積分器8。積分器8以繞組電 感的可調(diào)節(jié)積分常數(shù)L對(duì)加法器10的輸出電壓進(jìn)行積分，積分器8的輸出電壓被用作于電 流單元11的電流源的控制量，并提供給電流源。乘法器9由線圈電流和外部提供的線圈電 阻值R計(jì)算電阻上的電壓，所得到的壓降從加法器10的UPWM中減去，并反饋給加法器10。以上部分中，加法器10可以是模擬運(yùn)算放大電路。積分器8可以由乘法器來(lái)實(shí)現(xiàn)。 控制量R，UST，UEMK和L由計(jì)算機(jī)的控制卡模擬輸出到圖3所顯示的單元中，該卡也可以由 上述計(jì)算單元構(gòu)成?？刂屏縐PWM可以通過(guò)可調(diào)節(jié)的電流源11輸出到圖3所顯示的單元。為了對(duì)電機(jī)進(jìn)行仿真，三個(gè)被仿真的電機(jī)繞組20必須被連接到控制單元1上，如 圖4所示，模擬的三個(gè)繞組3、4、5以及模擬測(cè)量所述電機(jī)2的轉(zhuǎn)子的角位置的霍爾傳感器 6的信號(hào)由一個(gè)微控制器控制的單元18提供，微控制器控制的單元18可以是一臺(tái)PC機(jī)， 也可以是其他的控制設(shè)備。測(cè)量裝置1通過(guò)連接電路19獲得霍爾傳感器6的被仿真信息。 因此，該裝置在不拆除或者安裝任何部件的情況下，能夠?qū)﹄姼械呢?fù)載進(jìn)行模擬。對(duì)于任意 用于電阻或電感的值，可以通過(guò)純軟件技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)條件數(shù)據(jù)的輸入。本實(shí)用新型所提出的上述用于汽車電子控制系統(tǒng)中的電機(jī)的仿真設(shè)備通過(guò)硬件 的模擬，可以實(shí)現(xiàn)高速的切換時(shí)間(1微秒或者更快)。此外，即使在控制單元的輸出端斷開(kāi) 的情況下，也能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)方向上產(chǎn)生實(shí)際的電流。而且，不需要改裝和改造實(shí)際負(fù)載。此 外，該裝置還提供了在不同的參數(shù)環(huán)境下的良好的可調(diào)性。而且，可以對(duì)諸如汽車的傳動(dòng)系 統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，例如測(cè)試混合傳動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的高電流負(fù)載的情況。該測(cè)試裝置與真實(shí)負(fù)載相比， 在制造上可以實(shí)現(xiàn)很小的費(fèi)用。而且，也不需要制造昂貴的機(jī)械的電機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。以上所述僅為本實(shí)用新型示意性的具體實(shí)施方式
，并非用以限定本實(shí)用新型的范 圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變化、 修改與結(jié)合，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求一種用于汽車電子控制系統(tǒng)中的電機(jī)的仿真設(shè)備，其特征在于，該仿真設(shè)備包括至少一個(gè)測(cè)試裝置(1)，該測(cè)試裝置(1)分別與模擬所述電機(jī)(2)的三個(gè)繞組(3、4、5)相連，所述測(cè)試裝置(1)上還連接有一個(gè)用于模擬測(cè)量所述電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)子的角位置的霍爾傳感器(6)；所述模擬的三個(gè)繞組(3、4、5)分別由繞組電感(L)和繞組電阻(R)串聯(lián)構(gòu)成；所述測(cè)試裝置(1)至少包括一個(gè)連接所述模擬的三個(gè)繞組(3、4、5)的加法器(10)、和一個(gè)連接所述加法器(10)的積分器(8)；所述積分器(8)的輸出端連接有一個(gè)乘法器(9)，該乘法器(9)接收來(lái)自所述繞組電阻(R)和所述積分器(8)的信號(hào)后反饋給所述加法器(10)；所述模擬的三個(gè)繞組(3、4、5)以及模擬測(cè)量所述電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)子的角位置的霍爾傳感器(6)的信號(hào)由一個(gè)微控制器控制的單元(18)提供。
專利摘要一種用于汽車電子控制系統(tǒng)中的電機(jī)的仿真設(shè)備，該仿真設(shè)備包括至少一個(gè)測(cè)試裝置，該測(cè)試裝置分別與模擬所述電機(jī)的三個(gè)繞組相連，所述測(cè)試裝置上還連接有一個(gè)用于模擬測(cè)量所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角位置的霍爾傳感器；所述模擬的三個(gè)繞組分別由繞組電感和繞組電阻串聯(lián)構(gòu)成；所述測(cè)試裝置至少包括一個(gè)連接所述模擬的三個(gè)繞組的加法器和一個(gè)連接所述加法器的積分器；所述積分器的輸出端連接有一個(gè)乘法器，該乘法器接收來(lái)自所述繞組電阻和所述積分器的信號(hào)后反饋給所述加法器；所述模擬的三個(gè)繞組以及模擬測(cè)量所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角位置的霍爾傳感器的信號(hào)由一個(gè)微控制器控制的單元提供。上述仿真設(shè)備通過(guò)硬件的模擬，可以實(shí)現(xiàn)高速的切換時(shí)間。
文檔編號(hào)G05B17/02GK201716548SQ20102022594
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月9日
發(fā)明者吉英存 申請(qǐng)人:北京經(jīng)緯恒潤(rùn)科技有限公司