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新能源汽车动力系统控制器硬件在环测试解决方案

相比较传统汽车，新能源电动汽车（包括纯电动汽车与混合动力电动汽车）动力系统增加了电机驱动

系统、电池及其管理系统、整车控制器等关键零部件。如图1所示，为一种常见的插电式混合动力汽车拓

扑结构，与传统汽车相比，动力系统复杂程度增加，控制器数量增多，控制器测试的工作量与难度也相应

增加。

图1一种常见的插电式混合动力汽车拓扑结构

新能源电动汽车对动力系统的动力性、经济性、制动性、排放性、可靠性等方面都有很高要求，需要

对动力系统进行全面的测试，主要包括：

动力性测试：

最大输出功率

最大扭矩

加速时间

最大爬坡度

最高车速

经济性测试：

燃油消耗率

平均燃油消耗量

1/6

电池能量消耗率

平均电池能量消耗量

制动性测试

制动能量回收功能

制动加速度

制动距离

制动时方向稳定性

其它测试

相关排放物含量

安全防护

通信

故障诊断

在传统的电动汽车动力系统测试中，需要使用大功率直流电源、测功机、功率分析仪、电池检测、数

据采集等设备，并需要专门的配套实验室。即使有了测试环境与测试工具，传统的测试方法还存在以下问

题：

耗费大量电能并产生废旧电池

测试过程繁琐，耗费大量人力物力

电机、电池等在极端运行环境下有较大的安全风险

测试重现性较差，无法进行自动化测试

使用硬件在环(HIL)测试方法，结合传统测试方法，将新能源电动汽车动力系统测试分成两个关键步骤：

1.各个控制器的HIL测试，包括电池管理系统的HIL测试，电机控制器的HIL测试、整车控制器的HIL测

试以及多个控制器的集成HIL测试，经过这个步骤，可以发现各个控制器存在的大部分问题，大幅降低后

续大功率测试的风险与成本；

2.整车动力系统的联合测试，利用HIL设备与传统测试台架相结合的联合测试台，对整车动力系统进行联

合测试，用于验证动力系统的动力性、经济性、制动性、排放性、可靠性等指标，同时，对动力系统的通

信、安全防护、故障诊断等进行全面测试。

相比较传统测试方法，联合测试方法可以更早地发现问题，降低风险与成本，使测试更加全面的同时

缩短测试周期。

整车控制器HIL测试的基本原理

整车控制器HIL测试的基本原理是通过HIL设备模拟整车控制器所需的传感器信号，同时采集整车控

制器发出的控制信号，整车控制器与运行在HIL设备中的车辆模型构成闭环，由此实现整车控制器的硬件

在环测试。硬件在环测试设备主要由三部分组成：实时硬件仿真平台、试验管理软件及车辆实时仿真模型，

系统组成示意图如图2所示。

图2HIL测试系统

在HIL测试系统中运行的车辆实时仿真模型基于MATLAB/Simulink开发，模型结构如图3所示。针对

不同的应用领域，模型中各个子系统的详细程度会有所差别。

图3车辆仿真模型

整车控制器HIL测试项目

整车逻辑控制测试

能量管理功能的测试

扭矩分配功能的测试

通信网关功能的测试

车辆驾驶功能测试，包含起动、加减速、换挡、停车等过程

诊断功能的测试

整车动力系统的联合测试

HIL测试设备与传统大功率测试台架联合使用，构成联合测试台，如图4所示，为一种典型的电动汽车

动力系统联合测试台结构图。在传统测试中，测功机模拟车辆向电机提供负载，测功机控制台按照人工指

令或者指令脚本控制测功机的转速与扭矩，功率分析仪通过采集电压、电流、转速、扭矩等信息计算得到

动力系统的动力性、经济性、制动性等指标。

图4电动汽车动力系统联合测试台

利用联合测试台，除了以上传统测试项目外，还可以进行以下测试项目：

1.极限工况测试，利用HIL测试设备而不需要电机与测功机的参与模拟车辆超速、超载、紧急制动等极限

工况，测试动力系统各控制器在极限工况下是否符合要求。

2.故障诊断测试

通过HIL设备仿真直流母线电压