基于LabVIEW的混合动力汽车模拟器的设计与开发

【摘要】：能源危机和环境污染是目前汽车工业发展的所面临的两大问题，混合动力汽车是解决这两大问题的有效途径之一。在混合动力系统中，整车控制器（HCU）负责协调系统中各部件高效可靠的工作，直接关系到混合动力整车的性能和安全，所以整车控制器的开发测试是混合动力汽车的关键技术。目前国内外的汽车厂商主要采用硬件在环（HIL）的方案进行HCU的功能测试，由于HCU算法本身实时性不高，而主流硬件在环模拟器成本都比较昂贵，所以本文提出了一种基于低成本LabVIEW cRIO硬件的整车模拟器，通过合理的算法设计，该模拟器完全可以满足HCU功能测试的基本需求。 本文主要在以下四个方面进行了混合动力汽车模拟器的研究。 根据HCU在环测试实时性及硬件的要求，选用了NI公司的cRIO套件即模拟器的硬件。cRIO系统自带高速浮点单片机及FPGA，可以充分保证系统运行的实时性。同时，cRIO软件系统可以和LabVIEW无缝连接，可以方便的通过LabVIEW编程实现单片机及FPGA中的实时算法。 利用LabVIEW控制与仿真模块建立了电机模型、发动机模型、电池模型、传动系模型和整车动力学模型。本文对于发动机、电机、电池采取基于实验数据的建模方法，简单可靠。根据单轴并联式混合动力汽车的结构，建立起混合动系统的仿真模型，并实现了整车动态性能的仿真。 利用labview人机界面设计的优势，实现了友好上位机监控界面。该界面不但可以通过数字图表实时显示仿真器中的各项数据，而且可以实时动画显示混合动力汽车内部的能量流动，为混合动力控制策略的开发提供了极大的便利。 基于Labview自身的仿真功能和HCU快速原型对本文开发的模拟器功能进行了HCU离线仿真和在线仿真验证。实验结果说明，本文开发的混合动力汽车模拟器，可以较好的反映出混合动力整车的动态性能，算法的实时性完全可以满足HCU的测试要求。 【关键词】：LabVIEW 混合动力 模拟器 cRIO
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U467.13
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 混合动力汽车概述11-14
• 1.1.1 混合动力汽车定义11-12
• 1.1.2 混合动力汽车的优缺点12
• 1.1.3 混合动力汽车的发展现状12-14
• 1.2 混合动力汽车控制系统的介绍14-16
• 1.3 混合动力汽车模拟器的提出16-17
• 1.4 混合动力汽车模拟器的开发工具17-19
• 1.5 本文的主要研究内容19-21
• 第2章 基于 LabVIEW的 cRIO嵌入式系统21-35
• 2.1 cRIO 嵌入式系统简介21-22
• 2.2 cRIO 的开发构架22-29
• 2.2.1 cRIO 的硬件构架及选型配置22-26
• 2.2.2 cRIO 的软件配置26-29
• 2.3 cRIO 的开发流程29-31
• 2.4 cRIO 系统之间的通信31-34
• 2.4.1 上位机与实时控制器之间的通信31
• 2.4.2 实时控制器与 FPGA 之间的通信31-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 混合动力汽车模拟器的总体方案设计35-45
• 3.1 混合动力汽车模拟器原理设计35-37
• 3.1.1 研究对象描述35-36
• 3.1.2 混合动力汽车模拟器的原理36-37
• 3.2 混合动力汽车模拟器的总体结构37-38
• 3.3 混合动力汽车模拟器的通信模块调试38-42
• 3.3.1 模拟器的 CAN 通信调试38-41
• 3.3.2 模拟器的 I/O 接口调试41-42
• 3.4 混合动力汽车模拟器上位机界面42-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 混合动力汽车模拟器的仿真建模45-65
• 4.1 LabVIEW 控制与仿真模块介绍45
• 4.2 发动机模型45-48
• 4.2.1 发动机建模方法45-46
• 4.2.2 发动机仿真模型46-48
• 4.3 电池模型48-51
• 4.4 电机模型51-57
• 4.4.1 电机模型51-55
• 4.4.2 电机预充电模型55-57
• 4.5 传动系模型57-60
• 4.5.1 离合器模型57-58
• 4.5.2 变速箱模型及主减速器模型58-60
• 4.6 整车动力学模型60-62
• 4.6.1 车辆动力学数学模型60-62
• 4.6.2 仿真模型62
• 4.7 混合动力汽车模拟器仿真模型62-64
• 4.8 本章小结64-65
• 第5章 混合动力汽车模拟器仿真实验测试65-72
• 5.1 混合动力汽车预充电过程的实时仿真65-68
• 5.1.1 预充电实验电路布置65-66
• 5.1.2 预充电仿真实验结果分析66-68
• 5.2 整车模型的实验仿真测试68-71
• 5.2.1 整车动力性仿真69-70
• 5.2.2 整车模型实验仿真70-71
• 5.3 本章小结71-72
• 第6章 全文总结与工作展望72-75
• 6.1 全文总结72-73
• 6.2 工作展望73-75
• 参考文献75-79
• 致谢79

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