随着不可再生能源的增速消耗和地球环境污染的日趋严重,政府部门和相关研究者对交通工具的关注由传统的内燃机车辆逐渐转移到新能源车辆上。基于蓄电池供电的电动汽车因其工作能效高、供能链污染小、技术相对成熟并且易于产业化的优势,受到人们的青睐。电动汽车的核心部分为电驱动系统,主要包括驱动电机及其控制系统、动力电机及其管理系统。电驱动系统的设计、开发和测试是保障电动汽车性能的关键工作。为了更方便的研究电驱动系统,研究者在设计早期通常采用仿真建模技术将实物建立成为虚拟模型加以研究。针对汽车电子控制系统(Electronic Control Unit,ECU),采用硬件在环(Hardware-in-the-Loop,HIL)测试,可以在台架测试和实车测试之前,及早发现ECU的设计问题并降低研发成本。本文结合实际项目需要,重点围绕电动汽车电驱动系统的设计选型、建模仿真、HIL仿真平台的搭建及电机控制器的HIL测试开展工作。主要研究内容包括:①对电动汽车电驱动系统类型进行分析,确定电驱动系统布置方式。根据电动汽车的整车参数和能性指标,进行电驱动系统的参数匹配设计。对驱动电机和动力电池系统进行产品选型和特性试验,为电驱动系统仿真建模获取参数和指标。②分析驱动电机基于坐标系变换的的数学模型。介绍永磁同步电机(PMSM)矢量控制原理及电动汽车用PMSM驱动电机矢量控制方法。列举并说明电池的几种建模方法。基于等效电路模型的方法,提出一种方便设置仿真参数的锂离子电池模型。③利用MATLAB/Simulink软件,构建电动汽车整车的仿真模型。重点介绍车辆动力学模型、驾驶员系统模型、永磁同步电机模型、动力电池模型在软件中的建模方法。针对电动汽车的动力性能进行仿真验证。对NEDC循环工况下的实际车速与目标车速、油门/刹车踏板开度、驱动电机实际扭矩与目标扭矩、驱动电机实际功率以及动力电池SOC的变化规律进行仿真分析。仿真结果说明了驱动电机与动力电池设计选型的正确性以及建模方法的合理性,证明了建立的整车仿真模型的响应是良好的。整车离线仿真模型可以用做HIL仿真测试的基础模型。④介绍HIL仿真测试基本原理,提出基于Simulink Real-Time实时环境的宿主机和目标机的“双机”实时仿真方法。描述了Simulink Real-Time实时环境的搭建步骤,包括宿主机和目标机的软硬件配置、目标机启动盘的制作、“双机”通讯方法和通讯测试。以电机控制器的测试信号为依据,进行数据采集板卡和CAN通信卡的选型。介绍Simulink中S-function的编写方式,并以Simulink Real-Time环境下编写PCI-1716板卡DI驱动为例,给出完整驱动程序的编写步骤和驱动模块的封装方法。设计HIL测试系统底层硬件架构,阐述HIL测试系统工作方式和信号传输路径。⑤根据数据监控的需求,设计HIL测试系统上位机界面。以设计的电机控制器系统功能为依据,编写HIL测试用例,并通过测试用例对电机控制器进行系统级别的功能测试。主要测试项为:电动汽车加速时电机瞬态响应速度、电机制动能量回收功能、电机制动能量回收最小转速限制功能和电机控制器过压保护功能。HIL测试完毕后,分别针对每个测试项的测试结果进行具体分析。最后得出结论:HIL测试结果均符合电机控制器的设计要求,所有的电机HIL测试项通过。