【Simulink模型】新能源电动汽车VCU,BMS hil硬件在环仿真测试模型 Simulink模型

摘要

本文设计并实现了一套新能源电动汽车的VCU和BMS控制策略，利用Simulink搭建整车模型，并通过硬件在环（HIL）平台进行仿真测试。系统验证了VCU和BMS在电池管理、电机控制和整车能量分配中的性能和可靠性，为新能源车辆的开发和测试提供了有效工具。

理论

1. 电动汽车动力系统结构

电动汽车主要由动力电池、电机驱动系统和能量管理系统组成。其核心控制单元包括：

• VCU（整车控制器）：负责车辆整体能量分配和状态管理。
• BMS（电池管理系统）：对电池组进行实时监测、保护和均衡管理。

2. 硬件在环（HIL）仿真技术

HIL仿真技术通过实时仿真模型与实际硬件交互，测试控制系统的性能和鲁棒性。HIL测试能够在不依赖物理样机的情况下进行复杂场景模拟，从而提高开发效率。

3. Simulink模型设计

在Simulink中，整车模型包括：

• 动力电池模型：基于SOC（荷电状态）、电压、电流和温度。
• 电机和逆变器模型：实现车辆驱动和回馈制动。
• 车辆动力学模型：用于模拟车辆行驶过程中的动态行为。

实验结果

1. VCU与BMS的协调控制

仿真测试中，VCU根据车辆工况调整电机功率输出，BMS实时监测电池状态并提供保护策略。测试结果表明，VCU与BMS之间实现了良好的数据交互。

2. 电池性能测试

通过HIL仿真，验证了BMS的过充、过放、过温等保护策略的有效性。在SOC变化测试中，电池组能维持稳定的性能输出。

3. 整车性能验证

车辆在不同驾驶工况（如加速、减速、坡道行驶）下表现出良好的动力性能和能量管理能力。

部分代码

% 电池模型参数R_bat = 0.01; % 内阻 (Ohms)C_bat = 100;  % 电池容量 (Ah)SOC_init = 0.8; % 初始SOC% 电池状态更新functionSOC_next = update_SOC(SOC, I, dt)    SOC_next = SOC - (I * dt) / C_bat;end% VCU控制逻辑function[P_motor, mode] = VCU_control(SOC, P_demand)if SOC > 0.2        P_motor = P_demand; % 正常模式        mode = 'Drive';else        P_motor = 0; % 低功率模式        mode = 'Low Power';endend% HIL测试主程序SOC = SOC_init;for t = 1:SimTime    P_demand = get_power_demand(t); % 获取当前需求功率    [P_motor, mode] = VCU_control(SOC, P_demand);    SOC = update_SOC(SOC, P_motor / V_bat, dt); % 更新SOCend% 绘制SOC变化plot(time, SOC_log);xlabel('Time (s)');ylabel('State of Charge (SOC)');title('Battery SOC During Simulation');

参考文献

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1. Zhang, C., Yang, J., & Wang, Z. (2015). Modeling and Simulation of Electric Vehicles for Hardware-in-the-Loop Testing. IEEE Transactions on Vehicular Technology.
2. Pisu, P., & Rizzoni, G. (2007). A Hardware-in-the-Loop Test Platform for Automotive Control Systems. Control Engineering Practice.
3. Guo, L., Chen, H., & Wang, X. (2020). Battery Management System Testing Using HIL Simulation. IEEE Access.

（文章内容仅供参考，具体效果以图片为准）