CRUISE软件在混合动力汽车性能仿真中的应用_汪斌

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ＣＲＵＩＳＥ 软件在混合动力汽车性能仿真中的应用 ／ 汪 斌， 李 峥， 彭红涛等
计算机应用
在 ＣＲＵＩＳＥ 中有三种连接： ①机械连接： 传递机械部件的特征信息如转速、 加速度、力和力矩等； ②电气连接： 传递电气部件之间的电信号如电 压、电流等； ③总线连接： 用于部件之间相关信号的传递如 控制信号、挡位信息等。 ２．１．２ 参数输入及任务定义 双击各部件模型， 便会出现部件参数输入面板 （ 如图 ２ 所示） ， 依次输入数据即可。当然， 要想使得 计算结果比较准确， 则需要大量的试验数据， 并根据 模拟计算和分析的结果进行适当的修正。
Ｐｒ ｅｓｓｕｒ ｅ Ｍｏｎｉｔｏｒ ｉｎｇ
ＹＩＮ Ｙｕ－ ｌｏｕ， ＳＵＮ Ｌｉ－ ｓｈｅｎｇ
ＴＰＭＳ， ｉｔ ｃａｎ ｒｅａｌｉｚｅ ａｕｔｏ－ ｄｅｆｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｉｒｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ：ｔｉｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ； ａｕｔｏ－ ｄｅｆｌａｔｉｏｎ； ｍｏｎｉｔｏｒ ｏｎ ｔｉｍｅ
－
６０
电 机 最 大 电 动 功 率／ｋＷ
－
６０
电机与发动机耦合比
－
１．５
车 轮 半 径／ｍｍ
５１５
５１５
３．２ 传统车性能仿真与试验结果的对比
３．２．１ 动力性能仿真
我 们 对 直 接 挡 ３０～８０ｋｍ／ｈ 加 速 过 程 进 行 了 试
验结果与仿真结果的对比， 对比结果详见表 ２。
表 ２ 直接挡加速试验结果与仿真结果
发的用于汽车动力性、经济性、排放性能和其他整车性能模拟的高级软件。在分析 ＣＲＵＩＳＥ 软件应用过程的基础上，
通过仿真实例， 说明了应用 ＣＲＵＩＳＥ 提供的强大功能， 能很好地对混合动力汽车进行仿真研究。
关键词： ＣＲＵＩＳＥ； 混合动力汽车； 仿真
中图分类号： ＴＨ１３２．３２
文献标识码： Ａ
文章编号： １００５－ ２５５０（ ２００７） ０５－ ００３８－ ０３
建模的目的是要有效地反映所描述的对象， 因 此， 需要对混合动力汽车的原型车建模仿真， 其目的 有： ①验证数据的准确性； ②验证整车模型的准确 性。
经济性、排放性能和其他整车性能进行模拟分析的 工具［１］ 。
在验证了原型车的基础上， 建立混合动力汽车 模型， 保留其共有的部分， 添加混合动力特有的部件
ＷＡＮＧ Ｂｉｎ， ＬＩ Ｚｈｅｎｇ， ＰＥＮＧ Ｈｏｎｇ－ ｔａｏ， ＺＨＵ Ｙｕ （ Ｄｏｎｇ Ｆｅｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｃｏ．， ＬＴＤ， Ｗｕｈａｎ ４３００５６， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｉｔ ｉｓ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ｐｒｅｄｉｃｔ ｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｅｘｈａｕｓｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｈｙｂｒｉｄ ｖｅｈｉｃｌｅ． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ＣＲＵＩＳＥ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂｙ ＡＶＬ ｉｓ ｔｈｅ ｓｕｐｅｒｉｏｒ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｖｅｈｉｃｌｅ
模型， 编制控制算法， 连接控制信号。
１ ＣＲＵＩＳ Ｅ 软件特点
２．１ 建立原型车模型
２．１．１ 建立结构模型
ＣＲＵＩＳＥ 提供了图形化的交互环境， 只需使用
根据汽车功率流的走向， 依次将 ＣＲＵＩＳＥ 中各
拖放的方法从模型库中拖出相应的元件， 就能迅速 组件的模块拖入， 建立连接关系， 建立原型车的结构
ＣＲＵＩＳＥ 软件有多种计算方式， 就算法而言可 分为稳态计算、准稳态计算、动态计算； 就计算种类 来说可分为单个计算、矩阵计算、部件组计算和工程 组计算。用户可根据需要设置相应的计算方式。
ＣＲＵＩＳＥ 使用图形化的方式， 非常直观地显示 计算结果； 也可分别定义各个部件是否输出数据， 并 可将需要分析的数据输出到 Ｅｘｃｅｌ 中。 ２．２ 建立混合动力汽车模型
２００５ 《重型混合动力电动汽车 能量消耗量试验方
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计算机应用
汽车科技第 ５ 期 ２００７ 年 ９ 月
车 速／ｋｍ·ｈ－ １
法》。仿真换挡过程采用实车采用的换挡规律。仿真 计算结果和试验结果的对比关系详见表 ３。
６０ ５０ ４０ ３０ ２０ １０
０ ０ ２００ ４００ ６００ ８００ １０００ １２００ １４００
略 。 这 里 ， 控 制 策 略 使 用 的 是 ＭＡＴＬＡＢ６．５ 与 ＣＲＵＩＳＥ 混合仿真技术来实现的。 ３．３．２ 仿真结果与试验结果的对比
混合动力车可以使发动机在相对高效的区域工
作， 在经济性能仿真中， 针对发动机高效区不同的范
围作了仿真， 即允许发动机的最小工作转矩分别是 各转速下最高效率点对应转矩的 ７０％、８０％和 ９０％。 仿真使用的循环工况与传统车相同， 结果如表 ４ 所
１６
１７
防滑控制 监视器
１２
后左制动器 ＋
８ 后左车轮
收稿日期： ２００７－ ０３－ １９
图 １ 原型车仿真模型示例
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
［ ３］ 刘聚德．车辆沙地通过性研究中几个关键问题的讨论［ Ｊ］ ．
（ Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９６， Ｃｈｉｎａ）
模与仿真分析［ Ｊ］ ． 重庆大学学报（自然科学版）， ２００５， ２８， （１１）：８￣１１． ［ ３］ 张翔， 钱立军， 张炳力， 等．混合轿车控制策略的仿真 ［ Ｊ］ ． 汽车科技， ２００４， （ ５．）
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＲＵＩＳＥ Ｓｏｆｔｗａｒ ｅ ｏｎ ｔｈｅ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｙｂｒ ｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ
在验证了原型车并获得满意的结果后， 就可以 在此基础上， 建立混合动力汽车的模型。保留两者共 有组件， 更换动力系统及其他不同的组件， 如发动机 模型； 加入电池模型和电机模型； 输入相应的数据， 并建立相应的连接关系。
通 过 ＢｌａｃｋＢｏｘ 或 者 ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ 建 立 自己的混合动力汽车能量分配控制策略， 并通过 ＣＲＵＩＳＥ 提 供 的 接 口 模 块 向 控 制 模 型 输 入 数 据 ， 并 负责把策略生成的控制信号输出， 通过 ＣＲＵＩＳＥ 的 总线连接的方式来控制相应的部件。混合动力模型
时 间／ｓ
图 ４ 中国典型城市公交循环 表 ３ 传统车油耗仿真与试验结果
Ｌ／１００ｋｍ
车型
仿真结果
试验结果
仿真偏差
Ｉ
４０．５７
４１．３５
－ １．８８％
ＩＩ
４０．６２
４２．１５
－ ３．６１％
ＩＩＩ
４０．１４
４２．１５
－ ４．７６％
通过上述结果对比可以看到传统车动力性和总
体油耗的仿真结果与试验结果偏差很小， 说明仿真
随着石油资源的日益枯竭以及全球环境的恶 使用户能方便地开发复杂的控制算法。
化， 人们对汽车的燃油经济性和排放性能的要求也
越来越高， 而混合动力汽车被认为是目前最有可能 ２ 整车仿真模型的建立
实际应用的一种。
但是， 混合动力汽车结构复杂， 在开发过程中， 使用传统的方法很难对其经济性和排放性能进行预 测； 使用计算机仿真技术能够有效地解决这一问题。 ＡＶＬ ＣＲＵＩＳＥ 软件便是一种可对汽车动力性、燃油
计算机应用
汽车科技第 ５ 期 ２００７ 年 ９ 月
ＣＲＵＩＳＥ 软件在混合动力汽车性能仿真中的应用
汪 斌， 李 峥， 彭红涛， 朱 禹
（ 东风电动车辆股份有限公司， 武汉 ４３００５６）
摘要： 混合动力汽车结构复杂， 使用传统的方法很难对其经济性和排放性能进行预测。ＣＲＵＩＳＥ 软件是 ＡＶＬ 公司开
表 ５ 混合动力车动力性仿真与试验结果
最高车速／ｋｍ·ｈ－１ 最大爬坡度／％ ０－ ５０ｋｍ／ｈ 加速时间／ｓ
设计要求
＞８０
＞２５
＜３５
计算值
８８．５
３１．５
２５．５３
试验值
８２ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
２５
２９．９
分析上述混合动力车性能仿真结果与试验值， 可以检验所开发的控制策略的正确性。
４ 结论
１）应 用 ＣＲＵＩＳＥ 软 件 的 强 大 功 能 ， 能 够 有 效 地 对混合动力汽车的性能进行预测， 为混合动力汽车 的研究开发提供可靠的依据；
１２ 后左制动器
９ 后左车轮
图 ３ 混合动力车的结构模型示例
３ 计算实例
图 ２ 发动机特性参数的输入示例 输入组件参数后， 要根据自己的仿真目的定义
相应的计算任务， ＣＲＵＩＳＥ 的计算任务有循环工况、 全负荷加速、最高车速、巡航工况、爬坡性能、最大牵 引力、制动／滑行性能； 然后定义换挡规律和驾驶员 特征参数。 ２．１．３ 仿真计算和结果分析
如图 ３ 所示。
１ 混合动力整车模型
１７
４
ＣＶＴ控 无级变速器
制器
ＣＶＴ
５ 主减 速器
３ 离合器
１８
１４
２２
６ 前右车轮
１１ 前右制动器
２３ 监视器
８ 后右车轮
１０ 后右制动器
１５ 差速器
２１ 制动转矩差计算
动力电池 电机
１９
电池管 理系统
２ 发动机
总力矩计算 １３
１６
前左制动器
２０
７ 转矩差计算 前左车轮 驾驶员
车辆工程， １９９６， （ ２） ： １０３－ １０７．
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａ ｔｉｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
Ｒｅｓｅａｒ ｃｈ ｏｎ Ａｕｔｏ Ｄｅｆｌａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｔｉｒ ｅ
ａｎｄ ｈｏｌｄ ｏｕｔ ａ ｎｅｗ ａｕｔｏ－ ｄｅｆｌａｔｉｏｎ ｖａｌｖｅ ｓｙｓｔｅｍ． Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｍｏｎｉｔｏｒ ｔｈｅ ｔｉｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｎ ｔｉｍｅ． Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ
２） 将 ＣＲＵＩＳＥ 软件用于混合动力汽车性能的预 测， 使设计人员的主要精力集中于控制策略的设计， 显著提高了工作效率。
参考文献： ［ １］ 邹渊， 孙逢春， 王军， 等． 电动汽车用仿真软件技术发展研
究［ Ｊ］ ． 机械科学与技术， ２００４， ２３， （７）：７６１￣７６４． ［ ２］ 刘振军， 赵海峰， 秦大同．基于 ＣＲＵＩＳＥ 的动力传动系统建
结果可以基本真实反映实车油耗情况， 仿真成果可
以用于整车经济性控制策略的开发。
３．３ 混合动力车性能仿真与试验结果的对比 ３．３．１ 控制策略的建立
根据上述混合动力仿真开发过程， 在对基础车 型获得满意的仿真结果的情况下， 就可以着手利用
ＣＲＵＩＳＥ 平 台 来 进 一 步 开 发 混 合 动 力 车 的 控 制 策
示。
表４ 混合动力仿真结果
组号
油耗（Ｌ／１００ ｋｍ）
ＳＯＣ 初值
ＳＯＣ 终值
１
２８．７８
０．５
０．５１
２
２８．９０
０．５
０．５１
３
２９．２９
０．５
０．５２
３．３．３ 动力性能仿真与试验结果 混合动力车的动力性能也要满足设计指标的要
求， 利用 ＣＲＵＩＳＥ 软件可以很方便地计算所需的各 种动力。表 ５ 给出了混合动力车动力性仿真结果与 试验结果。
的汽车传动系统进行仿真建模； ②智能化的驾驶员模型， 能够模拟驾驶员的真
实反映； ③黑箱（ ＢｌａｃｋＢｏｘ） 模块和 ＭＡＴＬＡＢ 接口模块，
７ 前右车轮 ＋
１１
前右制动器
６ 后右车轮
＋ １０ 后右制动器
２
３
４
＋
发动机 离合器 变速器
５
１４
－
主减速器 差速器
１３
前左制动器 ＋
９ 前左车轮
１５ 驾驶员
３．１ 车辆模型的建立 混合动力车是在传统车结构基础上搭建的。要
想获得准确的混合动力仿真结果， 首先要准确地搭 建传统车模型， 在此基础上再根据混合动力车的具 体形式建立车辆模型。整车参数如表 １ 所示。
表 １ 整车参数
传统车
混合动力
发 动 机 最 大 功 率／ｋＷ
１６２
１１０
电 机 最 大 发 电 功 率／ｋＷ
地建立系统的结构框图， 添加相应的控制模块， 并正 模型（ 如图 １ 所示） 。
确连接数据总线， 便可很快得到系统模型。用户能方 １ 便地修改动力传动系的配置。所以用它来对动力传
图 ３ 从机结构 整车模型
动 系 统 建 模 将 是 一 件 比 较 轻 松 的 事 情 ［ ２］ 。 ＣＲＵＩＳＥ 的主要特点有： ①灵活的模块化设计理念可以对任意结构型式
ｓ
正向比较
反向比较
初 速 度／ｋｍ·ｈ－ １
２９．０
３１．０
试验结果
３８．９
３６．４
仿真计算结果
４１．０５
３８．７５
偏差
２．１５
２．３５
相 对 偏 差／％
５．５３
６．４６
３．２．２ 经济性能仿真 传统公交车采用中国典型城市公交循环 （ 图 ４
所示） 进行油耗评价。 仿 真 装 载 质 量 等 边 界 条 件 遵 循 ＧＢ／Ｔ１９７５４ －