整车仿真

2 车轮模块的定义
图6是ADVISOR中车轮模块系统结构图。左侧为模块的输入 端，包括变量1、2，分别对应右侧的两个输出量。模块中主要有两 条运算路线（这个特点在后面的模块中也很普遍），一条是根据下 级模块的需求运算得到上级模块的需求，即“需求路线”；另一条 是由上级模块发出的功率到下级模块得到的实际功率（“实际路 线”）。在需求路线中，模型从车轮所需的驱动力和转速通过牵引 力控制接口和轮胎滑移率模块计算传动系应提供的转矩和转速。在 实际路线中，传动系提供的转矩和转速通过前/后制动控制接口和轮 胎滑移率等模块计算出车轮获得的牵引力和线速度。
(2)加速度性能仿真 该功能可以仿真的车辆性能有: 车辆从某一初速度加速到 某一末速度（v0~v1）所需要的最短时间、某一时间段 内车辆行驶的最大距离、行使某一段距离（如0~400m） 所需要的最短时间、最大加速度和最大车速。 （3）爬坡能力仿真 在设定车辆速度、持续时间、质量和多能源动力系统等 参数后，软件可以仿真出车辆在给定速度下的爬坡能力。 （4）参数研究 该功能允许用户选择1~3个部件参数，在三维坐标图上 用不同的颜色代表不同的数值，并分析这些参数对车辆 的燃料经济性和有害气体排放等性能的影响。
（3）设计控制策略
ADVISOR提供了并联电辅助驱动式控制 策略（Parallel Electric Assist）、自适应控制 策略（Adaptive Control Srategy）、模糊逻辑 控制策略（Fuzzy Logic Strategy）和本田 insight控制策略等6种控制策略模块。用户还 可以通过在ADVISOR的Simulink模型中输入控 制策略模型或使用GUI修改控制参数来设计自 己的控制策略。
ADVISTOR ( Advanced Vehicle Simulator）是美国国家能源 可再生能源实验室（NREL）于1994年研制的使用于各种车辆 的计算机仿真程序。它是一种基于MATLAB/SIMULINK环境 的仿真软件，通过选择各种标准循环行驶工况或者用户自己设 定的行驶工况，对传统的整车、动力系统或零部件模型性 能进行仿真，例如整车的动力性，燃油经济性和排放性等。它 提供方便快捷的图形操作界面（GUI），而且它的软件源代码 完全开放（提供开放的.m和.mdl文件），用户可以调用或者修 改其内部提供的通用子模块，用来组装所需的汽车模型进行仿 真。
ADVISOR中的主减速器模块如图7所示。 在需求路线中该模块根据车轮的需求转矩和 转速，考虑损耗和惯性作用等因素后计算出对 上级（变速器）模块的转矩和转速需求。而实际 路线则由变速器提供的转矩和转速计算出主减速器 实际输出的转矩和转速。ADVISOR中主减速器模块 的参数在变速器模块中定义。
4 变速器模块的定义
基于ADVISOR的整车动力性仿真 的整车动力性仿真 基于
在新车的早期开发阶段通常采用仿真和分析的方法使系统 得以单独的优化。但这需要一种高层次的系统的分析工具来研 究单独的零件在车辆中的相互作用，ADVISOR非常适合分析 纯电动汽车，混合动力汽车动力系统及传统车的宏观功率流等 级并实现车辆逆向/正向能量流的建模和分析。车辆的宏观功 率需求和每个元件可利用的能量都被计算出来并通过一个反馈 电路返回，能够很好的匹配如车轮、传动系和引擎等典型机械 动力系元件的能量流。
基于ADVISOR的纯电动汽车仿真模型的建立 的纯电动汽车仿真模型的建立 基于
在ADVISOR逆向仿真过程中，系统功率流根据循环工况 的要求，在考虑各个模块的机械效率和功率限制的前提下， 从车辆轮胎模块开始，计算当前模块对上一级模块的请求速 度和转矩值，依次逐级传递，直到电动机模块与能量存储模 块计算出他们各自所能提供的实际功率为止（如图4）。因 此ADVISOR中车辆模型的建立也就是对系统中各模块的修 改及定义。
• 车轮模块中需要定义的参数有： • wh_radius=0.385; %定义车轮滚动半径，单位：（m） • wh_inertia=40*wh_radius^2/2; %定义轮胎的转动惯量， 单位：（kg*m^2） • wh_1 st_rrc=0.00938; %定义轮胎的滚动主力系数
3 主减速器模块的定义
上图为ADVISOR中的变速器模块，与主减速器模块 类似，通过需求路线和实际路线分别得到了变速器输入 端所需转矩和转速（对电动机的要求）和变速器实际输 出的转矩和转速。 变速器模块中需要定义的参数包括： gb_ratio=[1.4 6]; %定义变速器各档速比 gb_gears_num=max(size（gb_ratio）); %定义变速 器档位数 gb_mass=120； %定义变速器质量，单位；（kg） fb_ratio=6.167; %定义主减速器速比 fb_mass=50; %定义主减速器质量，单位：（kg）
（5）计算辅助电器的负荷 该功能可以计算车辆辅助电器的能量消耗。这些电气设备主要 包括电动空调、照明及信号设备和音响等。用户定义这些设备 的电流-电压特性和与道路循环相关的使用时间等数据后，软件 就可以仿真处辅助电器的能量消耗。 （6）交互式仿真 该功能由系统控制（Simulation Controls）、车辆控制与显示 Simulation Controls (Vehicle Controls and Display) 和仿真输出(SimulationOutputs) 三部分组成，它支持实时地输入道路循环和动态显示每个仿真 计算步长的结果。系统控制部分负责控制仿真速度和动态输入 当前仿真时间步长的道路循环，包括请求速度和坡度。车辆控 制与显示部分模拟显示出车辆发动机转速表、车辆速度表（即 相对“请求速度”的“实际速度”）、燃油表、能量储存系统 的SOC表、加速踏板和换挡开关等仪表和控制开关的动态变化， 并用可视化的形式输出仿真结果。
1车辆模块的定义 车辆模块的定义
如图5所示，ADVISOR中车辆模块的输入量为仿真步长结束时的速度和 系统可提供的驱动力和线速度，根据车辆驱动力与行驶阻力平衡方程 （滚动阻力、坡度阻力、空气阻力和加速阻力模块）得到输出量，即车轮所需 要的驱动力和速度。 车辆模块中需要定义的参数包括： veh_description=’CA6700 Vehicle’; %定义汽车描述变量 veh_CD=0.56; %定义风阻系数 veh_FA=5.35； %定义迎风面积，单位：（m^2） veh_cg_height=0.735; %定义质心高度，单位（m） veh_front_wt_frac=0.4; %定义前轴荷占整车质量的百分比 veh_wheelbase=3.935; %定义轴距，单位：（m） veh_glider_mass=3190; %定义车辆滑行质量（kg） veh_cargo_mass=1950; %定义最大装载质量（包括乘员），单位：kg
ADVISOR的主要功能
1、估计设计汽车的动力性和燃油经济型； 2、了解传统汽车、混合汽车和电动汽车动力总成能量的使用和损 失情况； 3、比较不同循环工况汽车的燃油消耗和尾气排放； 4、评价混合动力汽车燃油转换装置（如发动机）的控制策略； 5、依据最低燃油消耗或最佳动力性能等原则优化整车参数，如齿 轮速比等。 ADVISOR是通过内部子模块进行组装的一种典型模块化仿真 软件，为组装各种所需的整车车型来进行仿真带来了方便。该软 件提供一个开放的开发环境，用户可以非常方便的增加自己所需 的模块，用其内部通过成熟模块来组装功能增强的车型。它建立 的逆向仿真模型是由速度、时间曲线来推断动力传动系统的准静 态系统模型，在仿真计算过程中，每一个零件按照能量流中下一 个部件的需求提供尽可能多的力矩或力，以此来满足特殊的行驶 循环工况要求。
(2）设置部件的仿真参数 ADVISOR设计了整车（Vehicle）、燃料转换器（Fule converter，包括发动机和燃料电池）、能量储存系统（Energy Storage System，简称ESS，用于储存电能的设备，如蓄电池）和 电动机（Motor）等多个部件的仿真模型，每个仿真模型包括版本、 类型和部件的参数值。其中版本是指模型的种类，通常不同版本的 模型有不同的仿真效果：类型是指部件的类型，如发动机模型的版 本有内燃机ic、基于神经网络的内燃机nn-ic和燃料电池fcell三个版 本，其中内燃机ic版本的模型又分为点燃si和压燃ci两类。发动机模 型的参数包括质量、功率、缸径和特性曲线等参数。用户可以在修 改ADVISON已有的电动汽车数据的基础上建立和保存自己的传动 系统数据文件。部件的参数值可以在GUI（图形用户界面）上或直 接打开MATLAB的M文件进行修改。
ADVISOR的仿真过程
ADVISOR的仿真过程分为定义车辆仿真参数、运 行仿真和分析仿真结果三个步骤，具体如下： 1定义车辆的仿真参数 （1）选择传动系统类型（运行界面如图1） ADVISOR提供了两种定义车辆传动类型的方式。一种是软 件内部保存的包括insight和Prius在内的37种电动汽车数据 文件，用户可以选择相关类型的汽车对其传动系统进行修 改。另一种是软件内部保存了传统汽车、纯电动汽车、燃 料电池电动汽车和各种形式的混合动力汽车等8种类型汽车 的传动系作为模块，用户可调用模块并在此基础上定义自 己的传动系统，还可将自定义新类型的传动系增加到软件 的模板库中。
5 电动机模块的定义
图9所示的电动机模块中，程序根据转子所需转矩和转速 通过电动机转速预估程序，考虑了惯性作用和转矩限制等影响 因素，在参考电动机输出功率Map图的基础上计算得到电动机 所需的输入功率。在实际路线中通过可得到的电动机输入功率 求出转子可得到的驱动转矩和转速。 电动机模块中需要定义的参数包括： mc_map_trq=[-239.0 -221.0 -190.3 -172.7 -159.2 -145.6 -132.0 -118.5 -99.9 -89.4 -77.8 -64.2 -49.7 -34.1 -19.6 0.0 19.6 34.1 49.7 64.2 77.8 89.4 99.9 118.5 132.0 145.6 159.2 172.7 190.3 221.0 239.0]; %定义电动机的转矩范围
2、
运行仿真
（1）仿真工况的选择（运行界面如图2） ADVISTOR提供了道路循环（Drive Cycle）、多重循环 （Multiple Cycle）和测试过程（Text Procedure）三种仿真工 况来仿真车辆的性能。 ① 道路循环提供了CYC_ECE、CYC_FTP和CYC_1015等56中 国外标准道路玄幻提供用户选择，另外提供了行程设计器（Trip builder）可以将多达八种步通的道路循环任意组合在一起，综合 仿真车辆的性能。 ② 多重循环功能可以用批处理的方式以相同的初始条件，快速 计算和保存不同的道路循环情况下的仿真结果，并将它们显示在 一起，供用户进行比较。 ③ 测试过程包括TEST_CITY_HWY和TEST_FTP等八个国外标 准的测试过程供用户选择。
3 、 仿真结果输出形式
（1）仿真参数图（Parametric Results Figure）。 它能同时显示任意4组部件的参数值随仿真时间 变化的情况。（界面如图3） （2）仿真报告（Results Figure）。它包括燃料 消耗率、行驶里程、有害气体排放、加速度和爬 坡能力。 （3）能源消耗图（Energy Use Figure）。它报 告各个部件在作功模式（Power Mode）和能量 再生模式（Regen Mode）下的输入能量、输出 能量和效率。 （4）比较仿真（Compare Simulations）。该功 能可以同时打开8个仿真结果文件和测试数据文件， 将它们显示在同一坐标图上进行比较。 （5）重放（Replay）功能。在可视的GUI上动态显示仿真结果。