汽车仿真软件ADVISOR

ｗｈｅｅｌ ａｎｄ ｆｉｎａｌ ｄｒｉｖｅ＜ｆｄ＞
＜ｃｙｃ＞
ａｘｌｅ＜ｗｈ＞
Ｖｅｒｓｉｏｎ＆ Ｃｏｐｙｒｉｇｈｔ
Ａｌｔｉａ＿ｏｆｆ
＜ｖｃ＞ｃｏｎｖ
ｔｏｔａｌ ｆｕｅｌ ｕｓｅｄ（ ｇａｌ） ｇａｌ
ＡＮＤ
－ ｃ－ － ｃ－
ｇｅａｒｂｏｘ＜ｇｂ＞
ｆｕｅｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｃｌｕｔｃｈ＜ｃｌ＞ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｃｃｅｓｓｏｒｙ ＜ｆｃ＞ Ｌｏａｄｓ＜ａｃｃ＞
众多用户。 要正确使用 ＡＤＶＩＳＯＲ 软件， 就必须深入了解
它的仿真策略和掌握它的操作方法， 下面将从这两 点着重介绍。
２ ＡＤＶＩＳ ＯＲ 的仿真策略
ＡＤＶＩＳＯＲ 采用了独特的将后向仿真和前向仿 真相结合的混合仿真方法， 以后向仿真为主， 前向仿 真为辅。它首先进行后向仿真， 沿着与实际功率流相 反的方向， 根据道路循环的要求， 向整车模块发出速 度和转矩请求， 整车模块再向车轮和车轴模块、主减 速器模块、变速器模块等逐级发出请求， 直到动力源 模块（ 发动机和蓄电池等） ， 计算出动力源所能提供 的功率。然后进行前向仿真， 沿着实际功率流的方 向， 从动力源模块出发直至车轮与车轴模块， 逐级传 递当前部件能提供给下一级部件的速度值和扭矩 值， 最后计算出汽车的实际速度。
２００７ 年第 ２ 期 （２总００第７ 年１８第７ 期２ ）期
农业装备与车辆工程 ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬ ＥＱ农Ｕ业ＩＰ装ＭＥ备Ｎ与Ｔ 车＆ 辆ＶＥ工Ｈ程ＩＣＬＥ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｎｏ．２ ２００７ （ Ｔｏｔａｌｌｙ １８７）
汽车仿真软件 ADVIS OR
刘磊， 刚宪约， 王树凤， 柴山
（ 山东理工大学交通与车辆工程学院， 山东 淄博 ２５５０４９）
下面以传统汽车模型为例来说明它的整个仿真 过程， 图 １ 为 ＳＩＭＵＬＩＮＫ 环境下某传统汽车的仿真 模型。该模型中箭头方向代表仿真数据传递方向， 数 据自左向右传递代表后向仿真路径， 数据自右向左 传递代表前向仿真路径。
Ｃｌｏｃｋ
ｔｉｍｅ Ｇｏｔｏ＜ｓｄ０＞
＜ｓｄ０＞ｃｏｎｖ
ｄｒｉｖｅ ｃｙｃｌｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ＜ｖｅｈ＞
ＡＤＶＩＳＯＲ 拥 有 良 好 的 图 形 用 户 界 面 ＧＵＩ （ Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ） ， 便于用户操作， 而且各种 仿真结果能够可视化， 也便于用户对仿真结果进行 分析。ＡＤＶＩＳＯＲ 的操作主要分为三大步： 输入汽车 参数、设置仿真参数和查看仿真结果， 它们通过三个 主要的界面来完成。下面以传统车型为例来介绍它 的相关操作。 ３．１ 汽车参数的输入
中图分类号： ＴＰ３１
文献标识码： Ａ
文章编号： １６７３－ ３１４２（ ２００７） ０２－ ００４０－ ０４
Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｓｏｆｔｗａｒ ｅ ＡＤＶＩＳＯＲ ＬＩＵ Ｌｅｉ， ＧＡＮＧ Ｘｉａｎ－ ｙｕｅ， ＷＡＮＧ Ｓｈｕ－ ｆｅｎｇ， ＣＨＡＩ Ｓｈａｎ
（ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｚｉｂｏ ２５５０４９， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＡＤＶＩＳＯＲ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｒａｐｉｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ， ｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｄ ｈｙｂｒｉｄ ｖｅｈｉｃｌｅｓ， ｓｕｃｈ ａｓ ｄｙｎａｍｉｃｓ， ｆｅｕｌ ｅｃｏｎｏｍｉｅｓ， ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ， ｅｔｃ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ， ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ ｓｔｒａｔｅｇｙ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＡＤＶＩＳＯＲ２００２ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｐｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｓ ｇｉｖｅｎ． Ｋｅｙ Ｗｏｒ ｄｓ： ＡＤＶＩＳＯＲ； ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｖｅｈｉｃｌｅ； ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ； ｈｙｂｒｉｄ ｖｅｈｉｃｌｅ； ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
摘要： ＡＤＶＩＳＯＲ 软件能够快速分析传统汽车、纯电动汽车和混合动力汽车的动力性、燃油经济性以及排放性等各种
性能。本文系统地介绍了 ＡＤＶＩＳＯＲ ２００２ 软件的功能特点、仿真策略和操作方法， 并对该软件的应用以及汽车性能仿
真软件的进一步研制作了展望。
关键词： ＡＤＶＩＳＯＲ ； 传统汽车； 电动汽车； 混合动力汽车； 仿真
收稿日期： ２００６－ ０９－ ２５ 作 者 简 介 ： 刘 磊 （ １９８３－ ） ， 男 ， 山 东 菏 泽 人 ， 硕 士 研 究 生 ， 主 要 研 究 方 向为车辆数字化设计与制造。
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真分析。它主要有以下特点： （ １） 仿真模型采用模块化的思想设计。ＡＤＶＩＳＯＲ
软 件 分 模 块 建 立 了 发 动 机 、离 合 器 、变 速 器 、主 减 速 器、车轮和车轴等部件的仿真模型， 各个模块都有标 准的数据输入 ／输出端口， 便于模块间进行数据传 递， 而且各总成模块都很容易扩充和修改， 各模块也 可以随意地组合使用， 用户可以在现有模型的基础 上根据需要对一些模块进行修改， 然后重新组装需 要的汽车模型， 这样会大大节省建模时间， 提高建模 效率。
ｅｍｉｓ
ＨＣ， ＣＯ， ＮＯｘ，
ＰＭ（ ｇ ／ｓ）
ｅｘｈａｕｓｔ ｓｙｓ ＜ｅｘ＞
ｅｘ＿ｃａｔ＿ｔｍｐ
＜ｃｓ＞
图 １ ＡＤＶＩＳ ＯＲ 的传统汽车仿真模型
ＡＤＶＩＳＯＲ 首先进行后向仿真。由道路循环模块 （ ｄｒｉｖｅ ｃｙｃｌｅ） 提供给汽车所应该满足的行驶轨迹， 向 整车模块（ ｖｅｈｉｃｌｅ） 请求所需的速度， 整车模块利用 汽车行驶方程式计算出满足这一速度请求所需的车 轮转速和力， 再向车轮和车轴模块（ ｗｈｅｅｌ ａｎｄ ａｘｌｅ） 发出请求， 请求沿后向路径逐级向上级模块主减速 器 模 块 （ ｆｉｎａｌ ｄｒｉｖｅ） 、变 速 器 模 块 （ ｇｅａｒｂｏｘ） 、离 合 器 模 块 （ ｃｌｕｔｃｈ） 、机 械 负 载 模 块 （ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｃｃｅｓｓｏｒｙ Ｌｏａｄｓ） 等传递， 直到发动机模块（ ｆｕｅｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ， 燃料
虽然 ＡＤＶＩＳＯＲ 软件也有一些缺陷， 例如， 它的 部 件 模 型 都 是 准 静 态 的 （ ｑｕａｓｉ－ ｓｔａｔｉｃ） ， 不 能 预 测 小 于十分之一秒左右时间范围内的一些现象； 机械振 动、电磁振荡等许多动态特性也不能通过 ＡＤＶＩＳＯＲ 软件进行仿真， 但它的优越性仍然吸引了国内外的
（ ２） 仿真模型和源代码全部开放。ＡＤＶＩＳＯＲ２００２ 的仿真模型和源代码在全球范围内完全公开， 可以在 网站上免费下载。用户可以方便地研究 ＡＤＶＩＳＯＲ 的 仿真模型及其工作原理， 在此基础上根据需要修改或 重建部分仿真模型、调整或重新设计控制策略， 使之 更接近于实际情形， 得出的仿真结果也会更合理。
（ ５） 能 与 其 他 多 种 软 件 进 行 联 合 仿 真 （ Ｃｏ－ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ） 。汽车是一个复杂的系统， 其仿真更是涉 及机械、电子、控制等多个领域， 工作量很大， ＡＤＶＩＳＯＲ 软件开发过程中也难以涉及所有领域， 这 样就限制了它一些功能的实现。但是 ＡＤＶＩＳＯＲ 设 计 了 开 放 的 软 件 接 口 ， 能 与 Ｓａｂｅｒ、Ｓｉｍｐｌｏｒｅｒ、 ＶｉｓｕａＤＯＣ、Ｓｉｎｄａ ／Ｆｌｕｉｎｔ 等软件进行联合仿真， 为用 户改进和拓展其功能提供了方便。
转换器） ， 计算出需要发动机提供的实际功率， 由此 完成了后向仿真过程。后向仿真不需要驾驶员模型， 计算速度也很快， 但是由于仿真过程中所使用的各 种特性参数都是在稳态时测定的， 该方法并不能用 于实际行驶状态下汽车的动态仿真。
在 完 成 后 向 仿 真 后 ， ＡＤＶＩＳＯＲ 便 进 行 前 向 仿 真。它首先从发动机模块开始， 将后向仿真计算出的 发动机功率沿前向路径传递给机械负载模块， 所获 得的扭矩和转速传递给下一级模块， 所得仿真数据
ＡＤＶＩＳＯＲ （ Ａｄｖａｎｃｅｄ ＶｅｈＩｃｌｅ ＳｉｍｕｌａｔＯＲ， 高 级 车 辆 仿 真 器 ） 是 由 美 国 可 再 生 能 源 实 验 室 ＮＲＥＬ （ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ） 在 ＭＡＴＬＡＢ 和 ＳＩＭＵＬＩＮＫ 软 件 环 境 下 开 发 的 高 级 车 辆 仿 真 软 件。该软件从 １９９４ 年 １１ 月份开始开发和使用， 最 初 是 用 来 帮 助 美 国 能 源 部 ＤＯＥ （ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ） 开发某混合动力汽车的动力系统， 随后功能 逐渐扩展， 目前最新的正式版本 ＡＤＶＩＳＯＲ２００２ 可 以对传统汽车、纯电动汽车和混合动力汽车的各种 性能作快速分析， 是世界上能在网站上免费下载和 用户数量最多的汽车仿真软件。由于该软件通过大 量的实践被证实具有较好的实用性， 现在世界上许 多生产企业、研究机构和高校都在使用该软件做汽 车仿真方面的研究。
（ ４） 在 ＭＡＴＬＡＢ 和 ＳＩＭＵＬＩＮＫ 软件环境下开发
刘磊 等 ： 汽车仿真软件 ＡＤＶＩＳＯＲ
２００７ 年 ２ 月
研制。ＭＡＴＬＡＢ 是世界上顶尖的可视化科学计算与 数学应用软件， 其语法结构简单、数值计算高效、图 形功能完备， 集成了诸多专业仿真工具包， 而且它还 提 供 了 方 便 的 应 用 程 序 接 口 （ ＡＰＩ） ， 用 户 可 以 在 ＭＡＴＬＡＢ 环境下直接调用 Ｃ、Ｆｏｒｔｒａｎ 等语言编写的 程序。ＭＡＴＬＡＢ 内置的计算程序、专业的仿真工具 以及与其他应用程序的接口， 会减少汽车模型的搭 建和仿真计算过程中工作量， 同时也方便了熟悉不 同编程语言的用户之间的合作。
１ ＡＤＶＩＳ ＯＲ 的主要功能和特点
ＡＤＶＩＳＯＲ 是 ＭＡＴＬＡＢ 和 ＳＩＭＵＬＩＮＫ 软件环境 下的一系列模型、数据和脚本文件， 它在给定的道路 循环条件下利用车辆各部分参数， 能快速地分析传 统汽车、纯电动汽车和混合动力汽车的燃油经济性、 动力性以及排放性等各种性能。此外， 该软件的开放 性也允许对用户自定义的汽车模型和仿真策略做仿
后向仿真和前向仿真各有优缺wk.baidu.com， ＡＤＶＩＳＯＲ 采 用后向仿真为主， 前向仿真方为辅的混合仿真方法， 将两种仿真方法较好地结合起来， 既使计算量较小， 同时又保证了仿真结果的精度。
３ ＡＤＶＩＳ ＯＲ 的操作方法
用 ＡＤＶＩＳＯＲ 软 件 做 汽 车 仿 真 有 两 种 方 法 ： 一 种 是 在 ｍａｔｌａｂ 命 令 窗 口 定 义 汽 车 参 数 和 调 用 相 应 的文件， 这种方法容易出错， 而且不易于检查和修 改， 一般很少使用； 另一种方法就是通过用户界面完 成相应的各种操作。本文主要介绍第二种方法。
（ ３） 采用了独特的混合仿真方法。现在的汽车 仿真方法主要有前向仿真和后向仿真两种， 仿真软 件也多采用其中的一种方法， 使两种方法优劣不能 互补， 而 ＡＤＶＩＳＯＲ 采用了以后向仿真为主、前向仿 真为辅的混合仿真方法， 这样便较好地集成了两种 方法的优点， 既使仿真计算量较小， 运算速度较快， 同时又保证了仿真结果的精度。
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２００７ 年第 ２ 期
农业装备与车辆工程
再逐级向下传递直到车轮和车轴模块， 从而计算出 汽车的实际速度。前向仿真包括驾驶员模型， 考虑 了请求速度和当前速度， 更接近于汽车的实际状况， 计算结果较后向仿真更为准确， 但这种仿真方法会 增加计算量， 使运行速度减慢， 而且传动系统的功率 计算还要依赖与汽车的实际状态。