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资源描述：

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内容简介：

2007年第2期 (总第187期) 农业装备与车辆工程 O2 287) 汽车仿真软件磊，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) 摘要：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：传统汽车；电动汽车；混合动力汽车；仿真 中图分类号：献标识码：A 文章编号：16733142(2007)024 hu55049，he be of of as n of is of of of is 级 车辆仿真器)是由美国可再生能源实验室。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。 1 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 收稿日期：20060925 作者简介：刘磊(1983一)，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。 40 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。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。 (2)仿真模型和源代码全部开放。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。 (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。 (4)在普资讯 ：汽车仿真软件007年2月 研制。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(用户可以在 序。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。 (5)能与其他多种软件进行联合仿真(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， 样就限制了它一些功能的实现。但是了开放的软件接口，能与用 户改进和拓展其功能提供了方便。 虽然如，它的 部件模型都是准静态的(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件进行仿真，但它的优越性仍然吸引了国内外的 众多用户。 要正确使用必须深入了解 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 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。 下面以传统汽车模型为例来说明它的整个仿真 过程，图型。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。 图1 道路循环模块 (供给汽车所应该满足的行驶轨迹，向 整车模块(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(发出请求，请求沿后向路径逐级向上级模块主减速 器模块(变速器模块(离合器 模块(机械负载模块(传递，直到发动机模块(料 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，。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 41 维普资讯 ，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。 后向仿真和前向仿真各有优缺点，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 种是在文件，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。 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。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。 31汽车参数的输入 汽车参数输入界面如图2所示。 图2汽车参数输入界面 通过这个界面，可以输入汽车的各种参数以对 汽车进行定义。界面左侧为汽车相关图像信息，右 侧为相关操作区域，图像信息的显示随着用户操作 的不同会有相应变化。在右侧，可以通过下拉菜单 42 读取已经存储的整车定义文件(存储位置为： 传动系统结构形式(如 并联、串联等共9种)、汽车部件数据文件(存储位置 为：及部件的版本(类 型(有些部件参数，如发动机最大功率和峰值 效率，也可在界面上直接修改。单击右侧下方的 “钮可以查看汽车的仿真模 型，再下面的按钮可以查看和重新设置已经定义好 的汽车部件参数。图2中界面左上方为汽车的结构 示意图，标识了汽车的整个动力传动系统结构和能 量的传递方向，单击图中的每个汽车部件都会弹出 一个对话框，通过它可以读取已经存储的部件数据， 也可查看或编辑相应的下方为发动机或 传动系统的某个总成的性能曲线，可以根据自己的 需要通过下拉菜单选择要显示的其中一种曲线，图 2中所示即为发动机在不同转速和转矩下消耗的能 量曲线。最后，用户可以将定义好的汽车文件进行保 存，以便以后仿真时可直接调用。 32仿真参数的设置 汽车仿真参数设置界面如图3所示。 1 0 图3仿真参数设置界面 通过这个界面可以选择试验方案和设定仿真初 始条件。界面右侧上方可以设置仿真条件，如道路循 环、时间阶跃、循环次数、初始条件等，道路坡度、是 否交互仿真以及是否进行加速度测试和爬坡能力测 试为可选项，用户可以根据需要进行选择；右侧下方 可以对最多3个部件参数进行灵敏度分析，有助于 研究这些参数对汽车性能的影响，为汽车的设计提 供参考。界面左侧为道路循环相关信息，左侧上方为 所选道路循化的轨迹曲线，图4中所示为美国环境 保护署普资讯 ：汽车仿真软件007年2月 轨迹曲线，下面的 下拉菜单可以选择坐标轴参数(图3中所示以时间 为横坐标，以速度为纵坐标)，以根据需要显示不同 的曲线形式；左侧下方为相应道路循环的文字描述 或统计柱状图，可根据需要使它显示不同的形式。 3置好汽车参数、仿真参数后便可运行仿真，查 看仿真结果。仿真结果输出界面如图4所示。 图4仿真结果输出界面 界面左侧为仿真结果的曲线图，最多可以显示 4个子窗口；右侧显示仿真结果的数值，并可通过下 拉菜单控制左侧显示曲线的类型(图4中所示分别 为发动机的输出转速、发动机的输出转矩、变速器的 输出转速和主减速器的输出转矩)，另外还可以得到 汽车传动系统的能量利用图和仿真过程的动画演 示，有助于更加直观地了解整个仿真过程。 5结论与展望 在应用中也 有一定的局限性，它定义的动力传动系统型式只有 固定的9种，不能很好地适用于目前很多现有的和 待开发的车型，需要对它进行二次开发，利用 对少数不符合要求 的模型进行修改或重新建模，并根据具体情况对仿 真策略进行调整，应用于具体车型的仿真，这样既能 节省大量的建模时间，同时又确保了模型的准确性 和数据的可靠性。我国在汽车仿真方面的研究一直 比国外滞后，且国外的仿真软件中的个别部件参数 的单位及标准与国内有较大差异，在使用过程中有 些困难，我们有必要利用现有仿真软件的汽车模型 搭建出符合国内标准要求的汽车模型。国内也曾开 发了一些汽车仿真程序或软件，但功能都比较单一， 且在市场上还未出现国产商业化汽车仿真软件。如 果能在深入研究发出自 己的功能较完善的汽车仿真软件，将会填补我国的 这项空白。 参考文献 1 K B R B 1：A a 6839，1999 2 张翔，赵韩，钱立军等算 机仿真20052：1215 3 张翔，赵韩，钱立军等电动汽车仿真软件车研究 与开发200304 4 郭一呜，罗永革混合动力汽车性能仿真软件的研究湖北汽车 工业学院学报200212 5 陈晓东，何仁，杨正林混合动力电动汽车性能仿真软件研究与 开发交通运输工程学报2002 6 张翔，赵韩，钱立军等电动汽车仿真软件进展系统仿真学报 20048 十家农机企业入选“最具市场竞争力品牌” 2007年1月10日，商务部对入选“最具市场竞 争力品牌”名单进行了公示。中国农机工业协会推 荐了2，有5家拖拉机企业和6家联合收割机企业入选 公示名单。 人选的拖