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qc105 基于 advisor 混合 动力 汽车 驱动 系统 研究 钻研 开题 报告 讲演 呈文 任务书

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【QC105】基于ADVISOR混合动力汽车驱动系统的研究【开题报告+任务书】,qc105,基于,advisor,混合,动力,汽车,驱动,系统,研究,钻研,开题,报告,讲演,呈文,任务书

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。 人选的拖拉机企业有：中国一拖集团有限公司 (东方红)、福田雷沃国际重工股份有限公司(福田 欧豹)、山东常林机械集团股份有限公司(沭河)、常 州东风农机集团有限公司(东风)、浙江四方集团公 司(四方)。 联合收割机企业有：福田雷沃国际重工股份有 限公司(谷神)、江苏沃得农业机械有限公司 (现代农装湖州联合收割机有限公司(碧 浪)、中国收获机械总公司(中国收获)、山东大丰机 械有限公司(大丰王)、山东金亿机械制造有限公司 (春雨)。 43 。 。 日 维普资讯 输入脚本文件 输出脚本文件 件交互与数据流 件系统的数据流如上图所示。图中有四种主要的代表类型： z 输入脚本文件 定义工作空间的变量或者调用其它输入脚本文件， z 模块图表 有一些件组成。这些文件含有许多根据输入（如发动机特性图）计算输出（如燃油经济性）的方程；它们都是一些模型，； z 输出脚本文件 通过搜索工作空间对模型输出作一些后续处理，包括一些画图程序和一些错误检查程序， z 控制脚本文件 既生成输入，也对输出作一些处理。例如形用户界面（和优化程序。 件位置 目录下（如 c: c:有一些子目录；这些子目录下是含有相应文件的数据、图形用户界面和模型子目录。 件命名规则 模型和数据文件的命名都采用一个前缀加一下划线（ _）且使用的前缀几乎和定义的变量使用的前缀是一样的。而在模块图里这一前缀放在尖括号（作为标示； M 能量存储系统数据文件。同样在定义变量时以 模块图里则以 作为标示； M 排放后处理文件（如催化剂等）； M 燃料转换器数据文件； M 传动系数据文件，包括变速箱（和主减速器（； M 发电机/ 控制器数据文件； M 电机/ 控制器数据文件； M 传动系控制数据文件。在定义发动机控制、离合器控制和混合控制策略变量时以 在模块图中则分别以和 标示； M 扭矩合成装置数据文件； M 整车数据文件； M 车轮/ 车轴数据文件； 整车文件 部件数据文件 块图 画图程序 错误检查程序制脚本文件 除了上述部件数据文件外，还有另一种类型文件也用前缀定义： 块图（模型）； 所有带前缀文件名用大写字母，而变量名则全部采用小写字母，以免相互混淆。 件的添加 向 添加一特定类型的文件的最容易的方法是修改现有的同类型文件，并以新的文件名在适当的目录下存储。注意文件名要用大写字母。这样做容易保证定义一个部件所需的全部变量都包含在新的文件中。要添加汽车部件或驱动循环文件，用户只要点击图形用户界面中的相应按钮，按弹出菜单的指示去操作就可以了。 看输入文件 除了 件含有特定的数据以外， 件文件和其它几乎所有的文件都是文本文件，用户可以在任何文本编辑器上查看并编辑文件。我们建议用户使用 带的编辑器和调试器。另外，查看文本文件还可在 令窗口直接输入 可。 件的删除 删除文件用户可用两种方法：一是在操作系统下直接删除，二是在 令行下输入删除命令。建议用户在操作系统下进行，这样可暂时将“删除”的文件放在垃圾箱里。 动系模型的描述 如下六种不同类型的汽车和两种现有的特殊的汽车供选择，每一类汽车都有不同的传动系。此外 提供了一种自定义类型的传动系。 一典型的常规汽车是客车或轿车，它仅用一个燃料转换装置（如汽油机）作为动力源。在，默认的变速箱为手动五速机械式变速箱，附件为恒机械负载。下图是一典型的常规汽车的结构： 图 3规汽车的结构图 串联混合动力汽车的部件包括燃料转换装置、发电机、电池和电机。燃料转换装置（如汽油机）不直接驱动汽车的车轴，而是把机械能通过发电机直接转换成电能。所有驱动汽车的转矩均来自于电机。在 ，串联混合动力汽车默认的变速箱是单速的；默认的控制策略是串联功率跟随策略。混合动力汽车的负载为恒电功率负载。串联混合动力汽车的结构图如图 3示： 图 3联混合动力汽车的结构 池和一个电机。之所以命名为并联混合动力汽车，是因为燃料转换装置（如汽油机）和电机都可以直接驱动汽车的车轴。电机可反过来作为发电机给电池充电。在 ，并联混合动力汽车默认的变速箱是五速的；默认的控制策略是并联电机辅助策略。混合动力汽车的负载为恒电功率负载。并联混合动力汽车的结构图如图 3示： 图 3联混合动力汽车的结构 并联 合动力汽车的部件包括一个发动机、电池和一个电机。之所以命名为并联 合动力汽车，是因为电机的作用类似于常规汽车上的起动机（ 交流发动机（，它可允许并联 合动力汽车上的发动机在获得最小电动辅助的情况下关闭和重新启动。称该类型汽车为并联是因为燃料转换装置（如汽油机）和电机都可以直接驱动汽车的车轴，电机可反过来作为发电机给电池充电。并联 合动力汽车和基本的并联混合动力汽车之间的主要区别是离合器的位置不同，前者的离合器位于变速箱和转矩合成装置之间，而后者离合器则位于转矩合成装置和发动机之间。这就意味着当汽车行驶时，发动机和电机轴都跟着转动。在 ，并联混合动力汽车默认的变速箱是五速的；默认的控制策略是并联电机辅助策略。混合动力汽车的负载为恒电功率负载。并联混合动力汽车的结构图如图 3示： 图3 并联合动力汽车的结构图 图 3 燃料电池混合动力汽车的结构图 图 3 纯电动汽车的结构图 件绘制的常规汽车的传动系图。值得注意的使大部分模块都有两各输入和两个输出。每一个模块都传递和变换要求的转矩，也同时传递和变换可达到的、实际的转矩和车速。 图中上方的箭头（自左向右）表示的是转矩和车速需求。驱动循环模块提出车速要求，而介于驱动循环模块和转矩提供模块（此时是内燃机）之间的各个模块然后根据给定的输入计算输出。在计算过程中各个模块考虑损失、速度下降或提升以及自身的性能限制。 在最后内燃机根据需求的转矩输出和车速确定其能够输出的转矩和最高转速；然后将信息自右向左传给各个部件；这些部件根据实际输入决定其实际输出。和输入路径计算一样，输出也要考虑损失。最后，整车模块根据收到的牵引力和速度限制信息，计算下一时间段汽车的加速度。 这一过程在整个驱动循环内不断进行下去。 下文即将介绍的是相互联系的各个部件模型之间转矩、转速和功率的转换，从而建立一整车模型。另外，执行单独控制功能的模块，下文也将介绍。 料转换装置和排放后处理 燃料转换装置 子系统在整车中作用 内燃机而言，是该模块（把燃料转化驱为动链可用的能量，它可以被假如在各种类型汽车的配置中，包括串联混合动力汽车、并联混合动力汽车和传统汽车。 建模方法描述 假定由其它子系统要求的转矩和速度给定块确定发动机工作点来满足这些要求同时考虑到转动惯量损失和附件负载发动机控制模块不会让作在其允许的工作转速和转矩范围外并且在当离合器处于分离状态时确定发动机转速一但获得了转速和转矩把它们传递到汽车下面其它模块中去而这些值也是用来决定每步骤的燃油消耗和排放即在发动机万有特性中包括燃油消耗和废气物质由速和转矩来索引确定在衡量冷起动时燃料消耗和排放时使用温度校正因素 其中的燃油消耗和各废气放子模块图如下 燃料转换装置发动机控制规汽车 发动机控制并联电辅助控制策略 子系统在整车中的作用 排放系统 器元件 发电机/ 控制器 子系统在整车模拟中的任务 “发电机/ 控制器”模块将由发动机模块提供的转矩和转速信号转化成功率信号，并传递至“功率总线”模块。 建模方法描述 这个发电机/ 控制器模型考虑了发电机和控制器中损耗、发电机的转动惯量、发电机转矩转速关系、转矩能力和控制器电流的限制。通过查转子转速和输入功率的二维表可以确定损失的功率。发电机最大转矩通过查转速最大转矩表获得，这就限制了发电机所能发出的最大功率，但是并没有反馈到发动机功率的输入。 功率总线 子系统作用 根据从下面驱动链传来的功率要求，控制由发动机对发电机的供电来完成这部分功率请求，不足的部分才由电池电功率来补充即电池在这里体现功率均衡作用。 建模方法描述 首先根据输入端口1 传来的路面阻力功率（考虑到其中附件消耗电功率损失），得到输出端1 的功率要求，它传向控制策略模块以决定发动机应输出的功率；当从发动机传来的功率不能满足汽车的路面阻力功率时，两者之差即为电池所要补充的功率。该模块向电机输出的实际功率是从输出口3 传出，它的值为从发电机组得来的功率加上从电池得来的功率（减去相应的附件电功率消耗）。 能量存储系统 概述 对混合动力汽车上的所有部件来说，电池也许是最难理解和最难建模的。尽管电池工作时看起来是一个简单的电能存储装置，但实际上电池在接受和传递能量的过程中，经历一个受温度影响的电化学过程，从而使电池的建模相对困难一些。因此，电池的电行为是众多不断变化的参数的非线性函数。两种极端的建模方法是：将各个影响因素都包含其中，或者只建立在一特定时间内可行的电池模型。电池电化学行为的动态模型是以上两种方法的折衷。 目前 包含 4 种不同的电池模型。 1. 第一种模型是最近发展起来的一种模型，被称为 型，它含电池的动态影响。 2. 第二种模型是 初使用的模型，被称为 型，它描述了电池电压源和内电阻的特性。这个模型是美国爱达荷州国家工程实验室（先建立的铅酸电池的模型。 用该模型大致模拟各种电池的电化学行为。 3. 第三种电池模型是基础的铅酸电池模型 4. 第四种模型为铅酸电池的神经网络模型 另外，有一个碳基超级电容（模型。 池模型 电池模型修改的影响 子系统在整车模拟中的作用 能量存储系统（模块是表示被模拟的汽车上的存储能量的电池组。该模块通常从功率总线接受功率要求，返回电池实际可输出的功率、电池电压、电流和电池的荷电状态（。并规定，正功率表示放电。 建模方法描述 块将电池组模拟为一个电荷“库”和一个等效回路。回路的各参数是剩余电量（函数。等效回路将电池抽象成一个理想的开路电压源和一个内电阻串联。 存储的电荷量一个常数，且电池在放电时受制于最小电压的限制。用于充电的电荷量受电池库仑效率的影响，且电池在充电时受制于最大电压。当电池被看作一个理想电压源和已知电阻时，联接于电池上的元件如电机和发电机则被视为功率源或“库”。在有最小电压限制时，电池传递的最大功率等效于回路传递的最大功率或等效于电机能接受的最大功率。 其它相关的术语有：容量，容量率，C/N 率， N 小时率和 程。 一个简单的单节点电池热模型运行时由对流空气冷却。详见电池热模型说明。 子系统中用到的变量 （见附录 入变量） （见附录 出变量） 执行 能量存储系统（第一层） 如上所述，能量存储模型是电池按功率总线的要求计算输出可输出的功率。功率损失按块解释如下: 1. 如前面所示电池的模型建立成包含一开路电压等效内阻一等效电路，算，具有两个函数：一个为充电内阻函数，一个为放电内阻函数。 2. 电池能提供的最大功率限制在一个可容许的限制范围内。 3. 利用已知的一组参数：实际功率要求它们是二次方程的变量）来求解出等效电路的电流。 4. 通过电池电流来更新电池的有效荷电量5. 通过电池的热模型来计算电池的温度，用来反馈决定电池的性能参数。 每个子模块的详细说明： 1 电池组开路电压和内电阻 这个模块根据给定的当前 、电池组温度和所要求输出的功率，计算电池组开路电压Vo c 和内电阻值 1）开路电压、充电电阻和放电电阻是 模块温度的函数。通过查表插值可以确定这些参数的值。 2）根据电池组放电（正功率）还是充电（负功率）来选择合适的电阻（放电电阻、充电电阻）。 3）计算串联电池组的开路电压和内电阻。由单个模块的参数值（乘以串联电池模块数得到。 （在 ，对于内电阻的计算，考虑了用户自定义电池时电阻的比例关系。它的表达式为 中， 比例关系式 系数； 池模块数默认值；电池模块最大 量比例因子。 (x(1)*x(2)/(x(3)*x(4),x,;） 2 功率限制 这个模块防止用于计算电池电流的功率值超过限制范围，通过三方面对它进行限制：等效电路参数和电机控制器的最小允许电压。 1）若电池已经耗尽、用光（电池的 近为 0），如果继续要求电池输出正功率（放电），则将要求功率限制为 0。 在 又考虑，当电池已经充满（，如果要求电池输出负功率（充电）则将要求功率限定为 0。 2）从电池能够获得的最大输出功率受三个参数的限制，这三个参数都与可提供的（实际的工作电压）电压有关。工作电压不能够低于电机的最低工作电压和电池组的最低电压。如果满足了这两个条件，当电池电压等于 Vo c / 2 时，电池将输出最大功率。 3）最大功率限制的计算公式为： i 式中： Vo c / 2、电机最小工作电压和电池组最小电压的最大值。 3 电流计算 这个模块通过解二次方程计算得到电流值，这个方程是根据电功率和基尔霍夫电压定律（对上图的等效电路推导得出的。 1) 电流的计算。功率的定义为： P=V*。结合基尔霍夫电压定律，则有：V=P/I=在等式两端同时乘以电流I ，则有： P=（ 这部分模块中将解出这个等式的解。我们知 道这个二次方程将会有两个解，我们忽略值较大的那个解，因为在产生相同 的功率的时候，这种情况下电池输出的电流大，而电池电压低。忽略所有使 端电压（或线电压）低于电池开路电压一半（Vo c / 2 ）的解。在充电的时候，必须控制最大充电电压。最大充电电流（由于充电的时候电流为负值， 也可以说是最小电流）由公式I=(2) 线电压的计算。根据基尔霍夫电压定律，输出电压为：V= 4 算法则 在 用于确定电池剩余容量（单位：电池剩余的能够继续放电的容量）的算法则是可靠的。它是在连续的迭代中逐步逼近真实值。注意：电池的最大容量和库仑效率都是温度的函数。 1） 所有放电电流和充电电流（经过预估的库仑效率（充放电效率）的修正）的积分，来确定从仿真开始电池的所有的有效 量变化。 2） 利用初始的 计算, 电池初始状态下，已经使用的 量，这个非零值作为步骤 1中积分的初始值。（ 1*） 计算公式为：电机/ 控制器 子系统在整车模拟中的任务 电机控制器模块把转矩和转速需求转换成电功率需求，并且把实际电功率输入转换成转矩和转速输出。 建模方法描述 电机控制器模型考虑了电机的损失的影响、转子的转动惯量和转矩输出能力。功率损失是一个二维的函数（或称之为数表），它的自变量是电机转子的转速和输出的转矩。电机的最大输出转矩用一个以转子转速为自变量的函数（或数表）加以限制。“电机/ 控制器”模块外的“电机控制”模块保证电流不会超过最大限定值，并且能在不需要电机输出功率的时候关闭电机。实际可输出的转矩由实际可输出的功率计算而得，这一过程假设实际电机转子的转矩和输入电功率的比值与计算需求时的相等。在数学上这等于假设电机控制器的效率是相等的。在实际输出计算的时候，转子的转速计算方法也和计算需求时的相同。 子系统中用到的变量 （见附录 入变量） （见附录 出变量） 执行：热模型 电机/ 控制器模块通过一个简单的电机热模型来计算电机的温度以及为了维持电机的温度而由冷却液带走的热功率。在模块中，电机被当作一个温度设定的、通过油冷却的质量集中体。热量由电机产生，通过自然的和人为的空气对流、辐射以及人为的油冷却散发到周围环境中（示意图见图 3- ）。 示通过电机的输入和输出确定的电机产生的热量： 。 示通过自然的和人为的对流散发到周围大气中的热量：*( 图 3- 电机热模型示意图 其中热传递系数差( 为 1000时， 自然对流冷却的热传递系数 W/却空气流速为 30为对流冷却的热传递系数0 W/计算过程中，自然对流冷却设定最小热传递系数 W/于任意条件下的自然冷却， 对于电机外部风冷，数和 数有如下关系： 因此，模型中的热传递系数方程为： : +6*( T/1000)0*( 0)定流经电机的空气流速为车速的二分之一。 示通过辐射散发的热量：*A*(*(计算时发射率设定为 度的单位是 K。 电机的温度超过设定的温度时，冷却油泵将被启动。在计算冷却液带走的热量时，不考虑细节，自认定冷却液带走的热量 后，电机的温度为各热量在时间上的积分，积分时考虑电机热容量： 图 3- 表示的是模块执行的过程。 图 3- 电机热模型模块 *参考文献：. 1995 。 电机控制策略 子系统在整车模拟中的任务 这一模块是执行电机控制器（如逆变器）的一些控制功能的，它的功能是防止电机电流过载以及在汽车停止行驶时或变速箱换档时关闭电机。 建模方法描述 施加电机/ 控制器的电流控制，最大的功率需求由最大电流 功率总线前一步进时间的的电压相乘而得到。这一乘积限定了最大功率需求的绝对值：电机不会向总线提出更多的功率需求，也不会向总线提供更多的功率。 由布尔变量的表示电机关闭的条件。 子系统用到的变量 其它见附录 入变量） 动系 转矩合成装置 转矩合成装置 在整车上的任务 转矩合成装置是由三条齿带或传动链传动的、将两个转矩合成输出给传动系部件如齿轮箱或者驱动桥的装置。转矩合成装置图块的任务是处理从下一个传动系部件来的转矩和转速要求，并且分配两个转矩提供者。 建模方法描述 本部分主要针对转矩损失和转矩合成装置第二输入与输出的齿轮速比建模。当转矩合成装置工作时，转矩损失是一个常数。 转矩合成装置首先要求已知需要输出的转矩和第一输入的转矩损失。利用第一输入的实际/可得转矩，转矩合成装置要求第二转矩输入有一个平衡。两个转矩输入的转速与转矩合成装置的输出转速的速比是一个常数：第一输入与输出的速比为 1；第二输入与输出的速比为系数 值。 离合器 离合器控制 变速箱 在汽车该子系统作用 多速变速器内有不同变速比齿轮，用来传送来自发动机或驱动电机的转速到后驱或车轮。因此它容许有离散减速和增扭因子。变速箱对传统汽车和并联混合汽车是非常关键的。而一般对串联混合汽车并不重要 建模方法描述 在，发动机(扭转偶合器(，或电机(模型交换物理量信息（如扭矩转速和功率）。整车据控制信号(如齿轮数)实现对变速器子模块的变速控制。 影响变速箱扭矩和转速的因素包括： z 通过齿轮比减速增扭 z 加速转动惯量造成扭矩损失 z 齿轮旋转摩擦造成扭矩损失 这些影响因素按经验方法来建模。在数据文件中如( /)提供所需的实际参数。 变速器模块图代表的方程如下： 1) 后向路径 要求输入扭矩 要求输出扭矩。该仿真模块的输入 当前齿轮比率。由当前齿轮数计算得到，在变速箱控制模块使用查表向量得到 所要求加速转动惯量扭矩 (所需求加速转动惯量扭矩)=d( 变速箱要求输入速度)/ 摩擦损失的扭矩 摩擦损失的扭矩分为电动和能量回馈两种情况： 1 电动状态 ( ( *(1式中：输入轴的转矩损失 速器输出转矩绝对值 轮比 变速器效率 2 回馈制动状态 *(1要求输入速度) =(要求输出速度)* (当前齿轮比) 2) 前向路径 输出实际扭矩) = ( 输入轴端实际扭矩) * ( 输出端功率) / ( 输入端功率) ( 要求加速转动惯量的扭矩) * (当前齿轮比) 其中: (输出端功率) / ( 输入端功率 )从输入输出扭矩转速计算得的近似作为机械变速器的摩擦效率 输出端实际速度) = ( 输入端实际速度) / ( 当前齿轮比) 变速箱控制 该子系统在汽车模块中的作用 ： 该模块根据当前动力源的负荷和转速情况，模拟驾驶员来进行换档输出当前档位，速比命令和是否在进行换档的逻辑量 子系统建模方法说明： 每个档位都具有一个二维表以实现是否在当前档位内需要进行换档判断，当动力源输出的转速与扭矩在向上换档曲线下该进行下则向上换档；如果在向下换档曲线下则应从该档位向下换档命令。下面以传统汽车的换档为例说明，如下图所示： 图中两折线表示向上和向下换档曲线。最上顶那条曲线为发动机的输出外特性，含有数字的曲线为等效率曲线。该图右边折线由变量名为定义，其中 发动机的扭矩/转速点落在该曲线的下面，则需进行向上换档。同样量用来定义左边折线（向下换档曲线）。当发动机的扭矩/ 转速点落在该曲线的上面则需要向下进行换档。如何在来实现，这两个子模块实现在当前档位和当前负荷情况下，使用上面，变量定义的换档曲线进行寻找判断。由于各变速器的档位较多因此在基本模块下是无法实现的，这里是借助数来实现（它在实现）。对于串联混合动力汽车，本文研究的串联混合动力汽车使用了两档变速器，它根据驱动电机的输出特性来进行判断换档的，而进行换档逻辑是完全一样。因此，在使用它的时候须根据动力源的输出特性合理地设定上面两条换档曲线。 自动变速 液力变矩器 无级变速( 主减速器 该子系统作用 在后馈路线上，“模块从“ 块传送所要求转速和扭矩到“ 模块。 在前馈路线上。传递实际输入扭矩和转速从“ 模块到“模块。 建模方法描述 后驱模块在“和“ 送路径上含有扭矩损失，并受转动惯量和齿轮比影响。扭矩损失认为是常数（当齿轮停止转动时，损失为0）。齿轮速比（即主减速比）则降低由“或其它输入的转速并增加扭矩到车轮模块（即减速增扭）。 转动惯量是由汽车加速输入转矩引起的，主减速的转动惯量在输入端被测量。惯量、损失是在减速齿轮的输入端。 1)后向路径 在后馈路线上，“模块从“ 块传送所要求转速和扭矩到“模块。 中：主减速器输入侧被要求输入的转速（s） 主减速器输出侧被要求输出的转速（s） 主减速比 在主减速器输入侧被要求输入的转矩主减速器输出侧被要求输出的转矩 扭矩损失 转动惯量引起的加速转矩 2）前向路径 中：减速器输出侧实际能输出的转速(s) 主减速器输入侧实际输入的转速(s) 中：减速器输出侧实际能输出的转矩 主减速器输入侧实际输入的转矩 整车、车轮和制动 车轮/ 车轴 该子系统的作用 “块传送来自“块的驱动力和线速度转换成扭矩和转速（轮胎的要求转速和扭矩）传递到后驱。并从前馈路线上后驱传来的实际扭矩和转速转换成在轮胎上的牵引力和线速度，然后向汽车整车模块传送。 建模方法描述 车轮模块包括的“和“两数据流路线上都受轴承损失、轮/ 轴惯量，轮胎滑动和制动摩擦的影响。扭矩损失由测试汽车质量通过检索表处理轮胎滑动通过驱动力/ 滑移率检索表处理。另外，在整车控制模块当中的驱动力控制（ 子模块中与“模块相关驱动力控制模块保证当要求提供驱动力太大时会相应降低它以防止驱动打滑。 “块外的制动力控制模块实现制动力分配，在驱动链中分配所要求的制动力，前摩擦制动力和后摩擦制动力之间的分配同样类似驱动力控制以防止制动抱死。 1） 后向路径 在后向路径中，车轮模块接收车辆模块传递的请求轮胎的驱动力 汽车速度 u 然 后将其转换为车轮的扭矩和角速度。这一过程受到两个限制：一是汽车驱动力受路面附着力限制，其计算公式为 , )tw 其中： 另外车轮转速受滑动率限制。车轮转速 （单位:s) 的计算公式 由汽车理论知：i()+1)s轮胎滑动系数 请求从传动系统到前轮( 假设汽车为前轮驱动) 的驱动扭矩的计算公式 11+d传动系统的驱动扭矩，单位:N*m 轮的损失扭矩，单位:N*m 轮的惯性扭矩，单位:N*m 传动系统的驱动扭矩的计算公式 1_() 其中 r轮胎半径，单位:m 求前制动器的制动力，单位:N 过查表获得； 计算公式为： 1 在计算出 后，车轮模块将其值传递给上级的主减速器模块。 2）前向路径 在前向路径中，车轮模块接收主减速器模块传递的传动系统提供的可用扭矩 转速计算出可用的驱动力和速度，最后传递给车辆模块，得到实际的汽车行驶速度。 实际前轮驱动力的计算公式 _11l =12实际汽车驱动力的计算公式 _11t b + 其中 前/ 后制动器的制动力，单位:N 汽车实际速度的计算公式 11() F s 1=+轮模块的前向路径实际是后向路径的逆计算过程，只不过后向路径的计算过程 比前向路径多了驱动力受路面附着力的限制。 整车 该子系统在汽车中的作用 在汽车模块中的计算是表示在轮胎处力的平衡，该迭代步骤末给定所需速度，而由上一步实际路线计算获得的车速作为该迭代步骤的初速度，由这两端速度求得迭代步内的平均车速 该步骤内要求的驱动力和该步骤的平均速度就是驱动车轮向上要求（后馈）的功率流。并且在前馈路线，所获驱动力和速度极限，（汽车）实际速度可以通过其子模块“ 来计算出来。 模型建立方法说明 该块中实现了汽车纵向动力方程，F=力包括滚动阻力、空气拖动阻力和坡度阻力。该方程首先计算迭代步的加速度来计算所要求后馈驱动力，迭代步内的平均速度为步骤开始处和末端处所需速度的平均值。 整车仿真模块 实际计算车速的子模块： 它实现的计算模型和公式如下：汽车在坡度为已知: 驱动力初速求末速我们要求该步骤的平均车速 利用下面关系：(02)0可以求得该步骤的末车速 已知由力的平衡得 (Ft m a w +=i 其中加速度a 空气阻力滚动阻力由下面公式计算： 0) = d A ii 1 2)Ff mg f i 可以化简为计算平均车速的二次多项式方程 ( ) 0 mg f mg m V + + i 式中： 别为汽车前后轮子滚动阻力系数； 求解这个一元二次方程式的根即得到汽车在迭代步内的平均车速 而可求得末速 20= i 计算的流程图如下： 牵引力控制 该模块包括两个子模块，一个是限制从汽车模块传来的要求驱动力和平均车速；另一个是由于加减速而产生的轮轴载荷的变化，这里返回端3 为前载荷。首先介绍： 1)由轮胎牵引极限限制车速要求:该模块保证从整车模块传来的车速要求不会超过汽车在路面发生极限附着情况下所能产生的汽车车速,所以要建立汽车(前驱动)在发生路面打滑的情况(路面附着极限的情况)下所能产生的最大车速(驱动)或最小车速(制动)的理论分析模型。 如图所示:假设汽车在坡度为 弧度的路面上以初速极限附着力F 驱动力下,所能产生的最大末速度为 其中：空气阻力； 滚动阻力； 坡度阻力 根据平衡方程： 这里f* 动轮前轮载荷 迭代步骤内的加速度为：a=(代步骤内的平均速度为：0)/2 其中：L 汽车轴距 b后轴距 车质心 空气阻力系数 A迎风面积 空气密度 分别代入平衡方程中，并化简为了简化二次项求根，把二次方记作0 这样可以得到在驱动达到附着极限及初速为迭代步骤末所产生的速度为注：分子式中还应该减去 是汽车所能提供的极限车速，从整车模块传送过来的速度必须小于该速度。 同样分析，当在制动情况下达到附着极限时， 经是制动力， 方向相反。其它的受力情况一样，力平衡方程为 中：极限附着情况下限制车速的整个控制在台的件下建立的模型如下所示： 子系统建模方法说明： 该模块只有两个输入端，即迭代步骤初速端口2) 和从汽车的整车模块传来的平均车速(端口1) ，建立该模型的目的是要对平均车速的要求值作其在极限情况(即极限附着力条件)下的限制前面我们已求得了在驱动或制动极限情况下的最大末车速或最小末车速,进而由0)/2 关系可以求出迭代步内的平均车速的极限值。最后通过比较限制端口1 输出的平均车速，使其不会超过极限附着情况下能产生的平均车速。 2） 限制前轮驱动的最大驱动力模块 前面模块1是根据极限附着情况下限制整车模块传来的汽车平均车速，在该模块中，我们要进一步对从整车模块传来的要求驱动力进行限制。因为前面已经限制了要求的平均车速，在初始车速，它要么加速，要么减速，因而会由此产生汽车前后轴荷的变化，我们求出驱动轮的轴荷(前轮),应用驱动轮轴荷与路面最大附着系数的乘积为其驱动附着情况所能提供的最大驱动力或,在制动情况下所能提供的最大制动。即要满足关系式： b/L - ( * b/L - 在台的件下建立的模型如下所示 子系统建模方法说明： 该模块有三个输入端，即迭代步骤初速 端口3) 和从上面模块1中限制的平均车速(端口2) ，以及从整车传来的要求驱动力(端口1) 。建立该模型的目的就是要进一步对驱动力要求值在打滑或极限附着条件下进行限制，并从右边端口1输出，而输出端口2输出该步骤内的前轮载荷 制动 1 制动控制：前馈路径（可能的、实际可用的） 子系统在整车中的作用： “前后轮制动控制器” 模块根据总制动力的需求和驱动链上所能提供的再生制动力的多少，确定前、后轮制动器上制动力的分配。 建模方法的描述： 前轮制动系数决定了前轮制动力在所有制动力（摩擦制动力与再生制动的和）中所占的比例。前轮制动力要始终保证前轮制动系数与设定值相同，同时，不能超过最大摩擦力。后轮制动力为总摩擦力减去前轮制动力的差，同样不能超过限制值。假设，当车速为 60的制动控制策略为：40% 制动力由驱动链（再生制动）提供， 30%由前轮制动提供，剩下的 30%由后轮制动力提供。举例说，在一个特定情况下，驱动链只能提供所要求制动力的 20%，这样剩下的 80%都要由摩擦制动力来提供。若前轮制动力占所有制动力的一半30%/（ 30%+30%） ， 40%，这里是认为前后轮能够提供 同样多的制动力。但是，比如说前轮因为发热只能提供所需制动力的 25%，那么剩下的 125%=55%，在后轮能够满足的情况下都要由后轮来提供。 在子系统中用到的公式有： 前轮制动力=所需的摩擦制动力*前轮制动系数/（1 （at = (* (of to be by 1 (of to be by 当再生制动系数（驱动链制动系数）=1时，规定前轮制动力占所需摩擦制动力的60%。 of to be by 1, in (at = (at by = (at () (at = ( (at by (at by = (