avl_cruise_车辆系统开发平台_基础简介

1、AVL CRUISE : 车辆系统开发平台软件基本性能介绍李斯特技术中心（上海）先进模拟技术部车辆系统开发所面临的挑战符合用户需求的车辆不同性能间的“最佳平衡”寻求满足设计要求的不同系统和零部件之间的“合理组合”开发过程中所需开发时间和开发成本的“有效降低”Figure No.2AVL CRUISE 软件基本性能简介 车辆基本性能的分析和评价 车辆传动系统匹配及参数优化 概念新车评价 (如：纯电动汽车，混合动力车、燃料电池车) 先进动力传动系统的分析评价(换档控制策略的生成及优化） 车辆零部件子系统特性分析 复杂条件下的车辆性能研究（从SiL到HiL）Figure No.3AVL CRUISE

2、软件的适用范围传统车辆先进动力传动系统研究 混合动力及纯电动汽车2轮及3轮摩托车研究特种车辆研究公交车，卡车及托挂车研究 Figure No.4CRUISE: 成熟完善的系统集成软件 CRUISE 车辆系统的集成 在短时间内可以便捷的改变车辆的结构布置形式 可以快速便捷的将传统车辆改变为混合动力汽车 可以快速实现先进的动力传动概念 (AMT, DCT, ) 有大量电气部件，可以用于电动汽车设计开发 便于车辆控制系统的开发和研究 车辆模型的搭建过程简捷易懂 采用模块化建模理念，早期建模阶段所需参数较少 伴随开发过程的不断深入，整个模型会不断完善 提供与ORACLE系统的接口，方便进行数据管理 内

3、置大量的计算任务 动力传动系统的优化设计 传动系统的参数优化 动力总成的匹配优化 动力总成子系统的集成Figure No.5CRUISE软件基本应用示例基本性能研究总成构架评价换档品质分析Baseline100NEDC hot9080706050403020100 HIGH LOW OptimisedDriver DemandAccelerationBelt1-ClutchTegr.2-ClutchPower-SerialIdeal HybridVelocityParallel HybridSplitHybrid混合传动研究控制策略设计能量分配管理 Figure No.6Fu

4、el Consumption Potential (%)BaselineCRUISE进行车辆动力学仿真考虑的问题 DOE 燃油经济性及排放性能Figure No.7车辆行驶动力性平顺性，操纵稳定性和换档品质 发动机的摩擦 传动系统的损失 米其林滚动阻力矩模型 BOOST后处理模块 与AVL DRIVE软件联合 与CarMaker软件联合 传动系统的详细模型 动力总成动态建模 仿真模式的选择 驾驶员模型的影响 与BOOST软件的耦合仿真 (瞬态发动机)AVL CRUISE:整车性能开发的仿真分析平台 Figure No.8CRUISE基本计算任务定义z循环行驶工况 Cycle Runz爬坡性能分

5、析 Climbing Performancez稳态行驶性能分析 Constant Drive 各挡性能计算 Run in all Gears 最高车速计算 Maximum Velocityz全负荷加速性能计算 Full Load Acceleration 各挡最大加速度计算 Maximum Acceleration in all Gears 原地起步连续换档加速性能计算 Shifting Gears from Standstill 超车加速性能计算 Elasticityz最大牵引力计算 Maximum Traction Forcez巡航行驶工况计算 Cruisingz制动/滑行/反拖性能分析

6、Brake / Coast /Figure No.9CRUISE的部分车辆性能的计算结果加速性能计算循环油耗计算等速特性计算爬坡特性分析牵引力计算牵引功率计算Figure No. 10CRUISE内置的先进计算模式 简单计算 对于已经搭建好的模型进行特定计算任务的计算 矩阵复合计算 (DOE参数化研究) 对模型中参数进行优化 (向量形式, 单参数形式) 动力总成匹配优化计算 将整个动力总成作为优化匹配目标 选择出理想的动力总成搭配形式 计算项目批处理计算 在同一次计算中可以完成多个项目的对比计算 节省计算时间，提高计算效率Figure No. 11动力总成匹配优化的参数化研究 etc.Figu

7、re No. 12多目标组合优化分析优化结果z矩阵立方体组合多参数图表组合zFigure No. 13能量流向及动力分配示意图Figure No. 14零部件特性研究：分层建模 子系统单独测试 整车模型快速搭建 主系统和子系统分工明确 模型可重复使用，缩短开发周期Figure No. 15子系统模型搭建及测试 子系统的快速建模 无需整车其它零部件参数 可完成大多数整车测试工况 模型可直接用于HiL分析Figure No.16发动机测试模型AVL CRUISE:用于先进动力传动系统开发的平台Figure No. 17标准的自动变速系统模型AT标准的自动变速系统: 组件库中有各种已经定义好的传动系

8、统元件可供直接使用（如：液力变矩器，变速箱等） 可以对车辆的各种性能进行仿真分析，并对动力总成的传递特性进行研究 可以方便的扩展为其它更加复杂的自动变速系统Figure No. 18机械式自动变速系统 AMT zEngine Speed rpm 拥有可与传统手动变速系统媲美的传递效率 可避免AT车的液力变矩器所造成的损失 降低了驾驶员在车辆操纵过程中作用，有利于提高车辆性能 行驶稳定性和舒适性有所提高Figure No.19zEngine Torque Nm动力不间断传递的先进传动系统 DCT成熟的机械元件及控制策略:z可供直接使用的DCT元件及的控制策略元件Even side with ge

9、ar 2, 4and 6z可进行档位同步问题的考虑z起步过程中对离合器特性的考虑Odd side with gear 1, 3 and5z对于车辆运行过程中发动机和电机油门特性的考虑z对于制动压力的考虑 (用于能量回收制动控制)Figure No. 20无级式自动变速系统 CVTz用来模拟无级变速器的性能z可供直接使用的控制策略元件z油门及车速的延迟特性考虑z多参数的速比控制策略Figure No. 21GSP GEAR SHIFTING PROGRAM自动变速箱换档控制策略的生成及优化机械式自动变速系统 (AMT, DCT, GSI)液力自动变速系统(AT)无极变速系统(CVT)GSP, L

10、UCP(考虑液力变矩器离合器的锁止功能)GSP控制策略生成CVT 换档控制策略Figure No.22GSP功能简述zGSP生成 基于整车参数的换档规律自动生成 基于循环和道路特性的自动优化 基于Matrix Calc. 和Component Variation的换档规律自动调整 zGSP优化 基于特定循环的换档优化 可同时考虑油耗和排放特性 可提供出多参数的换档优化区间 （油门，扭矩，车速，etc.） Figure No.23对混合动力汽车 HEVs进行快速建模WheelMotorEngineGearbxWheel 快速完成HEV快速建模过程 方便进行动力传动系统的搭配，极大的节省了建模的时

11、间 可以便捷的实现能量分配控制策略 极大的降低了车辆的开发成本Figure No. 24HEV的零部件选型及参数优化Fuel Consumption high low Figure No.25EM 1, 2, 3, BAT 1, 2, 3, DOE STUDYICE 1, 2, 3, HEV传动系统可行性研究Figure No. 26Cranking Time s Matlab/Simulink/Stateflow环境中的HEV控制器 HEVC _ M1 b/CALCUL ATI ON/EMM_ PMU/VE H_ ONP ri nted 20-Dec- 2006 18: 04:34VEH _

12、 ONen : Entry_ VEH _O N(); du : Durin g_VEH _ON() du : F_ Trac tion _D river();ENG_OFF ENG _O ffC() 2 ENG_ StartC() 1ENG_STAR TENG_STOP ENG _R un C() ENG_ StopC () ENG_ R un C() ENG_R UNParam eters for the HEV System are optimised, for each cycle; the param eters and m aps are inputvalues depending

13、on the Course signal. The internal structure of the Statem achine is not changed / varied.func tionOffC = EN G_ Of fCfunc tio nOffC = ENG_ StopCfunctionrun C = EN G_ RunCfunctions tartC = ENG_ StartCfunction en = Entry_VE H_ONfunction du = During_VEH_O Nfunction du = F_Traction_D river车辆模型& HEV动力系统研

14、究 e-Mot 零部件规范确定 05Power kW 2025CriticalSatisfyingBrilliant在CRUISE 中搭建过的HEV 模型来源: AVL HEV 仿真分析研讨会Figure No. 27在CRUISE中搭建的不同的HEV模型Figure No. 28所有模型均采用闭环控制，其控制器模型在Matlab/Simulink/Stateflow 环境下搭建AVL CRUISE:整车性能仿真分析的集成平台 Figure No. 29CRUISE立体式全方位的接口Figure No. 30C, FORTRAN CodesVehicle DynamicsAVL DRIVEFl

15、owmaster, KULIMATLAB/SIMULINKAVL BOOSTCRUISE与AVL BOOST联合仿真(VTMS)T_Cool_Engine T_Oil120100806040200250T_Cool_Radiator Driving speed km/h200150Vehicle Thermal Management System10050002004006008001000Time s 1200KULIactual Temp. with different controller parametersCRUISE中发动机模型z静态发动机模型zTemp.-set-value通常由

16、台架试验得到zBOOST中发动机模型zHeat Flow与发动机循环模拟的接口z发动机MAP预先计算模式z在线瞬态计算模式zTime s Figure No. 31Temperature / Heat FlowFull LoadPart LoadTemperature CHigh-Part LoadVelocity km/h 的耦合仿真CRUISE与MatlabCRUISE软件与 MatLab 的接口允许客户自定义模型元件以及相关的控制策略，便于客户自己进行复杂控制。 CRUISE与Matlab 有三种连接方式zCRUISE InterfaceCRUISE与 MatLab 的联合仿真分析 (M

17、atLab 在前台，而 CRUISE处在被调用状态)zMatLab APICRUISE与 MatLab 的联合仿真分析 (CRUISE在前台，而 MatLab处在被调用状态）zMatLab DLL通过SimulinkTM-模型生成的动态链接库（ DLL）与 CRUISE进行耦合仿真Figure No. 32虚拟的主观平顺性评价:CRUISE 作为AVL DRIVE的传感器对车辆的行驶平顺性进行主观评价 CRUISE 仿真计算结果替代了原本DRIVE软件中所需要的传感器信号，例如： 车辆加速度信号 发动机转速信号 车速信号 发动机温度信号 离合器分离结合信号 当前档位信号 等等AVL-DRIVE

18、 可用于车辆开发阶段对平顺性进行评估Figure No.33CRUISE与IPG CarMaker 的联合仿真分析模型描述: 联合仿真在CRUISE和CarMaker中需要采用定步长求解器 CRUISE 采用C语言的动态链接库形式内置于CarMaker中 两个软件通过CRUISE的数据总线进行数据的传递和交换 联合仿真可以实现对车辆操纵稳定的分析，并且能够提供真实精确的道路环境Figure No. 34复杂路况下弯道对燃油经济型的影响考虑弯道特性时，等速油耗的变化特性 (v=100kph)Figure No.35180%160%140%120%FC 100%80%60%40%20%0%inf4

19、00m300m200m150mCurve RadiusCRUISE RT (RealTime) 的应用Figure No. 36DRIVETestbedCarMakerXCUAVLAVL InMotion RT NodePowertrainVehicle, Tire, Road, DriverRealTimeAVL 硬件在环仿真系统: AVL In-Motion系统控制器 e.g. dSpaceMicro AutoboxComp整le车te动V力eh学ic仿le真Si系m统ulation AVL InMotion - CRUISEAVL InMotion RT 系统目标机Figure No.

20、37测试环境中的整车性能综合性研究整车系统集成和虚拟测试环境 CarrMakerrT ruc kMakerFigure No. 38InMotion示例：复杂道路情况下的油耗特性研究市区低速路(0 - 50 km/h)市区市郊结合部 ( 70 km/h)市郊高速路( 120km/h)实MMe际ea测ssus试ruenmgent仿Si真mu测la试tion22000000油耗特性研究:11550000110000005500000000220000440000660000880000TZiemitessFigure No. 39FVueerlbmraauscshgg VeGheicsclehws

21、ipndeiegkdeitkkmm/hh rel. arellt.iHtu鰄dee mm GGeaanrg-燃油消耗量误差实际测试1585 g仿真测试1547 g-2.4 %G车e速schwindigkeitr道el.路H鰄坡e度档Ga位ngstufe160结合部市郊614051204100380260140020-10-20100200300400500600700800900TZiemit ess市区AVL软件在整车设计开发流程的使用整车开发流程的革新一个模型整个流程定型测试 优化流程实车测试 总成设计 总成测试 零部件设计 零部件测试 Figure No. 40系统实现/方案实施 零零部

22、部件件集集成成控控制制 零零部部件件规规范范定定义义 概念设计 目标定义 整车开发流程中的团队协作发动机传动系统整车集成普通用户读取/创建数据超级用户模型控制权修改/删除数据管理员相关人员权利的赋予数据库管理员AVLFigure No.41整车开发过程中的数据管理 所有车辆开发过程中的数据均保存在Oracle的数据库中 确保所有用户使用同一数据源 数据库更新和替换的一致性 数据库的所有用户的数据无差异保障 数据的高度安全性 数据库数据的及时备份和镜像可确保数据安全 用户使用权限的合理分配和管理 管理员可确保不同用户只能读取与之相关的数据 数据的搜寻和过滤功能 根据设定条件的快速的数据查找功能

23、在世界范围内多部门/系统的综合管理 全世界的用户使用同一数据库源 避免重复工作Figure No. 42CRUISE-整车开发过程的综合解决方案符合用户需求的车辆不同性能间的“最佳平衡” 特定循环工况下的动力性，经济性，排放行，平顺性和操纵性能 综合分析 不同团队之间的协同工作，智能化的数据管理系统可以使得整个 发过程快速高效的开寻求满足设计要求的不同系统和零部件之间的“合理组合” 对用户感兴趣的任意动力传动系统的详尽研究 (传统车辆，电动汽车，新型传动系统,etc.) 与实际情况高度一致的仿真及测试体系可以确保整个开发过程的 真实可靠开发过程中所需开发时间和开发成本的“有效降低” 成熟的仿真

24、平台和测试体系，使得用户可以快速开展工作 从仿真模拟到实际测试，设计初期的理念一直贯穿整个开发流程 在相同的仿真平台体系上可以实现不同公司,不同部门之间的信息 传递和共享Figure No. 43CRUISE的开发进程 （2000-2009）2000200120022003200420052006200720082009JF M A M J J ASO N DJF M A M J J ASO NDJF M A MJJASO NDCruise v1.2Cruise v2008v2008.1CRUISE RT实时仿真车辆动力学分层建模 子系统模型独立分析(SAM)GUI模块的使用驾驶员模型优化 二

25、进制和 .mat文件格式支持Cruise v1.2.1单一用户图形界面的使用矩阵（参数）优化计算后处理模块增加 高级发动机摩擦模型复杂轮胎滚阻模型 Cruisev2.0与 AVLBOOST接口Cruisev3.0与MATLAB-API接口CRUISE Interface功能推出FLOWMASTER 接口电气附件元件库 与iSIGHT耦合优化功能Cruisev2.1Cruise v3.0.1v3.0.2v3.0.3动力总成匹配优化数据库功能扩展（Oracle） Cruisev2.2与AVL DRIVE接口弯道模型考虑与KULI 接口 Cruisev2009DOE 参数化研究的使用CRUISE RT 及HiL功能推出动力传动链的使用自动变速箱换档控制策略生成及优化功能 GSP