一種單軸并聯混合動力汽車仿真平臺及仿真方法
【專利摘要】本發明涉及一種單軸并聯混合動力汽車仿真平臺及仿真方法。所述仿真平臺包括輸入單元、服務器、輸出單元，其中，所述輸入單元用于輸入指令，對服務器進行控制；所述服務器用于根據輸入單元的指令進行單軸并聯混合動力汽車仿真；所述輸出單元用于對仿真結果進行輸出。用戶可以修改屬性中的整車參數，就可以完善所要設計的車型，有效提高了單軸并聯混合動力汽車整車參數優化能力；對于控制策略方面，只要對其中所關心的參數進行修改，就可以直接進行優化計算，簡化了能量管理策略設計方法，提高了設計效率。
【專利說明】
一種單軸并聯混合動力汽車仿真平臺及仿真方法
技術領域
[0001]本發明涉及仿真技術領域，尤其涉及一種單軸并聯混合動力汽車仿真平臺及仿真方法。
【背景技術】
[0002]在車輛設計和開發的初始階段，對于車輛結構的優化和能量管理策略，特別是能量管理策略和換擋策略通過仿真進行驗證，對于實際應用之前實施和驗證能量管理策略非常關鍵。
[0003]而現在的主流仿真系統和方法都存在或多或少的不足。如Cruise專業車輛性能正向仿真分析，主要用于車輛縱向性能分析，包括整車的動力性、經濟性和排放性。它可以快速修改整車系統的配置，得到對復雜或簡單車輛傳動系統在任意工況下的性能仿真結果，并可對控制策略進行研究分析。但是Crui se只能用于簡單公式的計算，不適合計算復雜的混合動力能量管理策略。
[0004]MATLAB是由Mathworks公司開發的一種高級計算編程語言。Si mu link是由Mathworks公司開發的一種多領域物理系統建模、仿真和分析的模塊化商業工具，廣泛用于控制算法和信號處理等多方面設計與計算。在MATLAB/Simulink環境下用戶可以方便地修改和嘗試各種復雜的能量管理算法和策略。但卻無法像Cruise那樣靈活的建立整車的模型進行系統匹配仿真。
[0005]因此建立一個有效提高整車參數優化能力以及能量管理策略設計能力的正向仿真平臺是急需解決的問題。
【發明內容】
[0006]鑒于上述的分析，本發明旨在提供一種單軸并聯混合動力汽車仿真平臺及仿真方法，用以解決現有仿真平臺不適合計算復雜的混合動力能量管理策略或無法靈活的建立整車的模型的問題。
[0007]本發明的目的主要是通過以下技術方案實現的:
[0008]—種單軸并聯混合動力汽車仿真平臺，所述仿真平臺包括輸入單元、服務器、輸出單元，其中，
[0009]所述輸入單元用于輸入指令，對服務器進行控制；
[0010]所述服務器用于根據輸入單元的指令進行單軸并聯混合動力汽車仿真；
[0011 ]所述輸出單元用于對仿真結果進行輸出。
[0012]其中，所述服務器包括:
[0013]整車動力學模型模塊，用于建立并存儲整車動力學模型，實現整車的運行功能；
[0014]接口模塊，用于連接整車動力學模型模塊與能量管理策略模塊，實現數據交換；
[0015]能量管理策略模塊，用于建立并存儲能量管理策略模型，根據輸入單元的控制指令，控制整車動力學模型進行仿真。
[0016]其中，所述整車動力學模型進一步包括發動機、離合器、電機、電源、變速器、主減速器、差速器、制動器、輪胎、整車模塊、駕駛員模塊、顯示器子模塊；
[0017]各子模塊需要設置的參數通過輸入單元輸入的指令進行設置；
[0018]根據輸入單元輸入的指令建立各子模塊之間的機械連接和電氣連接。
[0019]其中，所述接口模塊定義MATLAB/Simulink輸入和輸出接口，以及模型地址。
[0020]其中，所述能量管理策略模型包括能量分配策略和換擋策略兩部分。
[0021]其中，所述能量管理策略模塊，根據輸入單元的控制指令，控制整車動力學模型進行仿真進一步包括:
[0022]根據輸入單元的控制指令，選擇工作模式，所述工作模式包括純電動模式、純發動機模式、行車充電模式、滑行能量回收模式、制動能量回收模式、混合驅動模式。
[0023]其中，所述能量管理策略模塊，根據輸入單元的控制指令，控制整車動力學模型進行仿真進一步包括:
[0024]全加速過程動力性仿真、爬坡性能仿真、循環工況燃油經濟性仿真、穩態行駛燃油經濟性仿真。
[0025]一種單軸并聯混合動力汽車仿真方法，包括以下步驟:
[0026]整車動力學模型模塊建立并存儲整車動力學模型，實現整車的運行功能；
[0027]能量管理策略模塊建立并存儲能量管理策略模型；
[0028]通過輸入單元輸入控制指令，調用接口模塊連接整車動力學模型模塊與能量管理策略模塊，控制整車動力學模型進行仿真。
[0029]其中，所述整車動力學模型進一步包括:
[0030]發動機、離合器、電機、電源、變速器、主減速器、差速器、制動器、輪胎、整車模塊、駕駛員模塊、顯示器子模塊；
[0031 ]各子模塊需要設置的參數通過輸入單元輸入的指令進行設置；
[0032]根據輸入單元輸入的指令建立各子模塊之間的機械連接和電氣連接。
[0033]其中，所述通過輸入單元輸入控制指令，調用接口模塊連接整車動力學模型模塊與能量管理策略模塊，控制整車動力學模型進行仿真進一步包括:
[0034]根據輸入單元的控制指令，選擇工作模式，所述工作模式包括純電動模式、純發動機模式、行車充電模式、滑行能量回收模式、制動能量回收模式、混合驅動模式；
[0035]根據輸入單元的控制指令，控制整車動力學模型進行全加速過程動力性仿真、爬坡性能仿真、循環工況燃油經濟性仿真、穩態行駛燃油經濟性仿真。
[0036]本發明有益效果如下:
[0037]本發明公開了一種單軸并聯混合動力汽車仿真平臺及仿真方法，用戶可以修改屬性中的整車參數，就可以完善所要設計的車型，有效提高了單軸并聯混合動力汽車整車參數優化能力;對于控制策略方面，只要對其中所關心的參數進行修改，就可以直接進行優化計算，簡化了能量管理策略設計方法，提高了設計效率。
[0038]本發明的其他特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分的從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
【附圖說明】
[0039]附圖僅用于示出具體實施例的目的，而并不認為是對本發明的限制，在整個附圖中，相同的參考符號表不相同的部件。
[0040]圖1為基于MATLAB/Simulink與Cruise的仿真運行流程圖；
[0041 ]圖2為單軸并聯混合動力傳動系統結構示意圖；
[0042]圖3為Cruise搭建的整車動力仿真模型示意圖；
[0043]圖4為能量管理策略建模示意圖；
[0044]圖5為換擋策略建模示意圖；
[0045]圖6為整車控制程序建模示意圖；
[0046]圖7為能量管理策略模式切換邏輯示意圖。
【具體實施方式】
[0047]下面結合附圖來具體描述本發明的優選實施例，其中，附圖構成本申請一部分，并與本發明的實施例一起用于闡釋本發明的原理。
[0048]根據本發明的一個具體實施例，公開了一種單軸并聯混合動力汽車仿真平臺及仿真方法。
[0049 ]所述仿真平臺包括:輸入單元、服務器、輸出單元。其中，
[0050]所述輸入單元用于對服務器進行控制；
[0051 ]所述服務器用于根據輸入單元的指令進行仿真；
[0052]所述輸出單元用于對仿真結果進行輸出。
[0053]具體地，
[0054]仿真平臺的服務器包括以下部分:
[0055]整車動力學模型模塊、MATLABAPI接口模塊、能量管理策略模塊;其中，
[0056]所述整車動力學模型模塊用于建立并存儲Cruise整車動力學模型，實現整車的運行功能，所述整車動力學模型進一步包括包括發動機、離合器、電機、電源、變速器、主減速器、差速器、制動器、輪胎、整車模塊、駕駛員模塊、顯示器模塊；
[0057]各模塊需要設置的參數通過輸入單元輸入的指令進行設置，分別如下:
[0058]發動機的基本設置包括發動機排量、發動機工作溫度、汽缸數、沖程數、怠速轉速、最高轉速、曲軸慣量、燃油密度、怠速時污染物的排放情況、發動機外特性曲線。離合器動力學模型的設置包括離合器輸入輸出軸慣量和最大傳遞轉矩。電機模型需設置的基本參數包括:電機類型的選擇、工作模式的選擇、額定電壓、最高轉速、轉動慣量、電機質量、初始溫度等參數。電源模型設置中除了定義電池的額定安時容量、額定電壓、最大電壓、最小電壓、單體數量等基本參數外，還要定義充電和放電狀態下，電池的荷電狀態與電池電壓之間的關系趨勢，電池內阻可以定義為恒定值。變速器模塊需要定義的變量包括擋位數和各擋位的速比、轉動慣量和轉矩損失。主減速器模塊所需數據包括:傳動比、輸入輸出軸轉動慣量和整體的傳動效率。制動器模塊參數設置參數包括液壓制動缸活塞面積、制動器摩擦系數、摩擦半徑、轉動慣量等。輪胎模型所需定義的參數有:靜態輪胎半徑、動態輪胎半徑、轉動慣量、輪胎摩擦系數等。整車模型需要輸入的主要參數有:整車整備質量、最大總質量、軸距、重心高度、迎風面積、空氣阻力系數等。駕駛員模塊需要設置的參數包括:換擋模式，前進擋數，后退擋數。顯示器模型需顯示的量有車輛的加速度、車速、車輛行駛位移、發動機負荷信號、發動機轉速、電機負荷信號、發動機轉矩、制動壓力、離合器分離程度、當前擋位。
[0059]根據輸入單元輸入的指令建立各模塊之間的機械連接和電氣連接。模型中有眾多電氣控制量，如車速、加速踏板開度、變速器擋位、制動踏板開度、環境溫度、電機電流、電機電壓、開關信號等諸多信號。根據整車的機械連接情況，建立模型的機械連接構架;根據整車的電氣連接情況，建立模型的電氣連接構架，如圖2所示。當各個模塊之間建立起機械、電氣和總線連接之后，整車模型搭建完畢，如圖3所示。
[0060]所述MATLABAPI接口模塊用于根據輸入單元輸入的指令進行設置，定義MATLAB/Simulink輸入和輸出接口以及模型地址，連接Cruise整車動力學模型模塊與MATLAB/Simul ink建立的能量管理策略模塊，實現數據交換；
[0061 ] 所述能量管理策略模塊用于建立并存儲MATLAB/Simulink能量管理策略模型，根據輸入單元的控制指令，控制整車動力學模型的運行。
[0062]所述能量管理策略模型包括能量分配策略和換擋策略兩部分。
[0063]能量分配策略如圖4所示:
[0064]I s為駕駛員的加速踏板信號，I s e [ O，I ]; brake為駕駛員制動踏板信號，brake e[0,1] ;motor_max_accel為固定轉速下，加速過程中電機能提供的最大功率，查表得到；motor_max_brake為固定轉速下，能量回收過程中電機能提供的最大回收功率，該值為查表所得，與motor_max_accel呈相反數;engine_max為固定轉速下，發動機能提供的最大功率，查表所得;F_max_mech為機械制動能提供的最大制動力，保證沒有制動能量回收，也能提供足夠的制動力讓車得到期望的車速;current_rat iο為變速器當前擋位傳動比，查表所得；f inal_rat1為主減速器速比;Preq為車輛運行過程中所需功率，為內部變量;Pmreq為電機負荷信號，Pmreqe [-1,1]，大于O時為輸出動力，小于O時給電池充電；Pereq為發動機負荷信號，Pereqe [0,1] ;Pbrake為機械制動大小。
[0065]換擋策略建模如圖5所示，換擋策略由車速和油門開度決定當前擋位，由整車加速度決定升擋還是降擋。
[ΟΟ??]能量分配策略具體如圖7所示:
[0067]①純電動模式:選擇純電動模式作為車輛起步模式，充分發揮電機快速響應和高精度的優勢。當起步過程中車速小于10km/h，電池SOC大于28%，油門開度小于30%或油門開度大于30%，但車速小于5km/h時，車輛由電機驅動，這樣保證電池SOC總保證在28 %以上，防止出現過放現象。
[0068]②純發動機模式:當車輛起步過程完成，也就是車速在5km/h到10km/h之間時，運行模式從純電動模式切換到純發動機模式。當電池SOC低于28%時，電池不能提供足夠的動力供車輛起步，油門踏板開度高于10%，選擇純發動機模式作為起步模式。或者當車輛起步完成，車速高于10km/h，電池SOC高于28%，加速踏板開度小于80%，也就是車輛運行在中等負荷工況下，車輛由發動機單獨驅動。或者車輛起步完成，車速高于10km/h，電池SOC在28%和60 %之間，加速踏板開度大于80 %，也就是車輛運行在重度負荷工況下，車輛由發動機單獨驅動。
[0069]③行車充電模式:車輛起步完成，車速高于10km/h，電池SOC小于28%，此時電池需要充電，車輛選擇行車充電模式作為驅動模式。
[0070]④滑行能量回收模式:加速踏板和制動踏板開度都為O，車輛處于滑行狀態時，車輛啟動滑行能量回收模式由電機回收一部分車輛動能。
[0071]⑤制動能量回收模式:當制動踏板開度不為0，不考慮制動能量回收對車輛穩定性的影響，根據電池和電機的特性，電池盡可能多的回收能量。當制動能量最大值大于電機能夠回收的最大值時，機械制動開始起作用。
[0072]⑥混合驅動模式:車輛起步過程完成，車速大于10km/h，電池SOC大于60%，油門踏板開度大于80%，也就是說車輛處于重度負荷工況下，車輛由發動機和電機同時驅動。電機提供的動力為固定值，轉矩為125Nm。
[0073]整車控制程序建模如圖6所示，根據輸入單元的控制指令，控制整車動力學模型的仿真運行。選擇仿真任務中的工作模式，運用MATLAB/Simulink/Stateflow進行建模，進行整車仿真，包括:
[0074]全加速過程動力性仿真、爬坡性能仿真、循環工況燃油經濟性仿真、穩態行駛燃油經濟性仿真。其中全負荷加速性能計算(Full Load Accelerat1n)包含的子任務為車輛原地起步連續換擋的加速性能計算、超車加速性能計算和各擋位的最大加速度計算。
[0075]本發明公開了一種單軸并聯混合動力汽車仿真平臺及仿真方法，用戶可以修改屬性中的整車參數，就可以完善所要設計的車型，有效提高了單軸并聯混合動力汽車整車參數優化能力;對于控制策略方面，只要對其中所關心的參數進行修改，就可以直接進行優化計算，簡化了能量管理策略設計方法，提高了設計效率。
[0076]本領域技術人員可以理解，實現上述實施例方法的全部或部分流程，可以通過計算機程序來指令相關的硬件來完成，所述的程序可存儲于計算機可讀存儲介質中。其中，所述計算機可讀存儲介質為磁盤、光盤、只讀存儲記憶體或隨機存儲記憶體等。
[0077]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種單軸并聯混合動力汽車仿真平臺，所述仿真平臺包括輸入單元、服務器、輸出單元，其中， 所述輸入單元用于輸入指令，對服務器進行控制； 所述服務器用于根據輸入單元的指令進行單軸并聯混合動力汽車仿真； 所述輸出單元用于對仿真結果進行輸出。2.根據權利要求1所述的單軸并聯混合動力汽車仿真平臺，其中，所述服務器包括: 整車動力學模型模塊，用于建立并存儲整車動力學模型，實現整車的運行功能； 接口模塊，用于連接整車動力學模型模塊與能量管理策略模塊，實現數據交換； 能量管理策略模塊，用于建立并存儲能量管理策略模型，根據輸入單元的控制指令，控制整車動力學模型進行仿真。3.根據權利要求2所述的單軸并聯混合動力汽車仿真平臺，其中， 所述整車動力學模型進一步包括發動機、離合器、電機、電源、變速器、主減速器、差速器、制動器、輪胎、整車模塊、駕駛員模塊、顯示器子模塊； 各子模塊需要設置的參數通過輸入單元輸入的指令進行設置； 根據輸入單元輸入的指令建立各子模塊之間的機械連接和電氣連接。4.根據權利要求2所述的單軸并聯混合動力汽車仿真平臺，其中， 所述接口模塊定義MATLAB/Simulink輸入和輸出接口，以及模型地址。5.根據權利要求2所述的單軸并聯混合動力汽車仿真平臺，其中， 所述能量管理策略模型包括能量分配策略和換擋策略兩部分。6.根據權利要求2所述的單軸并聯混合動力汽車仿真平臺，其中， 所述能量管理策略模塊，根據輸入單元的控制指令，控制整車動力學模型進行仿真進一步包括: 根據輸入單元的控制指令，選擇工作模式，所述工作模式包括純電動模式、純發動機模式、行車充電模式、滑行能量回收模式、制動能量回收模式、混合驅動模式。7.根據權利要求2所述的單軸并聯混合動力汽車仿真平臺，其中， 所述能量管理策略模塊，根據輸入單元的控制指令，控制整車動力學模型進行仿真進一步包括: 全加速過程動力性仿真、爬坡性能仿真、循環工況燃油經濟性仿真、穩態行駛燃油經濟性仿真。8.—種單軸并聯混合動力汽車仿真方法，包括以下步驟: 整車動力學模型模塊建立并存儲整車動力學模型，實現整車的運行功能； 能量管理策略模塊建立并存儲能量管理策略模型； 通過輸入單元輸入控制指令，調用接口模塊連接整車動力學模型模塊與能量管理策略模塊，控制整車動力學模型進行仿真。9.根據權利要求8所述的單軸并聯混合動力汽車仿真方法，其中，所述整車動力學模型進一步包括: 發動機、離合器、電機、電源、變速器、主減速器、差速器、制動器、輪胎、整車模塊、駕駛員模塊、顯示器子模塊； 各子模塊需要設置的參數通過輸入單元輸入的指令進行設置； 根據輸入單元輸入的指令建立各子模塊之間的機械連接和電氣連接。10.根據權利要求8所述的單軸并聯混合動力汽車仿真方法，其中，所述通過輸入單元輸入控制指令，調用接口模塊連接整車動力學模型模塊與能量管理策略模塊，控制整車動力學模型進行仿真進一步包括: 根據輸入單元的控制指令，選擇工作模式，所述工作模式包括純電動模式、純發動機模式、行車充電模式、滑行能量回收模式、制動能量回收模式、混合驅動模式； 根據輸入單元的控制指令，控制整車動力學模型進行全加速過程動力性仿真、爬坡性能仿真、循環工況燃油經濟性仿真、穩態行駛燃油經濟性仿真。
【文檔編號】G05B17/02GK106054669SQ201610458368
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月22日
【發明人】胡宇輝, 席軍強, 楊森, 陳慧巖
【申請人】北京理工大學