CN109583127A - 一种整车电平衡仿真测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整车电平衡仿真测试方法，通过软件建立电平衡仿真模型；根据各主机厂电平衡实验标准进行各工况仿真，将电平衡判断标准对应的参数显示，将显示参数与电平衡标准对比得出仿真测试结果。本发明的优点在于：人力物力成本较低，周期较短，减少实车专人验证次数及资源消耗；选型配置调整灵活，容易及时发现问题，便于调整；虚拟开发、适应性强、精度高。

Description

一种整车电平衡仿真测试方法

技术领域

本发明涉及汽车电器设计领域，特别涉及一种整车电平衡仿真测试方法。

背景技术

随着整车安全、娱乐、客户舒适性需求等技术的发展，汽车电子电器配置模块日益丰富，整车的供电需求也越来越多样化，其中包括无极风扇、自动调节空调、LED和激光大灯、一体化双联屏、感应雨刮、i-boost，功率放大器、行车记录仪等后装配置，这些高功率负载对整车电平衡有较大的影响；此外，不同主机厂针对不同平台车型搭载不同动总、发电机，不同发动机怠速转速策略、与发电机转速比参数等等都对电平衡有较大影响，每种变更都需要对整车电平衡进行验证。

目前大部分主机厂采用经验评估或者台架验证方法，经验评估准确性低，后期实车验证失败率高，台架实验周期长、耗费人力、物力、财力，均难以在项目开发阶段高效准确的确定整车供电系统与负载需求的匹配情况。

因此，如何更高效准确的验证整车供需电平衡，缩减整车发周期并节约人力物力财力资源成为一个研究方向。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种整车电平衡仿真测试方法，通过软件仿真的方式来对整车的电平衡进行验证，在不影响电平衡验证成功率的前提下，缩短整车电平衡验证周期。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种整车电平衡仿真测试方法，通过软件建立电平衡仿真模型；根据各主机厂电平衡实验标准进行各工况仿真，将电平衡判断标准对应的参数显示，将显示参数与电平衡标准对比得出仿真测试结果。

基于MATLAB软件的Simulink模块，将各用电器负载用电信息搭建模型参数化，搭建供电系统模型。

搭建的电平衡仿真模型包括：

供电系统，包含蓄电池模型跟发电机模型；

电器负载：包含各种灯、电机、控制器等各类阻性、感性、容性用电器负载；

工况控制：包含负载开关控制和车辆运行工况控制；

显示模块：显示电平衡系统电池SOC、电压、电流，发电机电压、电流、负载消耗电流等变化情况。

根据建立的模型仿真包括如下步骤：

步骤1：确定车型及配置，确定其配置以明确整车耗电需求，根据发动机类型及与发电机转速比初步选取一套供电系统；

步骤2：确定测试范围，根据主机厂电平衡标准确定测试工况、各工况所需开启负载、对应时间；

步骤3：根据步骤1、步骤2两步将已搭建好的模型进行参数调整，调取相应负载，根据不同工况设置对应工作时间参数；

步骤4：对各工况进行仿真测试，将仿真过程中的供电系统的参数与电平衡标准参数对比，若仿真过程中的参数不满足标准，则判断电平衡失败，供电系统的选择不能满足整车需求。

步骤5：若电平衡仿真结果通过对比满足电平衡标准参数要求，对于仿真结果满足电平衡实验标准的最终供电系统，可搭载实车验证一轮。

在供电平衡仿真结果为失败后，可以更换供电系统参数：更换发电机或通过调整转速比策略或发动机怠速策略进行新一次的仿真测试。

发电机模型，输入为发电机特性曲线仿真函数，(即不同温度、转速下其发电能力)，输出为发电机发电电流、对外输出电压，由一个可控电压源、一个电流传感器、一个电压传感器组成；

电池的等效模型选用一阶RC模型，输入为初始SOC值、蓄电池温度，输出为蓄电池放充电电流、端电压、SOC值，由一个可控电压源、一个内阻r0，一个并联RC、以及一个电压、电流传感器构成。

负载模型用可控的直流电源作为等效模型，其中可控电流源由一个电压传感器、一个直流电源组成。

工况控制方面根据各主机厂电平衡试验标准定义策略，使用Signal Builder模块实现，路况通过选用工况路谱图转换为发动机转速图谱。

本发明的优点在于：人力物力成本较低，周期较短，减少实车专人验证次数及资源消耗；选型配置调整灵活，容易及时发现问题，便于调整；虚拟开发、适应性强、精度高，一般测试在夏季雨夜、冬季雪夜等特定环境下执行，仿真随时可设置参数模拟对应温度环境并且保证环境的稳定性。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明仿真方法流程图；

图2为本发明基于软件建立的仿真模型；

图3为本发明工况路谱图转换为发动机转速图谱示意图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本发明基于MATLAB软件Simulink模块，设计整车电平衡仿真测试方法。在不影响电平衡验证成功率的前提下，缩短整车电平衡验证周期，降低验证所需成本。同时，本发明可适用不同平台车型不同配置仿真验证，不需要增加任何的人为操作，精度高，可减少不必要冗余设计。其原理包括将各用电器负载用电信息搭建模型参数化，搭建供电系统模型，根据各主机厂电平衡实验标准进行各工况仿真，将电平衡判断标准参数示波显示，对比标准得出仿真测试结果。

如图2为仿真模型，该仿真模型结构及组成如下：

电平衡仿真仿真模型包含4大模块：

1、供电系统，包含蓄电池模型跟发电机模型；

2、电器负载：包含各种灯、电机、控制器等各类阻性、感性、容性用电器负载；

3、工况控制：包含负载开关控制和车辆运行工况控制(可由各主机厂对应电平衡标准适当调整)；

4、显示模块：显示电平衡系统电池SOC、电压、电流，发电机电压、电流、负载消耗电流等变化情况。

其中，发电机模型，输入为发电机特性曲线仿真函数，(即不同温度、转速下其发电能力)，输出为发电机发电电流、对外输出电压，由一个可控电压源、一个电流传感器、一个电压传感器组成。经过检测电压、电流，通过算法控制可控电压源，等效发电机的输出特性。通过发电机输出特性曲线可以仿真出各发电机不同温度、不同转速下对应的最大输出电流map，与负载端实际工作总电流作对比，若工作电流小于最大输出电流，发电机以设定电压Ue恒压输出；若工作电流大于最大输出电流，发电机以最大功率Pmax(最大电流Imax×设定电压Ue)，做恒功率降压输出。

电池的等效模型选用一阶RC模型，输入为初始SOC值、蓄电池温度，输出为蓄电池放(充)电电流由、端电压、SOC值，由一个可控电压源、一个内阻r0，一个并联RC、以及一个电压、电流传感器构成。根据电池性能，其开路电压与SOC有线性关系，电池的内阻以及RC也与SOC存在函数关系。因此建立起SOC与开路电压、r0、r1、c1的关系，即可等效模拟蓄电池的电特性。SOC的算法通过电流传感器测量蓄电池充放电电流，然后进行积分。然后通过单位换算为Ah，再除以额定容量得到SOC的变化值，累加到初始的SOC中，形成SOC的闭环计算。将SOC输入给U、r0、r1、c1的查表表格中即可。

进一步的，开路电压与SOC有线性关系可通过蓄电池厂家测得的不同SOC下对应电压参数化建模。而不同SOC对应的r0、r1、c1，我们需要搭建相应的测试电路。即一个可控的电流源，通过signal builder模块实现恒流的充放电控制。然后我们通过给电源赋值不同SOC下的开路电压，来获得对应SOC的r0、r1、c1参数(将实验测试数据输入所搭模型仿真与原数据对比进行参数辨识优化)。

负载模型相对较为简单，因为电平衡较为关注长时间的功耗状态，我们在搭建模型时可以忽略负载的一些瞬态特性。即用可控的直流电源作为等效模型，测试不同电压对负载的影响并搭建模型。其中可控电流源由一个电压传感器、一个直流电源组成。通过电压表采集整车供电电压，经过计算电压与负载电流的函数关系，得到负载实时的电流。其输入为负载用电特性曲线函数，输出为对应条件下工作电流。

工况控制方面根据各主机厂电平衡试验标准定义策略，使用Signal Builder模块实现，路况通过选用工况路谱图转换为发动机转速图谱。函数表达式为：(输入值是汽车行驶速度，输出值是发动机转速)

i_g(k)*i₀*u(1)/r/0.377

式中i_g(k)为k档的传动比(k＝1,2,3,4,5。。。)，i₀是汽车主减速比，r为车轮滚动半径。开关控制即负载通断时间逻辑控制，较为简单。图3即为某工况转换谱图。

如图1所示，电平衡仿真测试方法分五大步：

步骤1：确定车型及配置，电平衡属于整车级系统实验，要确定其配置以明确有哪些耗电需求，包括哪些车载用电器，根据发动机类型及与发电机转速比初步选取一套供电系统(供电系统包括发电机、蓄电池等)。

步骤2：确定测试范围，各个主机厂电平衡标准有差异，根据标准确定测试工况、各工况所需开启负载、对应时间等。

步骤3:根据A、B两步将已搭建好的模型进行参数调整，调取相应负载，根据不同工况设置对应工作时间参数等。(各主机厂体系内用器配置可以根据其用电特性建立负载模型数据库，方便不同车型调取)，将负载、工况以及对应工作时间等参数设定好后，下一步即为仿真测试。

步骤4：将已经选择的供电系统参数、工况、工作时间等参数带入到模型中，对各工况进行仿真测试，若仿真结果对比试验标准判定为失败(仿真实验中电平衡不满足条件，通过仿真过程中显示模块显示的参数与标准参数比对来判断)，说明供电系统选型不能满足整车用电需求，需更换大型号发电机，由于发电机发电能力与其转速有关，也可以通过调整转速比策略或发动机怠速策略(针对怠速工况)提升发电机发电能力(具体以相关专业为准)。

步骤5：实车验证(选做)，对于仿真结果满足电平衡实验标准的最终供电系统，可搭载实车验证一轮。该仿真模型已经在现有项目车型做过实车验证，精度高，误差率不超2％，仿真结论具有参考价值。

本发明有以下优点：

1、人力物力成本较低，周期较短，减少实车专人验证次数及资源消耗；

2、选型配置调整灵活，容易及时发现问题，便于调整；

3、虚拟开发、适应性强、精度高，一般测试在夏季雨夜、冬季雪夜等特定环境下执行，仿真随时可设置参数模拟对应温度环境并且保证环境的稳定性。

4、可减少不必要冗余，大多台架实验或者实车验证都是理论经验分析可行方案下实行的，负载需求理论与实测有较大差异，容易造成供电系统选型过大产生不必要的冗余，仿真由于其灵活性通过参数调整，匹配最优型号。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种整车电平衡仿真测试方法，其特征在于：通过软件建立电平衡仿真模型；根据各主机厂电平衡实验标准进行各工况仿真，将电平衡判断标准对应的参数显示，将显示参数与电平衡标准对比得出仿真测试结果。

2.如权利要求1所述的一种整车电平衡仿真测试方法，其特征在于：基于MATLAB软件的Simulink模块，将各用电器负载用电信息搭建模型参数化，搭建供电系统模型。

3.如权利要求1或2所述的一种整车电平衡仿真测试方法，其特征在于：搭建的电平衡仿真模型包括：

供电系统，包含蓄电池模型跟发电机模型；

电器负载：包含各种灯、电机、控制器等各类阻性、感性、容性用电器负载；

工况控制：包含负载开关控制和车辆运行工况控制；

显示模块：显示电平衡系统电池SOC、电压、电流，发电机电压、电流、负载消耗电流等变化情况。

4.如权利要求1或2所述的一种整车电平衡仿真测试方法，其特征在于：根据建立的模型仿真包括如下步骤：

步骤1：确定车型及配置，确定其配置以明确整车耗电需求，根据发动机类型及与发电机转速比初步选取一套供电系统；

步骤2：确定测试范围，根据主机厂电平衡标准确定测试工况、各工况所需开启负载、对应时间；

步骤3：根据步骤1、步骤2两步将已搭建好的模型进行参数调整，调取相应负载，根据不同工况设置对应工作时间参数；

步骤4：对各工况进行仿真测试，将仿真过程中的供电系统的参数与电平衡标准参数对比，若仿真过程中的参数不满足标准，则判断电平衡失败，供电系统的选择不能满足整车需求。

5.如权利要求4所述的一种整车电平衡仿真测试方法，其特征在于：在供电平衡仿真结果为失败后，可以更换供电系统参数：更换发电机或通过调整转速比策略或发动机怠速策略进行新一次的仿真测试。

6.如权利要求4所述的一种整车电平衡仿真测试方法，其特征在于：还包括步骤5：若电平衡仿真结果通过对比满足电平衡标准参数要求，对于仿真结果满足电平衡实验标准的最终供电系统，可搭载实车验证一轮。

7.如权利要求3所述的一种整车电平衡仿真测试方法，其特征在于：发电机模型，输入为发电机特性曲线仿真函数，(即不同温度、转速下其发电能力)，输出为发电机发电电流、对外输出电压，由一个可控电压源、一个电流传感器、一个电压传感器组成；

电池的等效模型选用一阶RC模型，输入为初始SOC值、蓄电池温度，输出为蓄电池放充电电流由、端电压、SOC值，由一个可控电压源、一个内阻r0，一个并联RC、以及一个电压、电流传感器构成。

8.如权利要求3所述的一种整车电平衡仿真测试方法，其特征在于：负载模型用可控的直流电源作为等效模型，其中可控电流源由一个电压表、一个直流电源组成。

9.如权利要求3所述的一种整车电平衡仿真测试方法，其特征在于：工况控制方面根据各主机厂电平衡试验标准定义策略，使用Signal Builder模块实现，路况通过选用工况路谱图转换为发动机转速图谱。