CN112464381A - 一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法，包括以下步骤：S1：基于车辆仿真系统形成仿真系统构建；S2：形成模型仿真前处理的过程；S3：将已有仿真文件进行模型仿真；S4：对部件后处理文件执行，形成模型仿真后处理过程；S5：形成仿真测试过程。本发明所述的一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法能够面对新能源车辆系统多样化的连接方式、部件模型、部件参数、仿真流程，能够灵活组织这些仿真必要元素，减少仿真过程中重复劳动性工作，加速新能源车辆性能仿真测评的仿真过程，缩短新能源车辆的研发周期，对整车企业新产品开发具有重要意义。

Description

一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法

技术领域

本发明属于车辆性能测评领域，尤其是涉及一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法。

背景技术

计算机仿真技术对新能源车辆产品开发至关重要。通过建立数字化车辆仿真系统，在新能源车辆开发前期对设计方案进行数字化分析，能够快速预测车辆各项性能、评价设计方案的可行性，有效的缩短研发周期和降低研发成本。

新能源车辆涉及到众多机械、电力、液压等部件，通过部件与部件的灵活组合，最终能够形成不同种类的新能源车辆构型。对于特定类型的车辆部件，可能存在不同的建模方法；对于特定模型的搭建方法，可以配置不同的参数配置集，且不同部件之间的参数还可能存在耦合关系。另外，新能源车辆测试过程包括动力性、经济性、驾驶性等，以及不同测试过程的联合仿真与优化。面对新能源车辆仿真时多样化的连接形式、部件类型、部件参数、性能测试过程，目前主要通过纯手工组态的方式实现不同部件模型之间的搭建与连接，且手工搭建的同时还需要考虑除部件外的其他辅助模块；组成整车的不同部件需要初始化对应的参数文件，且存在参数耦合关系的情况下需要考虑部件参数初始化的先后顺序。同时，对于各种多样化的仿真性能测试过程，需要做大量的重复性工作。因此，通过一套自动化分析工具面对灵活多样的新能源车辆仿真系统和仿真需求，能够极大方便新能源车辆性能的仿真分析。

目前国外成熟的新能源车辆性能仿真软件例如Cruise、AMESim、GTPower等。这些仿真工具的共同特点是通过GUI界面依次让用户输入仿真部件参数、车辆构型组态图搭建、测试工况选择，然后仿真软件后台根据用户在软件前端的所有配置，通过求解器计算得到车辆性能结果并展示给用户。这些商业化软件由于其固有的保密性，后台的运作机制目前并没有公开资料，进而对用户的灵活性使用和深入研究模型机理造成诸多限制。另外，面对新能源汽车技术的快速迭代，商业化软件由于固定的配置流程和测试工况，很难满足新能源车辆多样化的仿真需求。综上，目前能够满足多样化新能源车辆仿真需求的自动化仿真技术方案并不多见，因此有必要提供一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法来弥补现有不足。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法，以解决现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法，包括以下步骤：

S1：基于车辆仿真系统对模型自动化拼接的过程和模型信号接口统一化准则进行构建，形成仿真系统构建；

S2：对部件预处理文件依赖关系判断和模型预处理文件执行，形成模型仿真前处理的过程；

S3：将在步骤S2中统计的已有仿真文件进行模型仿真；

S4：对部件后处理文件执行，形成模型仿真后处理过程；

S5：对模型仿真前处理的过程、模型仿真的的过程、模型仿真后处理的过程进行构建，从而形成仿真测试过程。

进一步的，在步骤S1中的所述车辆仿真系统包括组成车辆的部件仿真模型、仿真模型描述文件、部件模型连接关系描述文件、每个仿真模型对应的参数初始化文件、参数初始化描述文件、参数预处理文件、参数预处理描述文件、参数后处理文件和参数后处理描述文件。

进一步的，所述仿真模型描述文件包括对应部件模型的输入输出接口名称、个数、模型中使用到的初始化参数、模型仿真后输出的信号量。

进一步的，所述部件模型连接关系描述文件包括部件与部件连接关系，所述部件与部件连接关系包括部件输出的势变量与流变量。

进一步的，所述参数初始化文件经文本解析得出参数初始化描述文件，所述参数初始化文件包括初始化参数，参数初始化描述文件包括初始化参数名称。

进一步的，所述参数预处理文件经文本解析得出参数预处理描述文件，所述参数预处理文件包括计算参数，参数预处理描述文件包括输入参数和输出参数名称。

进一步的，所述参数后处理文件经文本解析得出参数后处理描述文件，所述参数后处理文件包括部件信号量，参数后处理描述文件包括模型输出信号和运行参数。

进一步的，在步骤S1中的所述模型自动化拼接包括总线信号选择子模块搭建、总线信号汇总子模块搭建、系统总线拼接和模型拼接。

进一步的，在步骤S1中的所述模型接口统一化准则包括以下步骤：

A1、基于部件信号、部件势信号、部件流信号形成输入输出部件信号；

A2、判断输入部件势信号是否来自单个其他部件势信号；

A3、输出部件信号均以部件总线的形式输出。

进一步的，在步骤S5中的所述模型仿真前处理和模型仿真后处理由仿真步骤组成和仿真步骤描述性文件组成。

相对于现有技术，本发明所述的一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法具有以下优势：

(1)本发明所述的一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法，用户仅需要提供将每个部件的模型、模型连接方式(势信号与流信号的连接关系)、初始化文件、预处理文件、后处理文件、性能测试工况过程，而不必考虑参数之间的耦合关系，以及模型与模型之间信号传递关系，模型与模型之间附加的必要模块等，通过建立一套车辆自动化仿真分析方法，减少模型仿真工作中多余和重复劳动性工作，缩短车辆性能仿真的开发时间。

(2)本发明所述的一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法通过该方法能够面对新能源车辆系统多样化的连接方式、部件模型、部件参数、仿真流程，能够灵活组织这些仿真必要元素，减少仿真过程中重复劳动性工作，加速新能源车辆性能仿真测评的仿真过程，缩短新能源车辆的研发周期，对整车企业新产品开发具有重要意义。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法其车辆自动化仿真系统结构示意图；

图2为本发明实施例所述的一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法其车辆自动化仿真测试过程示意图；

图3为本发明实施例所述的一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法其前处理文件依赖判断流程图；

图4为本发明实施例所述的一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法其预处理文件顺序运行流程图；

图5为本发明实施例所述的一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法其预处理文件顺序运行实施例1分析图；

图6为本发明实施例所述的一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法其后处理文件顺序运行流程图；

图7为本发明实施例所述的一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法其加速性工况测试运行流程图；

图8为本发明实施例所述的一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法其爬坡度工况测试运行流程图；

图9为本发明实施例所述的一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法其参数敏感性分析测试工况运行流程图；

图10为本发明实施例所述的一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法其模型拼接程序流程图；

图11为本发明实施例所述的一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法其车辆仿真模型拼接后示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图11所示，一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法，包括以下步骤：

S1：基于车辆仿真系统对模型自动化拼接的过程和模型信号接口统一化准则进行构建，形成仿真系统构建；

S2：对部件预处理文件依赖关系判断和模型预处理文件执行，形成模型仿真前处理的过程；

S3：将在步骤S2中统计的已有仿真文件进行模型仿真；

S4：对部件后处理文件执行，形成模型仿真后处理过程；

S5：对模型仿真前处理的过程、模型仿真的的过程、模型仿真后处理的过程进行构建，从而形成仿真测试过程。

如图1所示，在步骤S1中的所述车辆仿真系统包括组成车辆的部件仿真模型、仿真模型描述文件、部件模型连接关系描述文件、每个仿真模型对应的参数初始化文件、参数初始化描述文件、参数预处理文件、参数预处理描述文件、参数后处理文件和参数后处理描述文件，图1中实例了部件m与部件n中的仿真模型，且部件模型连接关系由部件模型连接关系描述文件进行描述。

所述仿真模型描述文件包括对应部件模型的输入输出接口名称、个数、模型中使用到的初始化参数、模型仿真后输出的信号量，所述的模型描述文件可根据用户搭建的模型转化得到。

所述部件模型连接关系描述文件包括部件与部件连接关系，在实际记录时，可参考键合图信号的建模方式，所述部件与部件连接关系包括部件输出的势变量与流变量，其他仿真模型必需的信号统一汇总成总线的形式输入和输出，所述的模型连接关系描述文件可根据用户搭建的模型连接形式转化得到。

所述参数初始化文件经文本解析得出参数初始化描述文件，所述参数初始化文件包括初始化参数，且初始化参数均为不依靠其他文件内的参数就能初始化的参数，所述参数初始化文件在模型开始仿真前执行，参数初始化描述文件包括初始化参数名称，在实际使用时，参数初始化描述文件记录了参数初始化文件中所初始化参数的名称。

所述参数预处理文件经文本解析得出参数预处理描述文件，所述参数预处理文件包括计算参数，且计算参数均为依靠其他文件参数输入才能进一步计算的参数，所述参数预处理文件在模型开始仿真前执行，参数预处理描述文件包括输入参数和输出参数名称，在实际使用时，参数预处理描述文件记录了对应的参数预处理文件需要其他文件输入的参数名称和该预处理文件输出的参数名称，所述参数预处理描述文件通过解析参数预处理文件中的文本得到。

所述参数后处理文件经文本解析得出参数后处理描述文件，所述参数后处理文件包括部件信号量，参数后处理描述文件包括模型输出信号和运行参数，所述参数后处理文件用于进一步加工模型仿真后得到的部件信号量，在模型仿真结束后执行，所述参数后处理描述文件记录了参数后处理文件运行所必需的模型输出信号或其他文件运行得到的参数，所述参数后处理描述文件通过解析后处理文件中的文本得到。

在步骤S1中的所述模型自动化拼接包括总线信号选择子模块搭建、总线信号汇总子模块搭建、系统总线拼接和模型拼接。

在步骤S1中的所述模型接口统一化准则包括以下步骤：

A1、基于部件信号、部件势信号、部件流信号形成输入输出部件信号；

A2、判断输入部件势信号是否来自单个其他部件势信号，当输入部件势信号来自于单个其他部件势信号时，直接对这两个部件势信号连接，当输入部件势信号来自多个其他部件势信号时，程序自动将所有的部件势信号相加后输入到该部件中，模型之间的流信号处理方式与势信号处理方式一致；

A3、输出部件信号均以部件总线的形式输出，根据模型描述文件中记录的对应模型的输出接口信号，并将模型所输出的信号汇集成中总线输出。根据模型描述文件中记录的对应模型的输入接口信号，从汇集所有信号的总线上抽取部件模型所需要的信号并输入到每个部件模型中。

在步骤S5中的所述模型仿真前处理和模型仿真后处理均由仿真步骤组成和仿真步骤描述性文件组成。

在步骤S1中，一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法，其图10和图11分别为模型拼接程序流程和拼接完成的车辆仿真模型示意图。自动化模型拼接程序包括部件模型包装和系统拼接，其中部件模型包装将模型的输入和输出标准统一化，并进行总线信号选择子模块搭建和总线信号汇总子模块搭建。如图11所示，每个部件输入输出接口为系统总线信号输入和部件总线信号输出，以及部件所需要的势信号和流信号，部件计算输出的势信号与流信号。根据模型描述文件，获取部件模型的输入与输出信号量，然后总线信号选择子模块从总线信号中选择部件模型所需要的输入信号，与之对应的模型输出信号将汇总到总线信号输出子模块。综合总线信号选择子模块、部件模型、总线信号输出子模块，得到包装后的部件模型，如图11中的部件n和部件m。然后根据模型描述文件中记录的势信号与流信号连接，完成各个部件的系统拼接。当部件的输入势信号来自于单个其他部件的势信号时，直接对这两个部件的势信号连接，当部件的输入势信号来自多个其他部件的势信号时，程序自动将所有的势信号相加后输入到该部件中，模型之间的流信号处理方式与势信号处理方式一致。其他维持模型必须的信号都以部件总线的形式输出，根据模型描述文件中记录的对应模型的输出接口信号，并将模型所输出的信号汇集成中总线输出。根据模型描述文件中记录的对应模型的输入接口信号，从汇集所有信号的总线上抽取部件模型所需要的信号并输入到每个部件模型中。

在步骤S2中，由于不同部件的预处理文件和后处理文件存在相互耦合关联，因此需要首先判断出各个文件之间的相互依赖关系，才能正确的保证文件按照合理的顺序执行，如图3所示为前处理文件依赖判断流程图，将某个寻找依赖关系的预处理文件作为对比文件，首先根据对比文件的描述文件，获取对比文件的输入量名称；在预处理文件中选出除对比文件外的其他文件作为被对比文件，并根据被对比文件的描述文件，获取被对比文件的输出量名称。然后根据对比文件的输入量名称和被对比文件的输出量名称，判断两者是否交集，若存在交集，则判定对比文件依赖被对比文件，并记录该对比文件所依赖的文件。按照上述对比规则，针对该对比文件，将所有其他预处理文件作为被对比文件，依次遍历并对比，最终得到该对比文件所有的依赖文件。按照上述方法，将每一个文件作为对比文件，找出所有预处理文件之间的依赖关系。

在步骤S2中，预处理文件之间的依赖关系是正确顺序执行预处理文件的必要前提；如图4所示为预处理文件顺序运行流程；首先获取待运行的预处理文件，判断之前是否已经运行，若之前运行过就跳过该文件，反之开始寻找该文件所有的依赖文件，以及该文件依赖文件的依赖文件等，即包括所有嵌套依赖的文件。然后获取依赖嵌套最深层的依赖文件，然后遍历并运行该层的预处理文件，运行过的预处理文件均进行已运行完成的标记。将最深层文件遍历完全后，移除本层所有依赖文件，并判断最初的待运行预处理文件是否还存在依赖文件，若存在，则移除完后进入新的最深层依赖文件，并按照上述规则遍历该层预处理文件。否则获取顶层文件并运行、标记。至此最初待运行的预处理文件运行完成，并进入下一个待运行的预处理文件。

在步骤S5中，如图6所示为后处理文件顺序运行流程，后处理文件由于在仿真模型之后运行，因此首先汇总所有部件的初始化文件参数、部件的预处理文件参数、模型输出的参数和信号量为已有参量，根据后处理描述文件中需要的输入参数集，对比输入参数集是否全部被包含在已有参量中。若被全部包含，则可以直接运行，并将该后处理文件输出的参数名称更新到已有参量集合中。若不成立，则说明该文件需要其他后处理文件输出的参数作为输入。因此需要跳过该文件留在后续执行，当所有后处理文件全部遍历一遍后，若存在未运行的后处理文件，则继续遍历未运行的后处理文件，直到全部运行完为止。

在步骤S5中，如图2所示为汽车动力系统部件的仿真流程示意图，所述的模型仿真前处理和模型仿真后处理均由多个过程步骤组成，具体的过程步骤根据仿真时性能测试工况流程而定，例如参数初始化、配置仿真求解器、参数后处理计算等。

实施例1

如图5所示，一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法，为更清晰解释预处理文件的运行过程，其预处理文件顺序在本实施例中的运行分析如下：

待运行的预处理文件有A、B、C、D、E五个预处理文件。根据查找预处理文件的依赖关系，得到文件A依赖文件B和文件E，文件B依赖文件D和文件E，文件C依赖文件A和文件B，文件D和文件E不依赖其他文件。如图5所示，第一层为随机的预处理文件运行顺序，第二层为第一层的依赖文件，第三层为第二层的依赖文件。选择文件A作为待运行的预处理文件，根据依赖关系得到文件A依赖的文件(包括嵌套依赖)为B、E、D，最深层的嵌套依赖为文件D、E，因此依次运行文件D和文件E，当运行完成后，层次3运行结束且返回到层次2，然后依次运行文件B和文件E，由于文件E在层次3已经运行过，因此跳过该文件；然后层次2运行结束且返回到层次1，运行文件A；至此，待运行的文件A运行完成。按照上述运行规则分别运行后续的文件B、C、D、E。

实施例2

如图7至图9所示，一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法，图7、图8、图9分别为加速性工况测试运行流程、爬坡度工况测试运行流程、参数敏感性分析测试工况运行流程，可以看出，将整个仿真过程分为图2所示的运行流程后，不同的测试运行流程均可按照图2的运行流程为模板进行扩展；图2将整个测试过程分为多个仿真步骤，每个仿真步骤完成特定的任务；且图2可以看作仿真行驶工况的标准流程。若仿真加速工况，如图7所示，在前处理中加载加速工况，并在仿真完成后加入加速性能计算后处理步骤，对各项动力性指标进行计算。若仿真爬坡度工况，如图8所示，加载爬坡度工况，并运行原有标准流程，判断仿真后的车速是否稳定，若不稳定，则继续调节工况中的坡度信息，重复运行标准流程，直到满足车速稳定运行为止。若仿真多参数敏感性分析，则在前处理结束后仿真模型前，如图9所示，对所分析的参数进行重写并运行标准流程；按照该方式反复运行，直到所有分析的参数重写仿真完为止。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：基于车辆仿真系统对模型自动化拼接的过程和模型信号接口统一化准则进行构建，形成仿真系统构建；

S2：对部件预处理文件依赖关系判断和模型预处理文件执行，形成模型仿真前处理的过程；

S3：将在步骤S2中统计的已有仿真文件进行模型仿真；

S4：对部件后处理文件执行，形成模型仿真后处理过程；

S5：对模型仿真前处理的过程、模型仿真的的过程、模型仿真后处理的过程进行构建，从而形成仿真测试过程。

2.根据权利要求1所述的一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法，其特征在于：在步骤S1中的所述车辆仿真系统包括组成车辆的部件仿真模型、仿真模型描述文件、部件模型连接关系描述文件、每个仿真模型对应的参数初始化文件、参数初始化描述文件、参数预处理文件、参数预处理描述文件、参数后处理文件和参数后处理描述文件。

3.根据权利要求2所述的一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法，其特征在于：所述仿真模型描述文件包括对应部件模型的输入输出接口名称、个数、模型中使用到的初始化参数、模型仿真后输出的信号量。

4.根据权利要求2所述的一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法，其特征在于：所述部件模型连接关系描述文件包括部件与部件连接关系，所述部件与部件连接关系包括部件输出的势变量与流变量。

5.根据权利要求2所述的一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法，其特征在于：所述参数初始化文件经文本解析得出参数初始化描述文件，所述参数初始化文件包括初始化参数，参数初始化描述文件包括初始化参数名称。

6.根据权利要求2所述的一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法，其特征在于：所述参数预处理文件经文本解析得出参数预处理描述文件，所述参数预处理文件包括计算参数，参数预处理描述文件包括输入参数和输出参数名称。

7.根据权利要求2所述的一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法，其特征在于：所述参数后处理文件经文本解析得出参数后处理描述文件，所述参数后处理文件包括部件信号量，参数后处理描述文件包括模型输出信号和运行参数。

8.根据权利要求1所述的一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法，其特征在于：在步骤S1中的所述模型自动化拼接包括总线信号选择子模块搭建、总线信号汇总子模块搭建、系统总线拼接和模型拼接。

9.根据权利要求1所述的一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法，其特征在于：在步骤S1中的所述模型接口统一化准则包括以下步骤：

A1、基于部件信号、部件势信号、部件流信号形成输入输出部件信号；

A2、判断输入部件势信号是否来自单个其他部件势信号；

A3、输出部件信号均以部件总线的形式输出。

10.根据权利要求1所述的一种新能源车辆性能自动化仿真构建方法，其特征在于：在步骤S5中的所述模型仿真前处理和模型仿真后处理均由仿真步骤组成和仿真步骤描述性文件组成。

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