CN113434952B - 一种基于Simulink的汽车部件系统仿真建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于Simulink的汽车部件系统仿真建模方法，包括汽车部件系统模型和信号传递层。本发明所述的一种基于Simulink的汽车部件系统仿真建模方法，通过建立一套规范化的汽车部件系统模型结构，充分利用信号分层、模型分层建模思想，从系统控制域和物理域出发信号逐层分解，部件逐层分解，为汽车各部件系统建模的规范性、可靠性提供参考，并针对汽车部件系统的控制部分引入高级算法模块，保证了控制模型信号处理、精度的准确性。同时，结合汽车实测数据对仿真模型进行修正，保证仿真输出结果的准确性，保证建模的准确性和可靠性，缩短汽车研发周期。

Description

一种基于Simulink的汽车部件系统仿真建模方法

技术领域

本发明属于汽车仿真技术领域，尤其是涉及一种基于Simulink的汽车部件系统仿真建模方法。

背景技术

随着汽车工业的飞速发展，汽车研发、生产、制造等设计流程已逐渐成熟，汽车产业越来越成为国家经济的重要支柱。在汽车行业中，仿真技术凭借其高效、快速、低成本等优势，在车辆的研发、制造、测试等环节中起着至关重要的作用，仿真建模方法的优化升级大大提高了系统建模的可靠性和规范性。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种基于Simulink的汽车部件系统仿真建模方法，为整车各部件系统的仿真提供规范化建模方法，提高汽车仿真技术的实用性和可靠性，对整车企业新产品开发具有重要意义。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于Simulink的汽车部件系统仿真建模方法，包括汽车部件系统模型和信号传递层，汽车部件系统模型包括控制域和物理域，信号传递层分别将输入信号传送给控制域和物理域，控制域接收到信号传递层传递信号进行控制域仿真建模操作，经控制域仿真建模操作处理后得到控制输出信号，并将控制输出信号通过信号传递层传送给物理域，同时物理域对信号传递层传递信号进行物理域仿真建模操作，经物理域仿真建模操作处理后得到物理输出信号，汽车部件系统模型还设有总线模块和端口自动连接模块，物理域再分别将物理输出信号、控制输出信号传送给总线模块，总线模块接收到物理输出信号、控制输出信号并对二者进行汇总，再将汇总后的输出信号传送给端口自动连接模块，端口自动连接模块对汇总后的输出信号处理后得到处理信号，并将处理信号通过信号传递层传送给控制域，完成一个周期仿真。

进一步的，所述控制域仿真建模操作和物理域仿真建模操作同步进行，控制域仿真建模操作包括以下步骤：

S1、信号流传递层将输入信号传递给控制域的输入模块，输入模块对输入信号进行命名规范化处理后，传递给控制域的高级算法模块；

S2、控制域的高级算法模块接收到输入信号，先通过聚类分析算法对输入信号进行分类操作后得到分类信号，高级算法模块内部对再分类信号进行计算处理操作，最后对计算处理后的分类信号统一进行滤波和平滑处理得到高级算法信号，并将高级算法信号传送给控制域的约束模块；

S3、控制域的约束模块接收到高级算法信号后，对高级算法信号经处理操作后得到约束信号，并将约束信号传送给控制域的指令模块；

S4、控制域的指令模块接收到约束信号后，对约束信号处理后得到指令信号，并将指令信号传送给控制域的修正模块；

S5、控制域的修正模块接收到指令信号后，对指令信号通过修正处理操作后得到修正信号，并将修正信号传送给控制域的输出模块；

S6、控制域的输出模块接收到修正信号后，经处理后得到控制输出信号，并将控制输出信号通过信号传递层传送给总线模块。

进一步的，所述物理域仿真建模操作包括以下步骤：

A1、信号流传递层将输入信号传递给物理域的输入模块，并通过输入模块信号传递给物理域的本体模块；

A2、物理域的本体模块接收输入信号，通过经验查表方式或者实际部件测试数据得到该部件系统本体模块输出信号的最大值和最小值，通过控制输出信号作为指令信号将最大值和最小值与指令信号相乘后输出，作为本体模块的物理输出信号传送给总线模块；

A3、总线模块接收到物理输出信号、控制输出信号并对二者进行汇总，再将汇总后的输出信号传送给端口自动连接模块；

A4、端口自动连接模块对汇总后的输出信号处理后得到处理信号，并将处理信号传送给控制域的输入模块即可。

进一步的，在步骤S2中的所述分类信号包括机械信号、电信号、热力学信号和液压信号，机械信号、电信号、热力学信号和液压信号均传送至高级算法模块。

进一步的，所述高级算法模块包括滤波平滑处理子模块及均与其信号连接的机械信号计算子模块、电信号计算子模块、热力学信号计算子模块和液压信号计算子模块，机械信号计算子模块用于接收机械信号，并对机械信号进行响应延时处理后将结果发送给滤波平滑处理子模块，电信号计算子模块用于接收电信号；并对电信号处理后将结果发送给滤波平滑处理子模块，热力学信号计算子模块用于接收热力学信号，并对热力学信号处理后将结果发送给滤波平滑处理子模块，液压信号计算子模块用于接收液压信号，并对液压信号处理后将结果发送给滤波平滑处理子模块，滤波平滑处理子模块接收分类信号进行滤波和平滑处理得到高级算法信号，将高级算法信号传送给控制域的约束模块。

进一步的，在步骤S3中的所述约束模块的处理操作包括以下步骤：

B1、约束模块内部设有输入子模块，输入子模块接收高级算法信号，并将高级算法信号传送约束模块的最大值子模块、最小值子模块和寻优子模块；

B2、最大值子模块对高级算法信号进行处理，并判断高级算法信号是否满足最大值子模块参数设置要求，若是则进行下一步，否则切换下一个高级算法信号；

B3、最小值子模块对高级算法信号进行处理，并判断高级算法信号是否满足最小值子模块参数设置要求，若是则进行下一步，否则切换下一个高级算法信号；

B4、寻优子模块对步骤B3输出的高级算法信号进行处理，把最大值子模块、最小值子模块输出信号进行汇总，输入到寻优子模块，寻优子模块根据不同部件的特性，计算物理域部件所需的最优数值；计算完成后，输出约束信号；

B5、约束模块的输出子模块接收到约束信号，经处理后将约束信号传送到指令模块。

进一步的，在步骤S5中的所述修正处理操作包括以下步骤：

C1、控制域的修正模块接收到指令信号后，以部件系统的多组实测试验数据作为修正参考数据；

C2、修正模块对输入参数和修正参考数据之间的均方差进行求解，得到均方差解；

C3、修正模块将均方差范围分为<-1，-1—0.5，-0.5—0，0—0.5，0.5—1，>1六个区间范围，计算出每个区间范围的加权系数；

C4、修正模块判断均方差解是否满足均方差范围区间设置要求操作，若是则进行下一步，否则切换下一个均方差解；

C5、修正模块将均方差解与其相应区间的加权系数相乘后得到修正信号，并将修正信号传送给控制域的输出模块。

进一步的，在步骤C4中的所述判断均方差解是否满足均方差范围区间设置要求操作包括以下步骤：

C41、判断均方差解是否<-1，若是则直接进入步骤C5，否则进行下一步；

C42、判断均方差解是否处于-1—0.5范围内，若是则直接进入步骤C5，否则进行下一步；

C43、判断均方差解是否处于-0.5—0范围内，若是则直接进入步骤C5，否则进行下一步；

C44、判断均方差解是否处于0—0.5范围内，若是则直接进入步骤C5，否则进行下一步；

C45、判断均方差解是否处于0.5—1范围内，若是则直接进入步骤C5，否则进行下一步；

C46、判断均方差解是否>1，若是则直接进入步骤C5，否则切换下一个均方差解，并重新进入步骤C41。

相对于现有技术，本发明所述的一种基于Simulink的汽车部件系统仿真建模方法具有以下优势：

(1)本发明所述的一种基于Simulink的汽车部件系统仿真建模方法，通过建立一套规范化的汽车部件系统模型结构，充分利用信号分层、模型分层建模思想，从系统控制域和物理域出发信号逐层分解，部件逐层分解，为汽车各部件系统建模的规范性、可靠性提供参考，并针对汽车部件系统的控制部分引入高级算法模块，保证了控制模型信号处理、精度的准确性。同时，结合汽车实测数据对仿真模型进行修正，保证仿真输出结果的准确性，保证建模的准确性和可靠性，缩短汽车研发周期。

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基于Simulink的汽车部件系统仿真建模方法仿真建模结构图。

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所示，一种基于Simulink的汽车部件系统仿真建模方法，包括汽车部件系统模型和信号传递层，汽车部件系统模型包括控制域和物理域，信号传递层分别将输入信号传送给控制域和物理域，控制域接收到信号传递层传递信号进行控制域仿真建模操作，经控制域仿真建模操作处理后得到控制输出信号，并将控制输出信号通过信号传递层传送给物理域，同时物理域对信号传递层传递信号进行物理域仿真建模操作，经物理域仿真建模操作处理后得到物理输出信号，汽车部件系统模型还设有总线模块和端口自动连接模块，物理域再分别将物理输出信号、控制输出信号传送给总线模块，总线模块接收到物理输出信号、控制输出信号并对二者进行汇总，再将汇总后的输出信号传送给端口自动连接模块，端口自动连接模块对汇总后的输出信号处理后得到处理信号，并将处理信号通过信号传递层传送给控制域，完成一个周期仿真；在实际仿真建模时，测试人员将汽车部件系统模型分为控制域和物理域，控制域为控制器模型，物理域为物理执行机构模型，本基于Simulink的汽车部件系统仿真建模方法通过建立一套规范化的汽车部件系统模型结构，充分利用信号分层、模型分层建模思想，从系统控制域和物理域出发信号逐层分解，部件逐层分解，为汽车各部件系统建模的规范性、可靠性提供参考，并针对汽车部件系统的控制部分引入高级算法模块，保证了控制模型信号处理、精度的准确性。同时，结合汽车实测数据对仿真模型进行修正，保证仿真输出结果的准确性，保证建模的准确性和可靠性，缩短汽车研发周期。

所述控制域仿真建模操作和物理域仿真建模操作同步进行，控制域仿真建模操作包括以下步骤：

S1、信号流传递层将输入信号传递给控制域的输入模块，输入模块对输入信号进行命名规范化处理后，传递给控制域的高级算法模块；所述控制域的输入模块中的输入信号为本部件系统控制域所需的输入信号，输入信号包括基于信号传递层以及本部件系统物理域的第一次输出信号。

S2、控制域的高级算法模块接收到输入信号，先通过聚类分析算法对输入信号进行分类操作后得到分类信号，高级算法模块内部对再分类信号进行计算处理操作，最后对计算处理后的分类信号统一进行滤波和平滑处理得到高级算法信号，并将高级算法信号传送给控制域的约束模块，将信号传送给控制域的约束模块；控制域引入高级算法模块，接收来自输入模块的信号，利用控制领域现有聚类分析算法，对本部件系统控制域的输入信号进行滤波和平滑处理，将处理后的信号输出给约束模块。

S3、控制域的约束模块接收到高级算法信号后，对高级算法信号经处理操作后得到约束信号，并将约束信号传送给控制域的指令模块；对控制域引入高级算法模块，接收来自输入模块的信号，利用控制领域现有卡尔曼滤波算法，对本部件系统控制域的输入信号进行滤波和平滑处理，将处理后的信号输出给约束模块。

S4、控制域的指令模块接收到约束信号后，对约束信号处理后得到指令信号，并将指令信号传送给控制域的修正模块；控制域的指令模块，以部件系统的工作原理作为建模依据，利用输入信号计算得到部件需求，作为指令信号输出给修正模块。

S5、控制域的修正模块接收到指令信号后，对指令信号通过修正处理操作后得到修正信号，并将修正信号传送给控制域的输出模块；控制域中的修正模块，接收来自指令模块的输出信号。

S6、控制域的输出模块接收到修正信号后，经处理后得到控制输出信号，并将控制输出信号通过信号传递层传送给总线模块。控制域的输出模块，接收来自修正模块的输出信号，将信号名称规范化后输出给本部件系统物理域和其他部件系统。

所述控制域包括输入模块、高级算法模块、约束模块、指令模块、修正模块和输出模块，输入模块接收输入信号，输入模块输出端信号连接至高级算法模块的输入端，高级算法模块的输出端信号连接至约束模块的输入端，约束模块的输出端信号连接至指令模块的输入端，指令模块的输出端信号连接至修正模块，修正模块的输出端信号连接至输出模块的输入端，输出模块的输出端信号连接至物理域，输入模块作为控制域的入口，通过高级算法模块与约束模块连接，信号经过约束模块进入指令模块，指令模块根据输入信号进行计算，并将计算后的指令信号发送给修正模块，修正模块连接输出模块，将信号输出到物理域，所述控制域指部件系统的控制器模型。

所述物理域仿真建模操作包括以下步骤：

A1、信号流传递层将输入信号传递给物理域的输入模块，并通过输入模块信号传递给物理域的本体模块；所述物理域的输入模块中的输入信号为基于信号传递层。

A2、物理域的本体模块接收输入信号，通过经验查表方式或者实际部件测试数据得到该部件系统本体模块输出信号的最大值和最小值，通过控制输出信号作为指令信号将最大值和最小值与指令信号相乘后输出，作为本体模块的物理输出信号传送给总线模块；物理域的本体模块指部件系统物理执行机构的数学模型，利用来自本部件系统控制域的输出信号作为指令信号，将最大值和最小值与指令信号相乘后输出，作为本体模块的物理输出信号传送给总线模块；

A3、总线模块接收到物理输出信号、控制输出信号并对二者进行汇总，再将汇总后的输出信号传送给端口自动连接模块；汇总后的输出信号在输出给本部件系统和其他部件系统的同时，需要通过总线形式进行输出汇总，将输出信号挂接到总线上，其他部件系统可直接从总线上获取本部件系统的输出信号。

A4、端口自动连接模块对汇总后的输出信号处理后得到处理信号，并将处理信号传送给控制域的输入模块即可。通过脚本文件汇总控制域模块输出端口信号名称与物理域模块输入端口信号名称，并将二者名称一致端口自动连接。

在步骤S2中的所述分类信号包括机械信号、电信号、热力学信号和液压信号，机械信号、电信号、热力学信号和液压信号均传送至高级算法模块。控制域的高级算法模块采用现有聚类分析算法，将输入信号分为机械信号、电信号、热力学信号、液压信号四类，按照四类信号不同的特点，进行独立计算；

所述高级算法模块包括滤波平滑处理子模块及均与其信号连接的机械信号计算子模块、电信号计算子模块、热力学信号计算子模块和液压信号计算子模块，机械信号计算子模块用于接收机械信号，并对机械信号进行响应延时处理后将结果发送给滤波平滑处理子模块，电信号计算子模块用于接收电信号；并对电信号处理后将结果发送给滤波平滑处理子模块，热力学信号计算子模块用于接收热力学信号，并对热力学信号处理后将结果发送给滤波平滑处理子模块，液压信号计算子模块用于接收液压信号，并对液压信号处理后将结果发送给滤波平滑处理子模块，滤波平滑处理子模块接收分类信号进行滤波和平滑处理得到高级算法信号，将高级算法信号传送给控制域的约束模块。高级算法模块可以分为机械信号计算、电信号计算、热力学信号计算、液压信号计算四类子模块以及滤波平滑处理子模块，各子模块中根据信号属性确定相应计算方法；机械信号计算模块利用机械部件动力传递规律，引入机械传动效率和部件响应时间变量，对输入机械信号进行响应延时处理；电信号计算模块利用电气系统产热机理，进行电气部件产热量计算，根据产热值，仲裁对电路系统的过热保护，调整输入电信号强度；热力学信号计算模块根据热力系统特性，引入汽车座舱温度信号和各部件工作环境温度信号，利用输入热力学信号计算系统的热传递值；液压信号计算模块根据液力传动系统中液压油的粘温特性，引入环境温度变量，计算得到温度对输入的液压信号的影响；计算完成后，对四类信号统一进行滤波和平滑处理得到高级算法信号，将高级算法信号传送给控制域的约束模块。

在步骤S3中的所述约束模块的处理操作包括以下步骤：

B1、约束模块内部设有输入子模块，输入子模块接收高级算法信号，并将高级算法信号传送约束模块的最大值子模块、最小值子模块和寻优子模块；

B2、最大值子模块对高级算法信号进行处理，并判断高级算法信号是否满足最大值子模块参数设置要求，若是则进行下一步，否则切换下一个高级算法信号；

B3、最小值子模块对高级算法信号进行处理，并判断高级算法信号是否满足最小值子模块参数设置要求，若是则进行下一步，否则切换下一个高级算法信号；

B4、寻优子模块对步骤B3输出的高级算法信号进行处理，把最大值子模块、最小值子模块输出信号进行汇总，输入到寻优子模块，在最大值子模块、最小值子模块信号限制范围内，寻优子模块根据不同部件的特性，采用对应的智能寻优算法，在线计算物理域部件所需的最优数值；计算完成后，输出约束信号；

B5、约束模块的输出子模块接收到约束信号，经处理后将约束信号传送到指令模块。

在实际仿真实验时，可以根据实际硬件性能对最大值模块内的参数与最小值模块内的参数进行设置。

在步骤S5中的所述修正处理操作包括以下步骤：

C1、控制域的修正模块接收到指令信号后，以部件系统的多组实测试验数据作为修正参考数据；

C2、修正模块对输入参数和修正参考数据之间的均方差进行求解，得到均方差解；

C3、修正模块将均方差范围分为<-1，-1—0.5，-0.5—0，0—0.5，0.5—1，>1六个区间范围，计算出每个区间范围的加权系数；

C4、修正模块判断均方差解是否满足均方差范围区间设置要求操作，若是则进行下一步，否则切换下一个均方差解；

C5、修正模块将均方差解与其相应区间的加权系数相乘后得到修正信号，并将修正信号传送给控制域的输出模块。

控制域的修正模块接收到指令信号后，以部件系统的多组实测试验数据作为修正参考，求解输入参数和实测数据之间的均方差，将均方差范围分为<-1，-1—0.5，-0.5—0，0—0.5，0.5—1，>1六个区间范围，对满足各区间内的输入参数分配对应的修正系数，并将得到的修正系数与输入信号相乘后传送给控制域的输出模块，使得输出信号更接近真实试验数据，减少仿真误差。

在步骤C4中的所述判断均方差解是否满足均方差范围区间设置要求操作包括以下步骤：

C41、判断均方差解是否<-1，若是则直接进入步骤C5，否则进行下一步；

C42、判断均方差解是否处于-1—0.5范围内，若是则直接进入步骤C5，否则进行下一步；

C43、判断均方差解是否处于-0.5—0范围内，若是则直接进入步骤C5，否则进行下一步；

C44、判断均方差解是否处于0—0.5范围内，若是则直接进入步骤C5，否则进行下一步；

C45、判断均方差解是否处于0.5—1范围内，若是则直接进入步骤C5，否则进行下一步；

C46、判断均方差解是否>1，若是则直接进入步骤C5，否则切换下一个均方差解，并重新进入步骤C41。

所述总线模块包括总线形式，通过Matlab/Simulink模型库中的Goto、From、BusCreator三种基本模块实现。

实施例

一种基于Simulink的汽车部件系统仿真建模方法的具体实施如下：

一、将汽车驱动电机系统模型和离合器系统模型均划分为控制域和物理域两部分，其中，控制域部分为驱动电机系统和离合器系统的控制器模型，物理域部分包括驱动电机系统和离合器系统的物理执行机构模型。

二、分层搭建驱动电机系统和离合器系统的控制域和物理域，其中控制域包括输入模块、高级算法模块、约束模块、指令模块、输出模块、修正模块，物理域包括输入模块、本体模块、输出模块。

三、具体化电机系统模块和离合器系统所包含内容。其中，驱动电机控制域输入模块包括来自驱动电机物理域的电机转速信号、来自整车控制器的电机转矩需求信号；在高级算法模块中，通过卡尔曼滤波算法，对输入模块中的电机转速信号进行滤波和平滑处理，将处理后的信号输出给约束模块；约束模块根据输入的电机转速信号查表，得到电机的最大驱动转矩信号和最大发电转矩信号，作为电机输出驱动转矩和发电转矩的最大限值；在指令模块中，根据来自整车控制器的转矩需求信号和电机转速信号确定当前电机所处状态，在驱动状态下，将整车控制器的转矩需求信号与电机最大驱动转矩之比作为电机的指令信号，在发电状态下，将整车控制器的转矩需求信号与电机最大发电转矩之比作为电机的指令信号；电机控制域修正模块中，利用电机试验得到的电机转速、转矩、负荷率数据，将输入的电机指令信号与试验负荷率进行均方差计算，并根据计算结果确定均方差范围，从而确定修正系数，将电机指令信号与修正系数相称后输出；在电机输出模块中，将修正后的电机指令信号命名规范化，并将其挂接到总线上输出给电机物理域。

四、电机物理域中，输入模块包括来自电机控制域的指令信号，来自离合器反馈的转速信号；电机本体模块中，根据转速信号查表得到电机当前转速下的最大转矩值，并与电机指令信号相乘后得到电机的输出转矩信号；输出模块中，接收电机输出转矩信号并对其名称进行规范化，挂接到总线上同时输出给离合器部件。

五、离合器控制域输入模块包括来自离合器物理域的输出转速信号、来自驾驶员系统的需求转矩信号；在高级算法模块中，通过卡尔曼滤波算法，对输入模块中的离合器输出转速信号进行滤波和平滑处理，将处理后的信号输出给约束模块；约束模块根据输入的离合器转速信号查表，得到离合器的最大传递转矩信号，作为离合器输出转矩的最大限值；在指令模块中，根据来自驾驶员系统的需求转矩信号确定离合器的结合状态，并将需求转矩与离合器最大输出转矩之比作为离合器结合程度的指令信号；在离合器控制域修正模块中，利用离合器试验得到的离合器转速、输出转矩、结合程度数据，将输入的离合器指令信号与试验负荷率进行均方差计算，并根据计算结果确定均方差范围，从而确定修正系数，将离合器指令信号与修正系数相称后输出；在离合器输出模块中，将修正后的离合器指令信号命名规范化，并将其挂接到总线上输出给离合器物理域。

六、离合器物理域中，输入模块包括来自离合器控制域的指令信号，来自下一部件变速器反馈的转速信号；离合器本体模块中，根据转速信号查表得到离合器当前转速下的最大转矩值，并与离合器指令信号相乘后得到离合器的输出转矩信号；输出模块中，接收离合器输出转矩信号并对其名称进行规范化，挂接到总线上同时输出给下一部件。

七、定义各模块输入、输出端口名称，利用Matlab/Simulink模型库中的Goto、From、Bus Creator三种基本模块实现总线形式的信号输出汇总。

八、通过脚本文件对汽车部件系统划分的控制域模块输出端口信号名称与物理域模块输入端口信号名称进行汇总，并将二者名称一致端口进行自动化连接。

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 (6)

1.一种基于Simulink的汽车部件系统仿真建模方法，其特征在于：包括汽车部件系统模型和信号传递层，汽车部件系统模型包括控制域和物理域，信号传递层分别将输入信号传送给控制域和物理域，控制域接收到信号传递层传递信号进行控制域仿真建模操作，经控制域仿真建模操作处理后得到控制输出信号，并将控制输出信号通过信号传递层传送给物理域，同时物理域对信号传递层传递信号进行物理域仿真建模操作，经物理域仿真建模操作处理后得到物理输出信号，汽车部件系统模型还设有总线模块和端口自动连接模块，物理域再分别将物理输出信号、控制输出信号传送给总线模块，总线模块接收到物理输出信号、控制输出信号并对二者进行汇总，再将汇总后的输出信号传送给端口自动连接模块，端口自动连接模块对汇总后的输出信号处理后得到处理信号，并将处理信号通过信号传递层传送给控制域，完成一个周期仿真；

所述控制域仿真建模操作和物理域仿真建模操作同步进行，控制域仿真建模操作包括以下步骤：

S1、信号流传递层将输入信号传递给控制域的输入模块，输入模块对输入信号进行命名规范化处理后，传递给控制域的高级算法模块；

S2、控制域的高级算法模块接收到输入信号，先通过聚类分析算法对输入信号进行分类操作后得到分类信号，高级算法模块内部对再分类信号进行计算处理操作，最后对计算处理后的分类信号统一进行滤波和平滑处理得到高级算法信号，并将高级算法信号传送给控制域的约束模块；

S3、控制域的约束模块接收到高级算法信号后，对高级算法信号经处理操作后得到约束信号，并将约束信号传送给控制域的指令模块；

S4、控制域的指令模块接收到约束信号后，对约束信号处理后得到指令信号，并将指令信号传送给控制域的修正模块；

S5、控制域的修正模块接收到指令信号后，对指令信号通过修正处理操作后得到修正信号，并将修正信号传送给控制域的输出模块；

S6、控制域的输出模块接收到修正信号后，经处理后得到控制输出信号，并将控制输出信号通过信号传递层传送给总线模块；

所述物理域仿真建模操作包括以下步骤：

A1、信号流传递层将输入信号传递给物理域的输入模块，并通过输入模块信号传递给物理域的本体模块；

A2、物理域的本体模块接收输入信号，通过经验查表方式或者实际部件测试数据得到该部件系统本体模块输出信号的最大值和最小值，通过控制输出信号作为指令信号将最大值和最小值与指令信号相乘后输出，作为本体模块的物理输出信号传送给总线模块；

A3、总线模块接收到物理输出信号、控制输出信号并对二者进行汇总，再将汇总后的输出信号传送给端口自动连接模块；

A4、端口自动连接模块对汇总后的输出信号处理后得到处理信号，并将处理信号传送给控制域的输入模块即可。

2.根据权利要求1所述的一种基于Simulink的汽车部件系统仿真建模方法，其特征在于：在步骤S2中的所述分类信号包括机械信号、电信号、热力学信号和液压信号，机械信号、电信号、热力学信号和液压信号均传送至高级算法模块。

3.根据权利要求2所述的一种基于Simulink的汽车部件系统仿真建模方法，其特征在于：所述高级算法模块包括滤波平滑处理子模块及均与其信号连接的机械信号计算子模块、电信号计算子模块、热力学信号计算子模块和液压信号计算子模块，机械信号计算子模块用于接收机械信号，并对机械信号进行响应延时处理后将结果发送给滤波平滑处理子模块，电信号计算子模块用于接收电信号；并对电信号处理后将结果发送给滤波平滑处理子模块，热力学信号计算子模块用于接收热力学信号，并对热力学信号处理后将结果发送给滤波平滑处理子模块，液压信号计算子模块用于接收液压信号，并对液压信号处理后将结果发送给滤波平滑处理子模块，滤波平滑处理子模块接收分类信号进行滤波和平滑处理得到高级算法信号，将高级算法信号传送给控制域的约束模块。

4.根据权利要求1所述的一种基于Simulink的汽车部件系统仿真建模方法，其特征在于：在步骤S3中的所述约束模块的处理操作包括以下步骤：

B1、约束模块内部设有输入子模块，输入子模块接收高级算法信号，并将高级算法信号传送约束模块的最大值子模块、最小值子模块和寻优子模块；

B2、最大值子模块对高级算法信号进行处理，并判断高级算法信号是否满足最大值子模块参数设置要求，若是则进行下一步，否则切换下一个高级算法信号；

B3、最小值子模块对高级算法信号进行处理，并判断高级算法信号是否满足最小值子模块参数设置要求，若是则进行下一步，否则切换下一个高级算法信号；

B4、寻优子模块对步骤B3输出的高级算法信号进行处理，把最大值子模块、最小值子模块输出信号进行汇总，输入到寻优子模块，寻优子模块根据不同部件的特性，计算物理域部件所需的最优数值；计算完成后，输出约束信号；

B5、约束模块的输出子模块接收到约束信号，经处理后将约束信号传送到指令模块。

5.根据权利要求1所述的一种基于Simulink的汽车部件系统仿真建模方法，其特征在于：在步骤S5中的所述修正处理操作包括以下步骤：

C1、控制域的修正模块接收到指令信号后，以部件系统的多组实测试验数据作为修正参考数据；

C2、修正模块对输入参数和修正参考数据之间的均方差进行求解，得到均方差解；

C3、修正模块将均方差范围分为<-1，-1—0.5，-0.5—0，0—0.5，0.5—1，>1六个区间范围，计算出每个区间范围的加权系数；

C4、修正模块判断均方差解是否满足均方差范围区间设置要求操作，若是则进行下一步，否则切换下一个均方差解；

C5、修正模块将均方差解与其相应区间的加权系数相乘后得到修正信号，并将修正信号传送给控制域的输出模块。

6.根据权利要求5所述的一种基于Simulink的汽车部件系统仿真建模方法，其特征在于：在步骤C4中的所述判断均方差解是否满足均方差范围区间设置要求操作包括以下步骤：

C41、判断均方差解是否<-1，若是则直接进入步骤C5，否则进行下一步；

C42、判断均方差解是否处于-1—0.5范围内，若是则直接进入步骤C5，否则进行下一步；

C43、判断均方差解是否处于-0.5—0范围内，若是则直接进入步骤C5，否则进行下一步；

C44、判断均方差解是否处于0—0.5范围内，若是则直接进入步骤C5，否则进行下一步；

C45、判断均方差解是否处于0.5—1范围内，若是则直接进入步骤C5，否则进行下一步；

C46、判断均方差解是否>1，若是则直接进入步骤C5，否则切换下一个均方差解，并重新进入步骤C41。

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