CN113759755A - 基于混动系统的动力学仿真方法、装置、设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了基于混动系统的动力学仿真方法、装置、设备和存储介质,方法包括:获取基本构型参数、物理参数和控制参数,根据基本构型参数,将预先搭建的统一物理模型处理为等效物理模型,并从预先搭建的统一控制模型中确定与等效物理模型匹配的等效控制模型,根据物理参数和控制参数,通过等效控制模型对等效物理模型进行控制,以对待仿真构型进行动力学仿真。本申请预先搭建统一物理模型和统一控制模型,后续调整基本构型参数、物理参数和控制参数即可实现对待仿真构型进行动力学仿真,无需每次仿真都搭建特定物理模型和控制模型,减少了仿真耗时,并且对于一待仿真构型,本申请可得到唯一的等效物理模型和等效控制模型,实现了模型的标准化。
Description
技术领域
本申请涉及仿真技术领域,特别是涉及基于混动系统的动力学仿真方法、装置、设备和存储介质。
背景技术
汽车混动系统(混合动力系统)发展至今,已出现种类繁多的各种构型,如:串联、并联、混联、功率分流等构型。目前混合动力汽车动力学模型的建模过程,是先将实际系统的零部件布置关系做适当简化,结合动力流分析,再通过拼接发动机、变速箱、电池、电机等不同模块来实现混动系统的动力学仿真。
这种基于混动系统的动力学仿真方法的优点是自由度高,可以根据需要构建任何形式的系统对应的模型,并基于构建的模型进行仿真。但是,该方法存在以下缺点:第一,每次仿真都需要从建模开始,而建模需要从零部件开始,导致仿真耗费的时间较长;第二,由于自由度高,建模过程可能针对同一系统出现不同物理模型与控制模型的建模方案,无法做到模型的标准化。
发明内容
有鉴于此,本申请提供了一种基于混动系统的动力学仿真方法、装置、设备和存储介质,以减少仿真耗时并使物理模型和控制模型标准化,其技术方案如下:
一种基于混动系统的动力学仿真方法,包括:
获取基本构型参数、物理参数和控制参数,其中,基本构型参数为待仿真构型的物理结构相关参数,物理参数为待仿真构型对应的等效物理模型仿真需要使用的参数,控制参数为待仿真构型对应的等效控制模型仿真需要使用的参数;
根据基本构型参数,将预先搭建的统一物理模型处理为等效物理模型,并从预先搭建的统一控制模型中确定与等效物理模型匹配的等效控制模型,其中,统一物理模型中包括串并联子物理模型和功率分流子物理模型,串并联子物理模型为所有串并联构型分别对应的物理模型整合到一起得到的模型,功率分流子物理模型为功率分流构型对应的物理模型,统一控制模型为所有串并联构型和功率分流构型分别对应的控制模型整合到一起得到的模型,一构型对应的物理模型为基于该构型的动力流走向搭建的仿真模型,一构型对应的控制模型中包括该构型对应的控制逻辑,控制逻辑用于对对应物理模型进行控制;
根据物理参数和控制参数,通过等效控制模型对等效物理模型进行控制,以对待仿真构型进行动力学仿真。
可选的,获取基本构型参数、物理参数和控制参数,包括:
获取基于用户交互界面输入的基本构型参数、物理参数和控制参数。
可选的,串并联子物理模型中包括目标传动部件,目标传动部件用于保持或断开串并联子物理模型中对应动力路径;
根据基本构型参数,将预先搭建的统一物理模型处理为等效物理模型,包括:
根据基本构型参数,确定待仿真构型对应的统一物理模型是否为串并联子物理模型;
若基本构型参数对应的统一物理模型为串并联子物理模型,则根据基本构型参数确定目标传动部件的状态;
基于目标传动部件的状态,将串并联子物理模型处理为等效物理模型。
可选的,搭建统一控制模型的过程包括:
从串联构型和并联构型分别对应的控制状态中,确定串联构型和并联构型各自特有的控制状态、共有的控制状态和过渡状态,其中,控制状态为特定混动系统根据发动机、变速箱内执行机构、电池和电机的状态决定的系统动力流走向,过渡状态为两构型转换对应的控制状态;
根据串联构型和并联构型各自特有的控制状态、共有的控制状态和过渡状态生成状态转移图;
根据状态转移图搭建统一控制逻辑,将统一控制逻辑作为统一控制模型。
可选的,串联构型特有的控制状态包括:串联模式;
并联构型特有的控制状态包括:并联模式、怠速充电模式、变速箱从在档到空档和变速箱从空档到在档;
共有的控制状态包括:纯电模式、发动机停机、变速箱空档时发动机启动、变速箱空档时发动机停机、变速箱在档时发动机启动和变速箱在档时发动机停机;
过渡状态包括:并联模式到串联模式和串联模式到并联模式。
一种基于混动系统的动力学仿真装置,包括:参数获取模块、模型确定模块和仿真模块;
参数获取模块,用于获取基本构型参数、物理参数和控制参数,其中,基本构型参数用于确定待仿真构型,物理参数为待仿真构型对应的等效物理模型仿真需要使用的参数,控制参数为待仿真构型对应的等效控制模型仿真需要使用的参数;
模型确定模块,用于根据基本构型参数,将预先搭建的统一物理模型处理为等效物理模型,并从预先搭建的统一控制模型中确定与等效物理模型匹配的等效控制模型,其中,统一物理模型中包括串并联子物理模型和功率分流子物理模型,串并联子物理模型为所有串并联构型分别对应的物理模型整合到一起得到的模型,功率分流子物理模型为功率分流构型对应的物理模型,统一控制模型为所有串并联构型和功率分流构型分别对应的控制模型整合到一起得到的模型,一构型对应的物理模型为基于该构型的动力流走向搭建的仿真模型,一构型对应的控制模型中包括该构型对应的控制逻辑,控制逻辑用于对对应物理模型进行控制;
仿真模块,用于根据物理参数和控制参数,通过等效控制模型对等效物理模型进行控制,以对待仿真构型进行动力学仿真。
可选的,串并联子物理模型中包括目标传动部件,目标传动部件用于保持或断开串并联子物理模型中对应动力路径;
模型确定模块在根据基本构型参数,将预先搭建的统一物理模型处理为等效物理模型时,包括:
根据基本构型参数,确定待仿真构型对应的统一物理模型是否为串并联子物理模型;
若基本构型参数对应的统一物理模型为串并联子物理模型,则根据基本构型参数确定目标传动部件的状态;
基于目标传动部件的状态,将串并联子物理模型处理为等效物理模型。
可选的,模型确定模块搭建统一控制模型的过程,包括:控制状态确定模块、状态转移图生成模块和统一逻辑搭建模块;
控制状态确定模块,用于从串联构型和并联构型分别对应的控制状态中,确定串联构型和并联构型各自特有的控制状态、共有的控制状态和过渡状态,其中,过渡状态为两构型转换对应的控制状态;
状态转移图生成模块,用于根据串联构型和并联构型各自特有的控制状态、共有控制状态和过渡状态生成状态转移图;
统一逻辑搭建模块,用于根据状态转移图搭建统一控制逻辑,将统一控制逻辑作为统一控制模型。
一种基于混动系统的动力学仿真设备,包括存储器和处理器;
存储器,用于存储程序;
处理器,用于执行程序,实现如上任一项的基于混动系统的动力学仿真方法的各个步骤。
一种可读存储介质,上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时,实现如上任一项的基于混动系统的动力学仿真方法的各个步骤。
经由上述的技术方案可知,本申请提供的基于混动系统的动力学仿真方法,首先获取基本构型参数、物理参数和控制参数,然后根据基本构型参数,将预先搭建的统一物理模型处理为等效物理模型,并从预先搭建的统一控制模型中确定与等效物理模型匹配的等效控制模型,最后根据物理参数和控制参数,通过等效控制模型对等效物理模型进行控制,以对待仿真构型进行动力学仿真。本申请提供的基于混动系统的动力学仿真方法,预先会搭建统一物理模型和统一控制模型,该统一物理模型中的串并联模型是将所有串并联构型分别对应的物理模型整合到一起得到的模型,统一控制模型是将所有串并联构型和功率分流构型分别对应的控制模型整合到一起得到的模型,搭建好统一物理模型和统一控制模型后,后续仅调整基本构型参数、物理参数和控制参数即可实现对待仿真构型进行动力学仿真,无需每次仿真都搭建针对待仿真构型的特定物理模型和控制模型,减少了仿真耗时,并且对于一待仿真构型,本申请本申请可得到唯一的等效物理模型和等效控制模型,实现了模型的标准化。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的基于混动系统的动力学仿真方法的流程示意图;
图2为本申请实施例提供的串并联子物理模型的架构示意图;
图3为本申请实施例提供的功率分流子物理模型的架构示意图;
图4为本申请实施例提供的状态转移图的示意图;
图5为本申请实施例提供的系统状态确定过程示意图;
图6为本申请实施例提供的电池充放电功率确定过程示意图;
图7为本申请实施例提供的发动机和电机的扭矩确定过程示意图;
图8为本申请实施例提供的基于混动系统的动力学仿真装置的结构示意图;
图9为本申请实施例提供的基于混动系统的动力学仿真设备的硬件结构框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
现有的基于混动系统的动力学仿真过程,需要先针对待仿真构型通过零部件“拼接法”搭建特定物理模型,再编写与特定物理模型匹配的特定控制模型,最后根据搭建的特定物理模型和特定控制模型实现对待仿真构型的动力学仿真。这种先建模再仿真的方法的仿真耗时较长,且针对同一待仿真构型可能出现不同物理模型与控制模型的建模方案,无法做到模型的标准化。
鉴于现有技术存在的问题,本案发明人进行了深入研究,最终提出了一种基于混动系统的动力学仿真方法,该基于混动系统的动力学仿真方法的大体实现思路为:预先将混动系统包含的所有构型分别对应的物理模型和控制模型整合到一起,得到一套能够模拟所有混动系统的统一物理模型和统一控制模型,之后通过调整有限个参数,即可将统一物理模型处理为待仿真构型对应的等效物理模型,并从统一控制模型中确定等效物理模型匹配的等效控制模型,之后基于等效物理模型和等效控制模型实现对待仿真构型的动力学仿真。接下来通过下述实施例对本申请提供的基于混动系统的动力学仿真方法进行详细介绍。
请参阅图1,示出了本申请实施例提供的基于混动系统的动力学仿真方法的流程示意图,该基于混动系统的动力学仿真方法可以包括:
步骤S101、获取基本构型参数、物理参数和控制参数。
在本步骤中,基本构型参数为待仿真构型的物理结构相关参数,例如,驱动系统类型参数、变速箱类型参数等;物理参数为待仿真构型对应的等效物理模型仿真需要使用的参数,例如,发动机排量等参数;控制参数为待仿真构型对应的等效控制模型仿真需要使用的参数。
可选的,本实施例提供了一系列用户交互界面,用户可通过用户交互界面输入基本构型参数,物理参数和控制参数,以实现调参过程的流程化和可视化,由此,本步骤可获取基于用户交互界面输入的基本构型参数、物理参数和控制参数。
对应于基本构型参数,物理参数和控制参数,本实施例提供的用户交互界面包括子系统选择界面、硬件参数界面和控制参数界面,其中,用户可通过子系统选择界面输入基本构型参数,通过硬件参数界面输入物理参数,通过控制参数界面输入控制参数。可选的,子系统选择界面包括驱动系统类型参数(其中包括传统、并行、串行、多模式和功率分流)、变速箱类型参数(其中包括有级变速器AT、双离合自动变速器DCT、无级变速器CVT和无级变速器附带有级变速器CVTGear)、起步装置参数(其中包括变矩器和离合器)、并联系统电机位置参数、多模式系统可选模式参数(其中包括P1、P2、P2.5、P3和串联)、功率分流系统构型参数(其中包括Toyota THS和Toyota Multi-Stage,这里,Toyota THS和Toyota Multi-Stage为两种功率分流构型)及仿真工况相关参数(其中包括驾驶循环、固定油门起步加速、固定油门超车加速和稳定车速行驶);硬件参数界面包括发动机和电机对应物理参数、变速箱对应物理参数、电气系统对应物理参数、整车、驾驶员模型和工况对应物理参数;控制参数界面包括发动机对应控制参数、变速箱对应控制参数、电气系统对应控制参数和混动系统对应控制参数。
优选的情况下,本实施例提供的用户交互界面还可以包括加载界面、主界面和批量仿真界面。其中,加载界面用于加载模型定义文件(即*.eqm,其中定义了所有用户可修改的参数,该模型定义文件可在子系统选择界面、硬件参数界面和控制参数界面进行修改并在主界面进行保存,本实施例初次加载模型定义文件时可按默认模型定义文件进行加载,后续加载模型定义文件可按修改后的模型定义文件进行加载);主界面包括仿真开始时间、结束时间、步长、允许误差、结果打印步长等仿真过程相关参数,以及开始仿真按键,该主界面还可以保存或修改模型定义文件;批量仿真界面用于对一系列已完成定义的模型(即已经定义好各项参数的物理模型和控制模型)进行批量仿真。
需要说明的是,本实施例是在加载完成模型定义文件后,再由用户通过子系统选择界面输入基本构型参数,通过硬件参数界面输入物理参数,通过控制参数界面输入控制参数,以及通过主界面输入仿真过程相关参数。
可选的,本实施例中的基本构型参数,物理参数和控制参数可在预设文件中保存,并且用户可在该预设文件中输入(或修改)基本构型参数,物理参数和控制参数,由此,本步骤可获取基于预设文件输入(或修改)基本构型参数、物理参数和控制参数。
步骤S102、根据基本构型参数,将预先搭建的统一物理模型处理为等效物理模型,并从预先搭建的统一控制模型中确定与等效物理模型匹配的等效控制模型。
在本实施例中,可预先将所有混动系统包含的所有构型分别对应的物理模型和控制模型进行整合,得到统一物理模型和统一控制模型。这里,一构型对应的物理模型为基于该构型的动力流走向搭建的仿真模型,一构型对应的控制模型中包括该构型对应的一套控制逻辑,该一套控制逻辑用于对该构型对应的物理模型进行控制。
其中,预先搭建的统一物理模型的相关介绍如下:
考虑到混合动力系统从发动机机械功率的走向上可分为串联、并联、功率分流三类系统,其中,串联系统中发动机完全与整车解耦,它发出的功率通过机械至电气、电气至机械转化传递给整车,并联系统中发动机的机械功率可以通过传动系传递给整车,功率分流系统介于两者之间,发动机发出的功率同时通过机械和电气两条途径传递给整车。基于此,初步思路中可将统一物理模型分为串联、并联和功率分流三个子物理模型。又由于串联子物理模型和并联子物理模型包含的零部件及其物理结构类似,因此可将串联子物理模型和并联子物理模型合并,得到串并联子物理模型,由于功率分流子物理模型包含行星排,串并联子物理模型不包含行星排(实际构型中,AT自动变速箱内部及其他用于减速的行星排机构,在建立等效模型时可以用简化的平行轴齿轮副替代),所以不再将串并联子物理模型与功率分流子物理模型进行合并,也即,本实施例最终搭建的统一物理模型包括串并联子物理模型和功率分流子物理模型,其中,串并联子物理模型为所有串并联构型分别对应的物理模型整合到一起得到的模型,功率分流子物理模型为功率分流构型对应的物理模型。
为了将所有串并联构型分别对应的物理模型整合到一起,得到串并联子物理模型,同时为了得到功率分流子物理模型,本案发明人对所有构型对应的物理模型包含的零部件进行了总结:现有物理模型的零部件涉及机械、电气两个领域,其中,机械领域包括:转动惯量、离合器、制动器、同步器、减速器、液力变矩器、发动机、固定档位变速箱、无极变速箱、行星排、整车纵向动力,电气领域包括:电池、电机、发电机、DC-DC、电负载。
基于这些零部件,即可构建串并联子物理模型和功率分流子物理模型。其中,对于串并联子物理模型,由于需要将所有串并联构型分别对应的物理模型整合到一起,除上述现有物理模型包含的零部件外,本实施例在串并联子物理模型中还增加了一些现实中不存在的传动部件,这些传动部件以及现有物理模型包含的传动部件(例如C0离合器等)在串并联子物理模型中的作用均是在仿真某种构型时切断一部分动力路径,使串并联子物理模型与待仿真构型在动力流上保持一致。也就是说,串并联子物理模型包含的零部件共分为两类,一类为能够保持或断开串并联子物理模型中对应动力路径的目标传动部件,另一类为所有串并联构型分别对应的物理模型(即现有物理模型)包含的非目标传动部件,其中,目标传动部件又分为两类,一类为现实中存在的传动部件,即包含在所有串并联构型分别对应的物理模型中的传动部件,另一类为现实中不存在的传动部件。本实施例通过目标传动部件保持或断开串并联子物理模型中对应动力路径,使串并联子物理模型能够等效为待仿真构型对应的等效物理模型。
可选的,串并联子物理模型和功率分流子物理模型的架构示意图可分别参见图2和图3。
图2为串并联子物理模型的架构示意图,串并联子物理模型包括低压动力系统A1、高压动力系统B1和传动系统C1,其中,低压动力系统A1中的零部件主要包括:发动机(ENG)、代表机械空调负载的制动器(AC)、12V启动发电机(BSG)、传统发电机(ALT)、低压电池(LVBatt)、低压电负载(LV Load)、液力变矩器及锁止离合器(TCC)和C0离合器,高压动力系统B1中的零部件主要包括:P0/P1电机(P1 Mot)、P2电机(P2 Mot)、P2.5/P3电机(P3 Mot)、高压电池(HV Batt)、高压电负载(HV Load)和直流-直流转换器(DC-DC),传动系统C1中的零部件主要包括:无极变速器功能离合器(CCVT,现实构型中不存在)、无极变速器(CVTTrans)、无极变速器附带有级变速器(CVTGear,图2未示出)、有级变速器功能离合器或起步离合器(CAT,现实构型中不存在)、有级变速器(AT Trans)、P2.5电机附带有级变速器(P3Trans)、传动系输出端同步器(S1)和整车(Vehicle)。
可选的,基于图2示出的串并联子物理模型,上述目标传动部件包括液力变矩器及锁止离合器(TCC)、C0离合器、无极变速器功能离合器(CCVT)、有级变速器功能离合器或起步离合器(CAT)、P2.5电机附带有级变速器(P3 Trans)和传动系输出端同步器(S1)。在本实施例提供的串并联子物理模型中,可通过目标传动部件的状态组合,来实现不同的串联构型和并联构型,以及实现串联构型和并联构型下的工作模式,具体实现方式可参见下表1所示。
表1基本构型、工作模式以及目标部件的对应关系
图3为功率分流子物理模型的架构示意图,功率分流子物理模型包括低压动力系统A2、高压动力系统B2和传动系统C2,其中,低压动力系统A2中的零部件主要包括:发动机(ENG)、代表机械空调负载的制动器(AC)、12V启动发电机(BSG)、传统发电机(ALT)、低压电池(LV Batt)和低压电负载(LV Load),高压动力系统B2中的零部件主要包括:P0/P1电机(P1 Mot)、P2.5/P3电机(P3Mot)、高压电池(HV Batt)、高压电负载(HV Load)和直流-直流转换器(DC-DC),传动系统C2中的零部件主要包括:行星排、P2.5电机附带有级变速器(P3Trans)、传动系主减速比(FDR)和整车(Vehicle)。
由于串并联子物理模型和功率分流子物理模型分别包含的零部件的连接关系为现有技术,在此不进行详细介绍。
预先搭建的统一控制模型的相关介绍如下:
本领域技术人员应当理解,所有混动构型的控制策略均可归纳为串联控制、并联控制、功率分流控制三类,其中,串联控制的基本原理是整车动力需求全部由驱动电机满足,发动机的机械功率通过发电机转化为电功率,以动力电池为存储介质进行能量管理,并联控制的基本原理是发动机的机械功率通过变速箱以及1或2个电机共同满足整车动力需求,同时,工作中的电机有时作为发电机将机械能转化为电能,有时作为驱动电机将电能转化为机械能,以动力电池为存储介质进行能量管理,而功率分流控制可通过将发电机、行星排、驱动电机的一部分视作无极变速箱,驱动电机另一部分视作P3电机,从而等效于一个P3CVT的并联控制。本实施例可将串并联构型和功率分流构型分别对应的控制模型搭建在一起,得到统一控制模型。也即,该统一控制模型为所有串并联构型和功率分流构型分别对应的控制模型整合到一起得到的模型。
在一可选实施例中,由于功率分流控制可等效为P3 CVT的并联控制,那么在搭建统一控制模型时仅考虑串并联构型对应的控制逻辑即可。考虑到控制模型对物理模型进行控制时会在待仿真构型对应的控制状态(该控制状态是指特定混动系统根据发动机、变速箱内执行机构、电池和电机的状态决定的系统动力流走向)之间来回跳转,若将所有串并联构型分别对应的控制模型整合到统一控制模型中,则需要从串联构型和并联构型(即串并联构型)分别对应的控制状态中,确定串联构型和并联构型各自特有的控制状态、共有控制状态和过渡状态,其中,过渡状态为两构型转换对应的控制状态,然后根据串联构型和并联构型各自特有的控制状态、共有控制状态和过渡状态生成状态转移图,之后即可根据该状态转移图搭建统一控制逻辑,由搭建的所有统一控制逻辑组成统一控制模型。
在本实施例中,串联构型特有的控制状态包括:串联模式(Series);并联构型特有的控制状态包括:并联模式(Parallel)、怠速充电模式(Neutral Idle Charge)、变速箱从在档到空档(PT Opening)和变速箱从空档到在档(PT Closing);共有控制状态包括:纯电模式(E-Drive)、发动机停机(Engine Off)、变速箱空档时发动机启动(Engine StartNeutral)、变速箱空档时发动机停机(Engine Stop Neutral)、变速箱在档时发动机启动(Engine Start Drive)和变速箱在档时发动机停机(Engine Stop Drive);过渡状态包括:并联模式到串联模式(Parallel to Series)和串联模式到并联模式(Series toParallel)。基于这些控制状态可生成如图4所示的状态转移图。可见,图4所示的状态转移图可将串联构型对应的所有控制状态和并联构型对应的所有控制状态整合到一起,因此,基于该状态转移图搭建的统一控制逻辑包含所有串并联构型以及功率分流构型(可等效为P3 CVT的并联构型)对应的控制逻辑,也即,由统一控制逻辑组成的统一控制模型包含所有串并联构型以及功率分流构型(可等效为P3 CVT的并联构型)对应的控制模型。
在本实施例中,搭建统一物理模型和统一控制模型后,即可进行对待仿真构型的动力学仿真过程。在用户输入基本构型参数后,本实施例可根据用户输入的基本构型参数,将上述统一物理模型处理为等效物理模型,与此同时,从上述统一控制模型中确定与等效物理模型匹配的等效控制模型。具体的,根据基本构型参数,即可确定待仿真构型对应的统一物理模型是否为串并联子物理模型,若是,则根据基本构型参数确定目标传动部件的状态,并根据目标传动部件的状态,将串并联子物理模型处理为图2所示的等效物理模型;若否,则根据基本构型参数,得到图3所示的等效物理模型。并且,本实施例可预先设置好各构型分别对应的等效物理模型和等效控制模型的对应关系,从而确定出待仿真构型对应的等效物理模型的同时,可确定出与等效物理模型匹配的等效控制模型。
步骤S103、根据物理参数和控制参数,通过等效控制模型对等效物理模型进行控制,以对待仿真构型进行动力学仿真。
在本步骤中,可将物理参数输入至等效物理模型中,并将控制参数输入至等效控制模型中,之后可通过输入参数后的等效控制模型对输入参数后的等效物理模型进行控制,以此来实现对待仿真构型的动力学仿真。
当然,在对待仿真构型进行动力学仿真时,需要获取仿真过程相关参数,以按照仿真过程相关参数进行动力学仿真。这里,获取仿真过程相关参数的过程也可以通过用户界面包含的主界面获得,本申请对此不进行限定。
在本步骤中,通过输入参数后的等效控制模型对输入参数后的等效物理模型进行控制的过程可分为三个阶段:第一阶段为系统状态的确定过程,第二阶段为电池充放电功率计算过程,第三阶段为发动机电机扭矩分配过程。由于该三个阶段均为现有技术,以下结合图5~7对该三个阶段进行简要介绍。
第一阶段:本阶段用于确定系统状态。
由于待仿真构型可能对应多种工作模式,例如串联模式(发动机和2个电机一起工作)、并联模式(发动机和电机一起工作)、纯电模式(发动机不工作)等,本阶段确定系统状态,也即确定待仿真构型处于哪种工作模式。
本阶段系统状态确定过程可参见图5所示。图5中,运行区域及模式选择模块可输出并联(P1/P2/P3)或串联的模式请求,发动机启动仲裁模块可输出发动机启动请求(若该发动机启动请求用于请求发动机启动,则发动机启动,若该发动机启动请求用于请求不启动发动机,则发动机不启动),怠速充电协同模块可输出怠速充电请求,之后动力总成状态协同模块可根据该三个请求的组合输出一个期望运行模式请求,之后扭矩管理状态模块根据期望运行模式信号和C0状态(C0离合器若处于结合状态,则为Parallel,若为滑膜,则为Hybrid Launch)的判断,确定待仿真构型当前所处的工作模式。
第二阶段:本阶段用于确定电池充放电功率。
本领域技术人员应当理解,发动机和电机扭矩的计算是“输入参数后的等效控制模型对输入参数后的等效物理模型进行控制”时很重要的控制标准,而发动机和电机扭矩与整车需求功率和电池充放电功率相关,由于在整车工况确定后,整车需求功率也随之确定,那么为了确定发动机和电机的扭矩,需要先确定电池充放电功率。
本阶段电池充放电功率计算过程可参见图6所示。本发明针对串联构型和并联构型采用了两套不同的充放电策略,其中,并联系统中发动机与传动系耦合,充放电策略除了要满足电池电量平衡,还要兼顾发动机工作点,最终的充放电功率是二者共同作用的结果;串联系统中发动机完全与传动系解耦,充放电策略只需要考虑电池电量即可。基于串联构型和并联构型各自的充放电策略可实现对电池充放电功率的计算,计算过程可参见图6所示。
图6中,电池期望充电策略模块可根据实际电池电荷状态信号和目标电池电荷信号进行计算,得到电池电荷控制因子信号,运行区域及模式选择模块可输出串联或并联选择信号,半轴扭矩仲裁模块可输出半轴扭矩需求信号,该电池电荷控制因子信号、串联或并联选择信号、半轴扭矩需求信号以及车速信号和发动机转速信号(可选的,还包括其他信号)通过电池期望充电功率模块(该模块对于串联构型和并联构型的计算方式可能不同)计算,即可得到电池充电功率需求信号,即电池充放电功率。
第三阶段:本阶段用于确定发动机和电机的扭矩。
参见图7所示,发动机和电机的扭矩分配的过程包括:先根据电池充放电功率确定半轴端发动机扭矩需求(其中涉及运行区域及模式选择模块、半轴扭矩仲裁模块、电池期望充电功率模块、HCU发动机扭矩计算模块、变速箱换挡过程判断模块、发动机减速断油模块和EMS发动机扭矩请求模块),再根据物理模型(物理模型模块)反馈的实际发动机输出轴扭矩(针对P0/P1)、实际C0离合器传递扭矩(针对P2/P3)、C0扭矩(针对串联系统),或者发电机与发动机计算得到的“等效C0离合器传递扭矩”(针对功率分流系统),经HCU电机扭矩计算模块计算得到半轴端电机扭矩需求。
上述“等效C0离合器传递扭矩”的计算公式如下:(发电机扭矩*发电机转速/发动机转速+发动机扭矩)。
本申请提供的基于混动系统的动力学仿真方法,首先获取基本构型参数、物理参数和控制参数,然后根据基本构型参数,将预先搭建的统一物理模型处理为等效物理模型,并从预先搭建的统一控制模型中确定与等效物理模型匹配的等效控制模型,最后根据物理参数和控制参数,通过等效控制模型对等效物理模型进行控制,以对待仿真构型进行动力学仿真。本申请提供的基于混动系统的动力学仿真方法,预先会搭建统一物理模型和统一控制模型,该统一物理模型中的串并联模型是将所有串并联构型分别对应的物理模型整合到一起得到的模型,统一控制模型是将所有串并联构型和功率分流构型分别对应的控制模型整合到一起得到的模型,搭建好统一物理模型和统一控制模型后,后续仅调整基本构型参数、物理参数和控制参数即可实现对待仿真构型进行动力学仿真,无需每次仿真都搭建特定物理模型和特定控制模型,减少了仿真耗时,并且对于一待仿真构型,本申请可得到唯一的等效物理模型和等效控制模型,实现了模型的标准化。
本申请实施例还提供了一种基于混动系统的动力学仿真装置,下面对本申请实施例提供的基于混动系统的动力学仿真装置进行描述,下文描述的基于混动系统的动力学仿真装置与上文描述的基于混动系统的动力学仿真方法可相互对应参照。
请参阅图8,示出了本申请实施例提供的基于混动系统的动力学仿真装置的结构示意图,如图8所示,该基于混动系统的动力学仿真装置可以包括:参数获取模块801、模型确定模块802和仿真模块803。
参数获取模块801,用于获取基本构型参数、物理参数和控制参数,其中,基本构型参数为待仿真构型的物理结构相关参数,物理参数为待仿真构型对应的等效物理模型仿真需要使用的参数,控制参数为待仿真构型对应的等效控制模型仿真需要使用的参数。
模型确定模块802,用于根据基本构型参数,将预先搭建的统一物理模型处理为等效物理模型,并从预先搭建的统一控制模型中确定与等效物理模型匹配的等效控制模型,其中,统一物理模型中包括串并联子物理模型和功率分流子物理模型,串并联子物理模型为所有串并联构型分别对应的物理模型整合到一起得到的模型,功率分流子物理模型为功率分流构型对应的物理模型,统一控制模型为所有串并联构型和功率分流构型分别对应的控制模型整合到一起得到的模型,一构型对应的物理模型为基于该构型的动力流走向搭建的仿真模型,一构型对应的控制模型中包括该构型对应的控制逻辑,控制逻辑用于对对应物理模型进行控制。
仿真模块803,用于根据物理参数和控制参数,通过等效控制模型对等效物理模型进行控制,以对待仿真构型进行动力学仿真。
在一种可能的实现方式中,上述参数获取模块具体用于:获取基于用户交互界面输入的基本构型参数、物理参数和控制参数。
在一种可能的实现方式中,上述模型确定模块搭建统一控制模型的过程,可以包括:控制状态确定模块、状态转移图生成模块和统一逻辑搭建模块。
其中,控制状态确定模块,用于从串联构型和并联构型分别对应的控制状态中,确定串联构型和并联构型各自特有的控制状态、共有控制状态和过渡状态,其中,控制状态为特定混动系统根据发动机变速箱内执行器、电池和电机的状态决定的系统动力流走向,过渡状态为两构型转换对应的控制状态;
状态转移图生成模块,用于根据串联构型和并联构型各自特有的控制状态、共有的控制状态和过渡状态生成状态转移图;
统一逻辑搭建模块,用于根据状态转移图搭建统一控制逻辑,将统一控制逻辑作为统一控制模型。
在一种可能的实现方式中,上述串联构型特有的控制状态包括:串联模式;
上述并联构型特有的控制状态包括:并联模式、怠速充电模式、变速箱从在档到空档和变速箱从空档到在档;
上述共有的控制状态包括:纯电模式、发动机停机、变速箱空档时发动机启动、变速箱空档时发动机停机、变速箱在档时发动机启动和变速箱在档时发动机停机;
上述过渡状态包括:并联模式到串联模式和串联模式到并联模式。
本申请实施例还提供了一种基于混动系统的动力学仿真设备。可选的,图9示出了基于混动系统的动力学仿真设备的硬件结构框图,参照图9,该基于混动系统的动力学仿真设备的硬件结构可以包括:至少一个处理器901,至少一个通信接口902,至少一个存储器903和至少一个通信总线904;
在本申请实施例中,处理器901、通信接口902、存储器903、通信总线904的数量为至少一个,且处理器901、通信接口902、存储器903通过通信总线904完成相互间的通信;
处理器901可能是一个中央处理器CPU,或者是特定集成电路ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit),或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路等;
存储器903可能包含高速RAM存储器,也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)等,例如至少一个磁盘存储器;
其中,存储器903存储有程序,处理器901可调用存储器903存储的程序,所述程序用于:
获取基本构型参数、物理参数和控制参数,其中,基本构型参数为待仿真构型的物理结构相关参数,物理参数为待仿真构型对应的等效物理模型仿真需要使用的参数,控制参数为待仿真构型对应的等效控制模型仿真需要使用的参数;
根据基本构型参数,将预先搭建的统一物理模型处理为等效物理模型,并从预先搭建的统一控制模型中确定与等效物理模型匹配的等效控制模型,其中,统一物理模型中包括串并联子物理模型和功率分流子物理模型,串并联子物理模型为所有串并联构型分别对应的物理模型整合到一起得到的模型,功率分流子物理模型为功率分流构型对应的物理模型,统一控制模型为所有串并联构型和功率分流构型分别对应的控制模型整合到一起得到的模型,一构型对应的物理模型为基于该构型的动力流走向搭建的仿真模型,一构型对应的控制模型中包括该构型对应的控制逻辑,控制逻辑用于对对应物理模型进行控制;
根据物理参数和控制参数,通过等效控制模型对等效物理模型进行控制,以对待仿真构型进行动力学仿真。
可选的,所述程序的细化功能和扩展功能可参照上文描述。
本申请实施例还提供一种可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时,实现如上述基于混动系统的动力学仿真方法。
可选的,所述程序的细化功能和扩展功能可参照上文描述。
最后,还需要说明的是,在本文中,诸如和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种基于混动系统的动力学仿真方法,其特征在于,包括:
获取基本构型参数、物理参数和控制参数,其中,所述基本构型参数为待仿真构型的物理结构相关参数,所述物理参数为所述待仿真构型对应的等效物理模型仿真需要使用的参数,所述控制参数为所述待仿真构型对应的等效控制模型仿真需要使用的参数;
根据所述基本构型参数,将预先搭建的统一物理模型处理为所述等效物理模型,并从预先搭建的统一控制模型中确定与所述等效物理模型匹配的所述等效控制模型,其中,所述统一物理模型中包括串并联子物理模型和功率分流子物理模型,所述串并联子物理模型为所有串并联构型分别对应的物理模型整合到一起得到的模型,所述功率分流子物理模型为功率分流构型对应的物理模型,所述统一控制模型为所有串并联构型和功率分流构型分别对应的控制模型整合到一起得到的模型,一构型对应的物理模型为基于该构型的动力流走向搭建的仿真模型,一构型对应的控制模型中包括该构型对应的控制逻辑,所述控制逻辑用于对对应物理模型进行控制;
根据所述物理参数和所述控制参数,通过所述等效控制模型对所述等效物理模型进行控制,以对所述待仿真构型进行动力学仿真。
2.根据权利要求1所述的基于混动系统的动力学仿真方法,其特征在于,所述获取基本构型参数、物理参数和控制参数,包括:
获取基于用户交互界面输入的基本构型参数、物理参数和控制参数。
3.根据权利要求1所述的基于混动系统的动力学仿真方法,其特征在于,所述串并联子物理模型中包括目标传动部件,所述目标传动部件用于保持或断开串并联子物理模型中对应动力路径;
所述根据所述基本构型参数,将预先搭建的统一物理模型处理为所述等效物理模型,包括:
根据所述基本构型参数,确定所述待仿真构型对应的统一物理模型是否为所述串并联子物理模型;
若所述基本构型参数对应的统一物理模型为所述串并联子物理模型,则根据所述基本构型参数确定所述目标传动部件的状态;
基于所述目标传动部件的状态,将所述串并联子物理模型处理为所述等效物理模型。
4.根据权利要求1所述的基于混动系统的动力学仿真方法,其特征在于,搭建所述统一控制模型的过程包括:
从串联构型和并联构型分别对应的控制状态中,确定所述串联构型和所述并联构型各自特有的控制状态、共有的控制状态和过渡状态,其中,所述控制状态为特定混动系统根据发动机、变速箱内执行机构、电池和电机的状态决定的系统动力流走向,所述过渡状态为两构型转换对应的控制状态;
根据所述串联构型和所述并联构型各自特有的控制状态、共有的控制状态和过渡状态生成状态转移图;
根据所述状态转移图搭建统一控制逻辑,将所述统一控制逻辑作为所述统一控制模型。
5.根据权利要求4所述的基于混动系统的动力学仿真方法,其特征在于,所述串联构型特有的控制状态包括:串联模式;
所述并联构型特有的控制状态包括:并联模式、怠速充电模式、变速箱从在档到空档和变速箱从空档到在档;
所述共有的控制状态包括:纯电模式、发动机停机、变速箱空档时发动机启动、变速箱空档时发动机停机、变速箱在档时发动机启动和变速箱在档时发动机停机;
所述过渡状态包括:并联模式到串联模式和串联模式到并联模式。
6.一种基于混动系统的动力学仿真装置,其特征在于,包括:参数获取模块、模型确定模块和仿真模块;
所述参数获取模块,用于获取基本构型参数、物理参数和控制参数,其中,所述基本构型参数用于确定待仿真构型,所述物理参数为所述待仿真构型对应的等效物理模型仿真需要使用的参数,所述控制参数为所述待仿真构型对应的等效控制模型仿真需要使用的参数;
所述模型确定模块,用于根据所述基本构型参数,将预先搭建的统一物理模型处理为所述等效物理模型,并从预先搭建的统一控制模型中确定与所述等效物理模型匹配的所述等效控制模型,其中,所述统一物理模型中包括串并联子物理模型和功率分流子物理模型,所述串并联子物理模型为所有串并联构型分别对应的物理模型整合到一起得到的模型,所述功率分流子物理模型为功率分流构型对应的物理模型,所述统一控制模型为所有串并联构型和功率分流构型分别对应的控制模型整合到一起得到的模型,一构型对应的物理模型为基于该构型的动力流走向搭建的仿真模型,一构型对应的控制模型中包括该构型对应的控制逻辑,所述控制逻辑用于对对应物理模型进行控制;
所述仿真模块,用于根据所述物理参数和所述控制参数,通过所述等效控制模型对所述等效物理模型进行控制,以对所述待仿真构型进行动力学仿真。
7.根据权利要求6所述的基于混动系统的动力学仿真装置,其特征在于,所述串并联子物理模型中包括目标传动部件,所述目标传动部件用于保持或断开串并联子物理模型中对应动力路径;
所述模型确定模块在根据所述基本构型参数,将预先搭建的统一物理模型处理为所述等效物理模型时,包括:
根据所述基本构型参数,确定所述待仿真构型对应的统一物理模型是否为所述串并联子物理模型;
若所述基本构型参数对应的统一物理模型为所述串并联子物理模型,则根据所述基本构型参数确定所述目标传动部件的状态;
基于所述目标传动部件的状态,将所述串并联子物理模型处理为所述等效物理模型。
8.根据权利要求6所述的基于混动系统的动力学仿真装置,其特征在于,所述模型确定模块搭建所述统一控制模型的过程,包括:控制状态确定模块、状态转移图生成模块和统一逻辑搭建模块;
所述控制状态确定模块,用于从串联构型和并联构型分别对应的控制状态中,确定所述串联构型和所述并联构型各自特有的控制状态、共有的控制状态和过渡状态,其中,所述过渡状态为两构型转换对应的控制状态;
所述状态转移图生成模块,用于根据所述串联构型和所述并联构型各自特有的控制状态、共有控制状态和过渡状态生成状态转移图;
所述统一逻辑搭建模块,用于根据所述状态转移图搭建统一控制逻辑,将所述统一控制逻辑作为所述统一控制模型。
9.一种基于混动系统的动力学仿真设备,其特征在于,包括存储器和处理器;
所述存储器,用于存储程序;
所述处理器,用于执行所述程序,实现如权利要求1~5任一项所述的基于混动系统的动力学仿真方法的各个步骤。
10.一种可读存储介质,上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时,实现如权利要求1~5任一项所述的基于混动系统的动力学仿真方法的各个步骤。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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