CN113987685A - 一种纯电动汽车多工况下整车性能仿真方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种纯电动汽车多工况下整车性能仿真方法及装置，涉及汽车仿真测试技术领域，该方法包括以下步骤：设定整车文件、电机文件、减速器文件、电池文件以及驾驶员文件；选定驾驶工况，基于整车文件、电机文件、减速器文件、电池文件以及驾驶员文件进行整车行驶仿真；基于整车行驶仿真获得的行驶参数，进行整车性能评估。本申请通过配置文件定义整车上各个零部件的参数，并且同时存储多种车型应用的参数，参数能够实时进行更改，在仿真过程中根据选择的参数进行模拟计算，以满足不同工况的整车性能仿真测试需求。
Description
技术领域
本申请涉及汽车仿真测试技术领域，具体涉及一种纯电动汽车多工况下整车性能仿真方法及装置。
背景技术
随着汽车行业电动化趋势的发展，对于纯电动汽车的动力总成研发和整车性能仿真计算越来越受到业界的重视。对于纯电动汽车多种工况下的整车性能仿真是项目开发中的重要环节，仿真计算能准确的评估前期开发的各种性能，有效缩短项目开发周期并减少验证测试费用。
目前行业内的商业仿真软件主要集中于传统燃油车的典型应用，难以满足纯电动汽车的仿真需求。当前行业主流的仿真软件多局限于整车的动力性经济性仿真，而对于整车全寿命周期的耐久工况仿真，典型工况下的热仿真以及效率仿真缺乏相应的解决方案。
以主流车辆动力学仿真软件AVL Cruise为例，该软件能够模块化的配置整车的各个零部件参数，但是配置必须要在AVL Cruise封装的模块内，只能选择已有的选项进行参数更改。由于内部动力学方程与核心算法全部被封装在商业仿真软件之中，无法查看其内部程序也难以修改其计算方法。对于新型的动力架构缺乏适用性，也不便于对多种车型参数、计算数据进行自定义。
而随着开发周期的缩短，整车仿真平台需要计算的车型与应用日益增多，而每一款应用和车型的整车参数以及各个零部件参数都不尽相同，因此难以在有限的时间内对每一款应用和车型人为的进行模型搭建和参数输入。
因此，为应对上述技术问题，满足使用需求，现提供一种电动汽车整车性能仿真技术。
发明内容
本申请提供一种纯电动汽车多工况下整车性能仿真方法及装置，通过配置文件定义整车上各个零部件的参数，并且同时存储多种车型应用的参数，参数能够实时进行更改，在仿真过程中根据选择的参数进行模拟计算，以满足不同工况的整车性能仿真测试需求。
第一方面，本申请提供了一种纯电动汽车多工况下整车性能仿真方法，所述方法包括以下步骤：
设定整车文件、电机文件、减速器文件、电池文件以及驾驶员文件；
选定驾驶工况，基于所述整车文件、所述电机文件、所述减速器文件、所述电池文件以及所述驾驶员文件进行整车行驶仿真；
获得所述整车行驶仿真获得的行驶参数，进行整车性能评估；其中，
所述整车文件包括满载质量、空载质量、轴距、驱动模式、前后轴载荷分布、质心高度、半轴刚度及阻尼、轮胎半径、轮胎转动惯量、轮胎滚动摩擦系数、轮胎滑动摩擦系数以及迎风面积；
所述减速器文件包括各挡位速比、各级齿轮转动惯量以及各级齿轮传动效率；
所述电机文件包括电机外特性曲线、电机峰值扭矩、电机额定扭矩、电机最大转速、电机效率曲线、电机转子转动惯量以及电机能量回收策略；
所述电池文件包括电池容量、电池电动势、电池内阻以及电池SOC特性曲线；
所述驾驶员文件包括油门踏板响应速度以及刹车踏板响应速度。
具体的，所述驾驶工况包括动力性工况、经济性工况、耐久工况以及热仿真工况；
所述动力性工况包括全油门加速工况、爬坡工况以及极限车速工况；
所述经济性工况包括NEDC工况以及WLTC工况；
所述耐久工况包括城市工况、郊区工况、乡村工况以及高速工况；
所述热仿真工况包括起步工况、拥堵工况、爬坡工况以及超高速工况。
进一步的，所述方法还包括以下步骤：
设定地形文件；
选定驾驶工况，基于所述整车文件、所述电机文件、所述减速器文件、所述电池文件、所述驾驶员文件以及所述地形文件，进行整车行驶仿真。
进一步的，进行整车行驶仿真中，所述方法还包括以下步骤：
根据所述整车行驶仿真对应的行驶里程以及所述地形文件，获得对应的坡度信息和弯道信息；
基于所述坡度信息和弯道信息进行整车行驶仿真。
具体的，获得所述整车行驶仿真获得的行驶参数，进行整车性能评估中，包括以下步骤：
监控获得实时车速、油门开度、挡位信息、电机转速、电机扭矩以及电池的SOC值、轮端扭矩和轮端转速，构建对应的性能曲线。
第二方面，本申请提供了一种纯电动汽车多工况下整车性能仿真装置，所述仿真装置包括：
参数设定模块，其用于设定整车文件、电机文件、减速器文件、电池文件、驾驶员文件、地形文件以及工况文件；
仿真模拟模块，其用于基于所述整车文件、所述电机文件、所述减速器文件、所述电池文件、所述驾驶员文件、所述地形文件以及所述工况文件进行整车行驶仿真；
性能评估模块，其用于获得所述整车行驶仿真获得的行驶参数，进行整车性能评估；其中，
所述整车文件包括满载质量、空载质量、轴距、驱动模式、前后轴载荷分布、质心高度、半轴刚度及阻尼、轮胎半径、轮胎转动惯量、轮胎滚动摩擦系数、轮胎滑动摩擦系数以及迎风面积；
所述减速器文件包括各挡位速比、各级齿轮转动惯量以及各级齿轮传动效率；
所述电机文件包括电机外特性曲线、电机峰值扭矩、电机额定扭矩、电机最大转速、电机效率曲线、电机转子转动惯量以及电机能量回收策略；
所述电池文件包括电池容量、电池电动势、电池内阻以及电池SOC特性曲线；
所述驾驶员文件包括油门踏板响应速度以及刹车踏板响应速度。
具体的，所述仿真模拟模块包括工况模块、驾驶员模块、电机控制模块、电机模块、减速器控制模块、减速器模块、电池模块、整车与轮胎模块以及地形模块；
工况模块，其基于所述工况文件，进行对应的工况环境模拟，提供对应的需求车速；
地形模块，其基于所述地形文件，进行对应的地形环境模拟，提供对应的坡度信息；
所述电机控制模块用于接收所述驾驶员模块的踏板信号，接收所述电池模块、所述电机模块、所述减速器模块的状态反馈信号，接收所述整车与轮胎模块的实时车速，并计算获得需求功率、需求扭矩、电池充放电功率、能量回馈扭矩、机械制动扭矩以及整车行驶阻力大小，将各控制信号分别输出至整车模块、电池模块、电机模块以及减速器模块；
所述驾驶员模块用于接收所述工况模块发出的需求车速和所述整车与轮胎模块反馈的实时车速进行比较计算，通过PI控制获得油门踏板与制动踏板的信号，将油门踏板信号输出至电机控制模块，将制动踏板信号输出至整车与轮胎模块；
所述电池模块用于接收电机模块发出的充放电功率，计算出电池系统的能量损耗情况、SOC值以及当前电压；
所述电机控制模块用于接收驾驶员模块发出的油门踏板信号与刹车踏板信号，接收电机模块发送的扭矩信号，计算出电机模块工作所需的扭矩以及制动能量回收指令，将油门踏板信号和车速信号反馈给减速器控制模块用于计算减速器的需求挡位；
所述电机模块用于接收电机控制模块发出的需求扭矩，接收电池模块传递的SOC值，接收减速器模块反馈的转速信号，计算出电机系统的损失扭矩、电机扭矩、工作电流以及电机转速，将电机功率反馈给电池模块，将电机状态对应的信号反馈给电机控制模块，将电机扭矩信号和电机转速发送给减速器模块；
所述减速器模块用于接收电机模块发出的电机扭矩与电机转速，接收减速器控制器模块发送的需求挡位信号，计算出经过减速器减速增扭后的输出扭矩与输出转速，将减速器输入端的转速信号反馈给电机模块，将减速器的实际挡位状态信号反馈给减速器控制模块，将输出端扭矩信号和输出端转速信号传递给整车与轮胎模块；
所述整车与轮胎模块用于接收减速器模块传递的扭矩信号和转速信号，计算出行驶阻力、驱动力矩、轮端转速、车行驶里程以及实时车速，将轮端转速反馈给减速器模块，将实时车速反馈给驾驶员模块，将行驶里程反馈给地形模块；
所述地形模块将行驶里程对应的坡度信号反馈给整车与轮胎模块。
具体的，所述驾驶工况包括动力性工况、经济性工况、耐久工况以及热仿真工况；
所述动力性工况包括全油门加速工况、爬坡工况以及极限车速工况；
所述经济性工况包括NEDC工况以及WLTC工况；
所述耐久工况包括城市工况、郊区工况、乡村工况以及高速工况；
所述热仿真工况包括起步工况、拥堵工况、爬坡工况以及超高速工况。
具体的，所述性能评估模块用于监控获得实时车速、油门开度、挡位信息、电机转速、电机扭矩以及电池的SOC值、轮端扭矩和轮端转速，构建对应的性能曲线。
具体的，所述仿真模拟模块基于Matlab/Simulink环境中建立的仿真模型，进行整车行驶仿真。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
本申请通过配置文件定义整车上各个零部件的参数，并且同时存储多种车型应用的参数，参数能够实时进行更改，在仿真过程中根据选择的参数进行模拟计算，以满足不同工况的整车性能仿真测试需求。
附图说明
术语解释：
NEDC：New European Driving Cycle，新欧洲驾驶周期；
WLTC：World Light-duty Vehicle Test Cycle，全球轻型车统一循环测试周期；
SOC：State of charge，荷电状态；
PI：比例积分。
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例中提供的纯电动汽车多工况下整车性能仿真方法的步骤流程图；
图2为本申请实施例中提供的纯电动汽车多工况下整车性能仿真方法的原理流程图；
图3为本申请实施例中提供的纯电动汽车多工况下整车性能仿真装置的结构框图；
图4为本申请实施例中提供的纯电动汽车多工况下整车性能仿真装置的原理框图；
图5为本申请实施例中提供的纯电动汽车多工况下整车性能仿真装置的操作界面示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，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的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。
以下结合附图对本申请的实施例作进一步详细说明。
本申请实施例提供一种纯电动汽车多工况下整车性能仿真方法及装置，通过配置文件定义整车上各个零部件的参数，并且同时存储多种车型应用的参数，参数能够实时进行更改，在仿真过程中根据选择的参数进行模拟计算，以满足不同工况的整车性能仿真测试需求。
为达到上述技术效果，本申请的总体思路如下：
一种纯电动汽车多工况下整车性能仿真方法，该方法包括以下步骤：
S1、设定整车文件、电机文件、减速器文件、电池文件以及驾驶员文件；
S2、选定驾驶工况，基于整车文件、电机文件、减速器文件、电池文件以及驾驶员文件进行整车行驶仿真；
S3、基于整车行驶仿真获得的行驶参数，进行整车性能评估；其中，
所述整车文件包括满载质量、空载质量、轴距、驱动模式、前后轴载荷分布、质心高度、半轴刚度及阻尼、轮胎半径、轮胎转动惯量、轮胎滚动摩擦系数、轮胎滑动摩擦系数以及迎风面积；
所述减速器文件包括各挡位速比、各级齿轮转动惯量以及各级齿轮传动效率；
所述电机文件包括电机外特性曲线、电机峰值扭矩、电机额定扭矩、电机最大转速、电机效率曲线、电机转子转动惯量以及电机能量回收策略；
所述电池文件包括电池容量、电池电动势、电池内阻以及电池SOC特性曲线；
所述驾驶员文件包括油门踏板响应速度以及刹车踏板响应速度。
以下结合附图对本申请的实施例作进一步详细说明。
第一方面，参见图1～2所示，本申请实施例提供一种纯电动汽车多工况下整车性能仿真方法，所述方法包括以下步骤：
S1、设定整车文件、电机文件、减速器文件、电池文件以及驾驶员文件；
S2、选定驾驶工况，基于整车文件、电机文件、减速器文件、电池文件以及驾驶员文件进行整车行驶仿真；
S3、基于整车行驶仿真获得的行驶参数，进行整车性能评估；其中，
所述整车文件包括满载质量、空载质量、轴距、驱动模式、前后轴载荷分布、质心高度、半轴刚度及阻尼、轮胎半径、轮胎转动惯量、轮胎滚动摩擦系数、轮胎滑动摩擦系数以及迎风面积；
所述减速器文件包括各挡位速比、各级齿轮转动惯量以及各级齿轮传动效率；
所述电机文件包括电机外特性曲线、电机峰值扭矩、电机额定扭矩、电机最大转速、电机效率曲线、电机转子转动惯量以及电机能量回收策略；
所述电池文件包括电池容量、电池电动势、电池内阻以及电池SOC特性曲线；
所述驾驶员文件包括油门踏板响应速度以及刹车踏板响应速度。
必要时，该方法还包括以下步骤：
基于整车行驶仿真获得的行驶参数，进行数据处理，并生成仿真报告。
本申请实施例中，通过配置文件定义整车上各个零部件的参数，并且同时存储多种车型应用的参数，参数能够实时进行更改，在仿真过程中根据选择的参数进行模拟计算，以满足不同工况的整车性能仿真测试需求。
本申请实施例通过提供一种基于Matlab/Simulink平台搭建的纯电动汽车多工况下整车性能仿真平台，具有结构精简，逻辑清晰，求解速度快等优点；
本申请实施例的性能仿真平台其内部模型是一种开源的Simulink模型，具有可编辑性与修改，适用于多种车型架构；
操作界面相对友好，工程人员经过简单的培训即刻进行多种工况下不同车型的性能仿真计算；
自动生成报告功能有效的将数据处理和标准化报告生成结合，极大的提升了项目开发效率；
保证了计算过程的稳定性和可靠性，避免了手动建模与手动输入参数引起的计算误差；
输入参数以及工况较为全面，并与实车测试进行对比标定，对工程开发有实际指导作用。
具体的，所述驾驶工况包括动力性工况、经济性工况、耐久工况以及热仿真工况；
所述动力性工况包括全油门加速工况、爬坡工况以及极限车速工况；
所述经济性工况包括NEDC工况以及WLTC工况；
所述耐久工况包括城市工况、郊区工况、乡村工况以及高速工况；
所述热仿真工况包括起步工况、拥堵工况、爬坡工况以及超高速工况。
进一步的，所述方法还包括以下步骤：
设定地形文件；
选定驾驶工况，基于所述整车文件、所述电机文件、所述减速器文件、所述电池文件、所述驾驶员文件以及所述地形文件，进行整车行驶仿真。
进一步的，进行整车行驶仿真中，所述方法还包括以下步骤：
根据所述整车行驶仿真对应的行驶里程以及所述地形文件，获得对应的坡度信息和弯道信息；
基于所述坡度信息和弯道信息进行整车行驶仿真。
具体的，获得所述整车行驶仿真获得的行驶参数，进行整车性能评估中，包括以下步骤：
监控获得实时车速、油门开度、挡位信息、电机转速、电机扭矩以及电池的SOC值、轮端扭矩和轮端转速，构建对应的性能曲线。
本申请实施例，如说明书附图的图2所示，在具体实施时包括以下流程：
步骤1：文件配置与参数定义：
该步骤用于仿真计算的参数定义，根据项目开发对应的车型，分别利用下拉菜单选择对应的整车文件，电机文件，减速箱文件，电池文件，驾驶员文件；其中，
整车文件的具体参数有：满载质量、空载质量、轴距、驱动模式、前后轴载荷分布、质心高度、半轴刚度及阻尼、轮胎半径、轮胎转动惯量、轮胎滚动摩擦系数、轮胎滑动摩擦系数以及迎风面积；
减速箱文件定义的具体参数有：各挡位速比，各级齿轮转动惯量，各级齿轮传动效率，换挡MAP(仅针对于两档减速器)；
电机文件定义的具体参数有：电机外特性曲线、电机峰值扭矩、电机额定扭矩、电机最大转速、电机效率曲线、电机转子转动惯量以及电机能量回收策略；
电池文件定义的具体参数有：电池容量，电池电动势，电池内阻，电池SOC特性曲线；
驾驶员模型定义的具体参数有：油门踏板响应速度，刹车踏板相应速度。
需要说明的是，所述输入文件均为Excel文件，便于程序的读取、编辑与保存。在控制界面选定好对应的配置文件后，先将各个参数定义到工作空间中，再将各个参数赋予到车辆动力学仿真子模型对应的变量中。
步骤2：工况选择：
该步骤工况选择用于车辆动力学仿真的工况定义；其中，
动力性工况包括全油门加速工况、爬坡工况和极限车速工况，主要用于仿真选定车型应用的百公里加速时间以及最大爬坡度和最高车速；
经济性工况包括NEDC工况和WLTC工况，主要用于仿真选定车型应用在典型循环工况下的能耗、续航里程和电机工作点位；
耐久工况包括城市工况，郊区工况，乡村工况和高速工况，主要用于仿真选定车型应用的全生命周期的扭矩分布与损伤计算，根据仿真结果生成各个子系统相应的载荷谱；
热仿真工况包括起步工况、拥堵工况、爬坡工况以及超高速工况，主要用于仿真选定车型应用的扭矩转速分布，从而获取传动系统的温升特性并进行热管理分析。
步骤3：车辆动力学仿真：
所述车辆动力学仿真模型包括工况模块，地形模块，驾驶员模块，电机模块，电池模块，减速器模块，减速器控制模块，整车与轮胎模块；
所述工况模块与驾驶员模块通讯连接，所述驾驶员模块与电机控制模块通讯连接，所述电机控制模块与电机模块通讯连接，所述电机模块与减速器模块通讯连接，所述减速器模块与整车及轮胎模块通讯连接，所述整车及轮胎模块与地形模块通讯连接。
具体的，纯电动汽车车辆动力学仿真模型是在Matlab/Simulink环境中建立的仿真模型，所述纯电动汽车车辆动力学仿真模型的参数输入使用.m脚本文件，且输入的参数采用整车研发项目中的实际参数；
所述纯电动汽车性能仿真系统的各个模块中的各个信号均可使用Scope示波器进行实时观测，所述纯电动汽车性能仿真系统的输出结果可以根据项目需求进行配置，且输出形式可以是Mat文件、Figure图形、Txt文本、Word文档等多种形式。
具体的，所述控制模块用于接收驾驶员模块的踏板信号，接收电池模块、附件模块、电机模块、减速器模块的状态反馈信号，接收整车模块的当前车速信号等，并计算出车辆的需求功率、需求扭矩、电池充放电功率、附件功率、能量回馈扭矩、机械制动扭矩、整车行驶阻力大小，将各控制信号分别输出给整车模块、电池模块、附件模块、电机模块和减速器模块，并将车速信号反馈给驾驶员模块。
具体的，所述驾驶员模块用于接收工况模块发出的需求车速信号和整车模块反馈的实时车速要求进行比较计算，通过PI控制获得油门踏板与制动踏板的信号，油门踏板信号输出给电机控制模块，制动踏板信号输出给整车与轮胎模块。
具体的，所述电池模块用于接收电机模块发出的充放电功率等控制信号，计算出电池系统的能量损耗情况、SOC值、当前电压等信息。
具体的，所述电机控制模块用于接收驾驶员模块发出的油门踏板信号与刹车踏板信号，接收电机模块发送的扭矩信号，计算出电机工作所需的扭矩以及制动能量回收指令，将油门踏板信号和车速信号反馈给减速器控制模块用于计算减速器的需求挡位，该模块仅适用于两档减速器。
具体的，所述电机模块用于接收电机控制模块发出的需求扭矩等控制信号，接收电池模块传递的SOC信号，接收减速器模块反馈的转速信号，计算出电机系统的损失扭矩、电机扭矩、工作电流、电机转速等信息，将电机功率反馈给电池模块，将所有电机状态信号反馈给电机控制模块，将电机扭矩信号和电机转速发送给减速器模块。
具体的，所述减速器模块用于接收电机模块发出的电机扭矩与电机转速等信号，接收减速器控制器模块发送的需求挡位信号，计算出经过减速器减速增扭后的输出扭矩与输出转速等信息，将减速器输入端的转速信号反馈给电机模块，将所有减速器实际挡位状态信号反馈给减速器控制模块，将输出端扭矩信号和输出端转速信号传递给整车与轮胎模块。
具体的，所述整车与轮胎模块用于接收减速器模块传递的扭矩信号和转速信号，计算出整车的行驶阻力、驱动力矩、轮端转速、车速等信息，将轮端转速信号反馈给减速器模块，将整车当前速度等状态信号反馈给驾驶员模块，将整车行驶里程信号反馈给地形模块，地形模块将里程对应的坡度信号反馈给整车与轮胎模块。
步骤4：实时数据监控与保存：
该步骤中的实时数据监控与保存是将步骤3动力学仿真所计算的出的实时参数，例如车速，电机转速，电机扭矩，电池SOC等信息通过曲线图的形式绘制出来，并标明坐标轴名称、刻度，然后以图形的方式绘制于控制界面的图形显示窗口；
为了更直观的方式展示数据的变化，对于不同特性的数据曲线采用不同的颜色绘制。为了更为实时的监控仿真系统的运行状态，对于不同特性的数据设定对应的监测阈值，避免所述仿真系统陷入无效计算循环中；
将所述步骤3动力学仿真计算出的数据结果按照项目名称分类存储于对应的文件夹中，便于后续的数据读取，以及报告生成过程中的数据处理与分析。
步骤5：数据处理与报告生成：
该步骤中，数据处理定义了数据处理的方法与流程，根据不同的仿真工况与分析目标，利用相对应的算法对仿真结果数据进行处理；通过循环计数法对电机扭矩、电机转速、时间进行处理获得各个挡位的旋转件载荷谱；通过雨流计数法对电机扭矩-时间变化进行处理获得各个挡位的交变载荷谱；基于Minner线性累计损伤理论对各子系统进行等效损伤计算；基于基尔霍夫电压定律来求解电池负载电流，从而计算电池的SOC(State ofcharge)变化，并计算其指定工况下的纯电续航里程；根据热仿真工况获得的电机扭矩与转速的分布，通过热力学公式计算传动系统的温升特性；
数据处理完成后以m文件的形式储存于工作空间中，以便于后续的报告生成；
在完成数据处理后，报告生成模块定义了生成报告的格式，模板与内容；
按照不同的仿真工况与分析目标，分别生成不同的仿真报告，包括耐久，动力性，经济性，热仿真四种典型模板。并可根据具体项目需求自定义报告模板，对于重点关注的关键信息，可以在报告的图表中予以特殊标记；
模板支持自定义语句与变量修改，方便将报告内容进行拓展与编辑。
本申请实施例的目的在于提供一种能够克服上述技术问题的纯电动汽车多工况下整车性能仿真技术；
仿真平台基于Matlab的环境搭建，通过配置文件定义汽车整车上各个零部件的参数，并且同时存储多种车型应用的参数，参数能够实时进行更改；
根据不同工况的需求编写仿真计算程序，在仿真过程中根据选择的参数进行计算并且以曲线或者图表的形式显示出来；
根据不同目标工况选择相对应的算法进行数据处理，处理后数据保存为多种文件格式，并可以自动根据自定义模板生成仿真报告。
第二方面，参见图3～5所示，本申请实施例提供一种纯电动汽车多工况下整车性能仿真装置，该仿真装置包括：
参数设定模块，其用于设定整车文件、电机文件、减速器文件、电池文件、驾驶员文件、地形文件以及工况文件；
仿真模拟模块，其用于基于所述整车文件、所述电机文件、所述减速器文件、所述电池文件、所述驾驶员文件、所述地形文件以及所述工况文件进行整车行驶仿真；
性能评估模块，其用于获得所述整车行驶仿真获得的行驶参数，进行整车性能评估；其中，
所述整车文件包括满载质量、空载质量、轴距、驱动模式、前后轴载荷分布、质心高度、半轴刚度及阻尼、轮胎半径、轮胎转动惯量、轮胎滚动摩擦系数、轮胎滑动摩擦系数以及迎风面积；
所述减速器文件包括各挡位速比、各级齿轮转动惯量以及各级齿轮传动效率；
所述电机文件包括电机外特性曲线、电机峰值扭矩、电机额定扭矩、电机最大转速、电机效率曲线、电机转子转动惯量以及电机能量回收策略；
所述电池文件包括电池容量、电池电动势、电池内阻以及电池SOC特性曲线；
所述驾驶员文件包括油门踏板响应速度、刹车踏板响应速度。
具体的，所述仿真模拟模块包括工况模块、驾驶员模块、电机控制模块、电机模块、减速器控制模块、减速器模块、电池模块、整车与轮胎模块以及地形模块；
工况模块，其基于所述工况文件，进行对应的工况环境模拟，提供对应的需求车速；
地形模块，其基于所述地形文件，进行对应的地形环境模拟，提供对应的坡度信息；
所述电机控制模块用于接收所述驾驶员模块的踏板信号，接收所述电池模块、所述电机模块、所述减速器模块的状态反馈信号，接收所述整车与轮胎模块的实时车速，并计算获得需求功率、需求扭矩、电池充放电功率、能量回馈扭矩、机械制动扭矩以及整车行驶阻力大小，将各控制信号分别输出至整车模块、电池模块、电机模块以及减速器模块；
所述驾驶员模块用于接收所述工况模块发出的需求车速和所述整车与轮胎模块反馈的实时车速进行比较计算，通过PI控制获得油门踏板与制动踏板的信号，将油门踏板信号输出至电机控制模块，将制动踏板信号输出至整车与轮胎模块；
所述电池模块用于接收电机模块发出的充放电功率，计算出电池系统的能量损耗情况、SOC值以及当前电压；
所述电机控制模块用于接收驾驶员模块发出的油门踏板信号与刹车踏板信号，接收电机模块发送的扭矩信号，计算出电机模块工作所需的扭矩以及制动能量回收指令，将油门踏板信号和车速信号反馈给减速器控制模块用于计算减速器的需求挡位；
所述电机模块用于接收电机控制模块发出的需求扭矩，接收电池模块传递的SOC值，接收减速器模块反馈的转速信号，计算出电机系统的损失扭矩、电机扭矩、工作电流以及电机转速，将电机功率反馈给电池模块，将电机状态对应的信号反馈给电机控制模块，将电机扭矩信号和电机转速发送给减速器模块；
所述减速器模块用于接收电机模块发出的电机扭矩与电机转速，接收减速器控制器模块发送的需求挡位信号，计算出经过减速器减速增扭后的输出扭矩与输出转速，将减速器输入端的转速信号反馈给电机模块，将减速器的实际挡位状态信号反馈给减速器控制模块，将输出端扭矩信号和输出端转速信号传递给整车与轮胎模块；
所述整车与轮胎模块用于接收减速器模块传递的扭矩信号和转速信号，计算出行驶阻力、驱动力矩、轮端转速、车行驶里程以及实时车速，将轮端转速反馈给减速器模块，将实时车速反馈给驾驶员模块，将行驶里程反馈给地形模块；
所述地形模块将行驶里程对应的坡度信号反馈给整车与轮胎模块。
必要时，该性能评估模块还用于基于整车行驶仿真获得的行驶参数，进行数据处理，并生成仿真报告。
本申请实施例中，通过配置文件定义整车上各个零部件的参数，并且同时存储多种车型应用的参数，参数能够实时进行更改，在仿真过程中根据选择的参数进行模拟计算，以满足不同工况的整车性能仿真测试需求。
本申请实施例通过提供一种基于Matlab/Simulink平台搭建的纯电动汽车多工况下整车性能仿真平台，具有结构精简，逻辑清晰，求解速度快等优点；
本申请实施例的性能仿真平台其内部模型是一种开源的Simulink模型，具有可编辑性与修改，适用于多种车型架构；
操作界面相对友好，工程人员经过简单的培训即刻进行多种工况下不同车型的性能仿真计算；
自动生成报告功能有效的将数据处理和标准化报告生成结合，极大的提升了项目开发效率；
保证了计算过程的稳定性和可靠性，避免了手动建模与手动输入参数引起的计算误差；
输入参数以及工况较为全面，并与实车测试进行对比标定，对工程开发有实际指导作用。
具体的，所述驾驶工况包括动力性工况、经济性工况、耐久工况以及热仿真工况；
所述动力性工况包括全油门加速工况、爬坡工况以及极限车速工况；
所述经济性工况包括NEDC工况以及WLTC工况；
所述耐久工况包括城市工况、郊区工况、乡村工况以及高速工况；
所述热仿真工况包括起步工况、拥堵工况、爬坡工况以及超高速工况。
具体的，所述性能评估模块用于监控获得实时车速、油门开度、挡位信息、电机转速、电机扭矩以及电池的SOC值、轮端扭矩和轮端转速，构建对应的性能曲线。
具体的，所述仿真模拟模块基于Matlab/Simulink环境中建立的仿真模型，进行整车行驶仿真。
进一步的，如说明书附图的图5所示，该图为纯电动汽车多工况下整车性能仿真装置的操作界面，
基于说明书附图的图5可知，操作界面至少包括参数输入、减速箱结构选项、驱动模式选项、仿真选项以及报告生成选项；
还包括运行信息展示窗口、日期信息显示窗口以及实时数据监控窗口。
需要说明的是，该装置的工作原理、技术手段、解决的技术问题以及获得的技术效果，与第一方面提及的纯电动汽车多工况下整车性能仿真方法的工作原理类似。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”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，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的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申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种纯电动汽车多工况下整车性能仿真方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
设定整车文件、电机文件、减速器文件、电池文件以及驾驶员文件；
选定驾驶工况，基于所述整车文件、所述电机文件、所述减速器文件、所述电池文件以及所述驾驶员文件进行整车行驶仿真；
获得所述整车行驶仿真获得的行驶参数，进行整车性能评估；其中，
所述整车文件包括满载质量、空载质量、轴距、驱动模式、前后轴载荷分布、质心高度、半轴刚度及阻尼、轮胎半径、轮胎转动惯量、轮胎滚动摩擦系数、轮胎滑动摩擦系数以及迎风面积；
所述减速器文件包括各挡位速比、各级齿轮转动惯量以及各级齿轮传动效率；
所述电机文件包括电机外特性曲线、电机峰值扭矩、电机额定扭矩、电机最大转速、电机效率曲线、电机转子转动惯量以及电机能量回收策略；
所述电池文件包括电池容量、电池电动势、电池内阻以及电池SOC特性曲线；
所述驾驶员文件包括油门踏板响应速度以及刹车踏板响应速度。
2.如权利要求1所述的纯电动汽车多工况下整车性能仿真方法，其特征在于：
所述驾驶工况包括动力性工况、经济性工况、耐久工况以及热仿真工况；
所述动力性工况包括全油门加速工况、爬坡工况以及极限车速工况；
所述经济性工况包括NEDC工况以及WLTC工况；
所述耐久工况包括城市工况、郊区工况、乡村工况以及高速工况；
所述热仿真工况包括起步工况、拥堵工况、爬坡工况以及超高速工况。
3.如权利要求1所述的纯电动汽车多工况下整车性能仿真方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
设定地形文件；
选定驾驶工况，基于所述整车文件、所述电机文件、所述减速器文件、所述电池文件、所述驾驶员文件以及所述地形文件，进行整车行驶仿真。
4.如权利要求3所述的纯电动汽车多工况下整车性能仿真方法，其特征在于，进行整车行驶仿真中，所述方法还包括以下步骤：
根据所述整车行驶仿真对应的行驶里程以及所述地形文件，获得对应的坡度信息和弯道信息；
基于所述坡度信息和弯道信息进行整车行驶仿真。
5.如权利要求1所述的纯电动汽车多工况下整车性能仿真方法，其特征在于，获得所述整车行驶仿真获得的行驶参数，进行整车性能评估中，包括以下步骤：
监控获得实时车速、油门开度、挡位信息、电机转速、电机扭矩以及电池的SOC值、轮端扭矩和轮端转速，构建对应的性能曲线。
6.一种纯电动汽车多工况下整车性能仿真装置，其特征在于，所述仿真装置包括：
参数设定模块，其用于设定整车文件、电机文件、减速器文件、电池文件、驾驶员文件、地形文件以及工况文件；
仿真模拟模块，其用于基于所述整车文件、所述电机文件、所述减速器文件、所述电池文件、所述驾驶员文件、所述地形文件以及所述工况文件进行整车行驶仿真；
性能评估模块，其用于获得所述整车行驶仿真获得的行驶参数，进行整车性能评估；其中，
所述整车文件包括满载质量、空载质量、轴距、驱动模式、前后轴载荷分布、质心高度、半轴刚度及阻尼、轮胎半径、轮胎转动惯量、轮胎滚动摩擦系数、轮胎滑动摩擦系数以及迎风面积；
所述减速器文件包括各挡位速比、各级齿轮转动惯量以及各级齿轮传动效率；
所述电机文件包括电机外特性曲线、电机峰值扭矩、电机额定扭矩、电机最大转速、电机效率曲线、电机转子转动惯量以及电机能量回收策略；
所述电池文件包括电池容量、电池电动势、电池内阻以及电池SOC特性曲线；
所述驾驶员文件包括油门踏板响应速度以及刹车踏板响应速度。
7.如权利要求6所述的纯电动汽车多工况下整车性能仿真装置，其特征在于，所述仿真模拟模块包括工况模块、驾驶员模块、电机控制模块、电机模块、减速器控制模块、减速器模块、电池模块、整车与轮胎模块以及地形模块；
工况模块，其基于所述工况文件，进行对应的工况环境模拟，提供对应的需求车速；
地形模块，其基于所述地形文件，进行对应的地形环境模拟，提供对应的坡度信息；
所述电机控制模块用于接收所述驾驶员模块的踏板信号，接收所述电池模块、所述电机模块、所述减速器模块的状态反馈信号，接收所述整车与轮胎模块的实时车速，并计算获得需求功率、需求扭矩、电池充放电功率、能量回馈扭矩、机械制动扭矩以及整车行驶阻力大小，将各控制信号分别输出至整车模块、电池模块、电机模块以及减速器模块；
所述驾驶员模块用于接收所述工况模块发出的需求车速和所述整车与轮胎模块反馈的实时车速进行比较计算，通过PI控制获得油门踏板与制动踏板的信号，将油门踏板信号输出至电机控制模块，将制动踏板信号输出至整车与轮胎模块；
所述电池模块用于接收电机模块发出的充放电功率，计算出电池系统的能量损耗情况、SOC值以及当前电压；
所述电机控制模块用于接收驾驶员模块发出的油门踏板信号与刹车踏板信号，接收电机模块发送的扭矩信号，计算出电机模块工作所需的扭矩以及制动能量回收指令，将油门踏板信号和车速信号反馈给减速器控制模块用于计算减速器的需求挡位；
所述电机模块用于接收电机控制模块发出的需求扭矩，接收电池模块传递的SOC值，接收减速器模块反馈的转速信号，计算出电机系统的损失扭矩、电机扭矩、工作电流以及电机转速，将电机功率反馈给电池模块，将电机状态对应的信号反馈给电机控制模块，将电机扭矩信号和电机转速发送给减速器模块；
所述减速器模块用于接收电机模块发出的电机扭矩与电机转速，接收减速器控制器模块发送的需求挡位信号，计算出经过减速器减速增扭后的输出扭矩与输出转速，将减速器输入端的转速信号反馈给电机模块，将减速器的实际挡位状态信号反馈给减速器控制模块，将输出端扭矩信号和输出端转速信号传递给整车与轮胎模块；
所述整车与轮胎模块用于接收减速器模块传递的扭矩信号和转速信号，计算出行驶阻力、驱动力矩、轮端转速、车行驶里程以及实时车速，将轮端转速反馈给减速器模块，将实时车速反馈给驾驶员模块，将行驶里程反馈给地形模块；
所述地形模块将行驶里程对应的坡度信号反馈给整车与轮胎模块。
8.如权利要求6所述的纯电动汽车多工况下整车性能仿真装置，其特征在于：
所述驾驶工况包括动力性工况、经济性工况、耐久工况以及热仿真工况；
所述动力性工况包括全油门加速工况、爬坡工况以及极限车速工况；
所述经济性工况包括NEDC工况以及WLTC工况；
所述耐久工况包括城市工况、郊区工况、乡村工况以及高速工况；
所述热仿真工况包括起步工况、拥堵工况、爬坡工况以及超高速工况。
9.如权利要求6所述的纯电动汽车多工况下整车性能仿真装置，其特征在于：
所述性能评估模块用于监控获得实时车速、油门开度、挡位信息、电机转速、电机扭矩以及电池的SOC值、轮端扭矩和轮端转速，构建对应的性能曲线。
10.如权利要求6所述的纯电动汽车多工况下整车性能仿真装置，其特征在于：
所述仿真模拟模块基于Matlab/Simulink环境中建立的仿真模型，进行整车行驶仿真。
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|---|---|---|---|---|
| CN114486245A (zh) * | 2022-03-31 | 2022-05-13 | 东风汽车集团股份有限公司 | 一种试验方法、装置、设备及存储介质 |
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