电动汽车建模与仿真的研究
合肥工业大学
博士后学位论文
电动汽车建模与仿真的研究
姓名：张翔
申请学位级别：博士后
专业：机械工程
指导教师：赵韩
20041001
台目巴工业人学博：Ｌ后甜ｆ究Ｌｎ：报告
摘要
报告主要介绍了电动汽车建模与仿真的研究工作，该课题属于中国“十五”期间国家高技术研究发展计划（“８６３”计划）混合动力轿车课题的子项目“混合动力轿车研究与开发”（课题编号：２００２ＡＡ５０１３１０），由上汽集团奇瑞汽车有限公司和合肥工业大学共同承担，它可以缩短电动汽车的设计周期，降低研制费用，提高汽车的性能。
本文首先在深入分析与比较的国内外的电动汽车仿真软件进行基础｝，总结出了电动汽车仿真软件的特点与发展趋势，并结合电动汽车仿真应用的一些典型范例，给出了奇瑞混合动力轿车的仿真方案。接着对两个电动汽车仿真软件进行了深入地研究。１、美国Ａｒｇｏｎｎｅ国家实验室开发的ＰＳＡＴ软件。在介绍ＰＳＡＴ的系统功能的基础上，分析了它的前向仿真方法和仿真模型，最后对日本丰田汽车公司的混合动力轿车Ｐｒｉｕｓ进行了仿真分析。２、美国可再生能源实验室ＮＲＥＬ开发的ＡＤＶＩＳＯＲ软件。在介绍ＡＤＶＩＳＯＲ的系统功能的基础上，分析了它的混合仿真方法和仿真模型，并介绍ＡＤＶＩＳＯＲ的系统结构和数据流程。在以上工作的基础上，本文应用ＡＤＶＩＳＯＲ软件对奇瑞混合动力轿车进行了建模与仿真。这一部分首先介绍了奇瑞混合动力轿车的结构与功能，然后以ＡＤＶＩＳＯＲ为仿真平台建立了总体仿真模型，并重点对控制策略模型进行了分析，最后定义了车辆的仿真数据，给出了轿车在多种情况下的仿真结果，并分析轿车重量等参数对车辆性能的影响。此外本文介绍了电动汽车优化技术的研究。这一部分首先给出了电动汽车的优化设计问题的描述，然后分析了ＡＤＶＩＳＯＲ软件中电动汽车优化设计的工作原理，并介绍了常用的优化软件及其与ＡＤＶＩＳＯＲ软件的数据接口，给出了电动汽车优化设计问题的解决方案。最后报告对全文的工作进行了总结，提出了今后的工作方向。
ＡＤＶＩＳＯＲ软件是在Ｍａｒｌａ铲和Ｓｉｍｕｌｉｎｋ＠软件环境下丌发的可免费下载的仿真软件，其全部的程序和仿真模型均对用户开放。在此基础上，作者对ＡＤＶ｛ＳＯＲ软件的全部程序和仿真模型进行了深入地剖析，著对涉及电动汽车关键设备的程序和仿真模型进行了二次开发。这项工作为奇瑞汽车有限公司成功研制出混合动力样车提供了参考。
关键词：电动汽车，混合动力汽车，仿真，建模
合肥工业大学博士后研究工作报告
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｔｈｉｓｒｅｐｏｒｔｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅ，ｗｈｉｃｈｓｅｒｖｅｓｆｏｒｔｈｅＲ＆ＤｏｆＣｈｅｒｙｈｙｂｒｉｄｅｌｅｃｔｒｉｃｃａｒｉｎＣｈｉｎａＴｈｉｓｐｒｏｊｅｃｔｉＳｏｎｅｐａｒｔｏｆＰｒｏｊｅｃｔｏｆＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＣａｒ，ｗｈｉｃｈｉＳｔｈｅＣｈｉｎａＮａｔｉｏｎａｌ
ＨｉｇｈＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＰｒｏｇｒａｍｏｆＣｈｉｎａ（８６３Ｐｒｏｇｒａｍ）ｉｎｔｈｅＴｅｎｔｈＦｉｖｅ—ＹｊａｒＰｌａｎＰｅｒｉｏｄａｎｄｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂｙｔｈｅｉｏｉｎｔｓｏｆＳＡＩＣＣｈｅｒｙ
ＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＣｏ，ＬｔｄａｎｄＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｉｔｃａｎｓｈｏｒｔｅｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｃｙｃｌｅｔｉｍｅｏｆｈｖｂｒｉｄｅｌｅｃｔｒｉｃｃａｒ，ｒｅｄｕｃｅｔｈｅｃｏｓｔｏｆＲ＆Ｄａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｙｅｈｉｃｌｅ
ＴｈｉｓＰａｏｅｒｆｉｒｓｔｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｏｄａｙ’Ｓｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｂａｓｅｄｏｎａｎａｌｙｚｉｎｇｄｅｅｐｌｙｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｐｌａｔｆｏｒｍ，ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｔｏｏｌｓａｎｄｓｙｓｔｅｍｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅｉｎｔｈｅｗｏｒｌｄ．ｔｈｉｓＰａＤｅｒｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｆｏｒｔｈｅｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅＩｎｔｈｅｅｎｄ、ｔｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＣｈｅｒｙｈｙｂｒｉｄｅｌｅｃｔｒｉｃｃａｒａｒｅｇｉｖｅｎ．
ＴｈｅｎｅｘｔｐａｒｔｉＳｔｈｅｓｔｕｄｙａｂｏｕｔｔｗｏｐｏｐｕｌａｒｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｌ，ｗａｒｅｓＴｈｅｏｎｅｉｓＰＳＡＴｓｏｆｔｗａｒｅ、ｗｈｉｃｈｉＳｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂｙＡｒｇｏｎｎｅＮａｔｉｏｎａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙｉｎＵＳＢａｓｅｄｏｎｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｕｎｏｔｉｏｎｓｏｆＰＳＡＴ，ｔｈｉｓｒｅｌ０｝ｏｆｔａｎａｌｙｓｅｓｆｏｒｗａｒｄ—ｆａｃｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｐｐｒｏａｃｈａｎｄｍｏｄｅＩｉｎＰＳＡＴａｎｄｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＰｒｉｕｓｗｈｉｃｈｉＳａｈｙｂｒｉｄｅｌｅｃｔｒｉｃｃａｒｏｆＩａｐａｎＴｏｙｏｔａｃｏｍｐａｎｙ．ＩｔｉｎｃｌｕｄｅｓａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｐｏｗｅｒｔｒａｉｎｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆＰｒｉｕｓ，ｐｒｏｖｉｄｉｎｇｔｅｃｈｎｉｃａｌｄａｔａａｂｏｕｔｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅ．ｅｎｇｉｎｅ，ｍｏｔｏｒａｎｄｂａｔｔｅｒｙｉｎｔｈｅＰｒｉｕｓＩｎｔｈｅｅｎｄ，ｔｈｅＰｒｉｕｓ’ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｎｄａｎａｌｙｚｉｎｇａｒｅｇｉｖｅｎｗｈｉｃｈｉｎｃｌｕｄｅｖｅｈｉｃｌｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｗｏｒｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆＦｌＩＤＳｄｒｉｖｅｃｙｃｌｅＴｈｅｏｔｈｅｒｉＳＡＤＶＩＳＯＲｓｏｆｔｗａｒｅ，ｗｈｉｃｈｉＳｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＲｅｎｅｗａｂｌｅＥｎｅｒｇｙ
ＬａｂｏｒａｔｏｒｙｉｎＵＳＢａｓｅｄｏｎｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆＡＤⅥＳ０＆ｔｈｉｓｒｅｐｏｒｔａｎａｌｙｓｅｓｈｙｂｒｉｄｂａｃｋｗａｒｄ／ｆｏｒｗａｒｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｐｐｒｏａｃｈａｎｄｍｏｄｅｌａｎｄｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｄａｔａｆｌｏｗｉｎＡＤⅥＳＯＲ
ＴｈｅｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅＲ＆ＤｗｏｒｋｓａｂｏｕｔｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｃｈｅｒｙｈｙｂｒｉｄｅｌｅｃｔｒｉｃｃａｒｂｙＡＤⅥＳｏＲ．ＢｅｃａｕｓｅｔｈａｔｔｈｉｓｈｙｂｒｉｄｅｌｅｃｔｒｉｃｃａｒｈａｓｔｈｅｓａｍｅｄｒｉｖｅｔｒａｉｎｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎａｓＪａｐａｎＨｏｎｄａ’ＳｈｙｂｒｉｄｅｌｅｃｔｒｉｃｃａｒＩｎｓｉｇｈｔ．ａｓｏｌｕｔｉｏｎｊＳｐｒｏｖｉｄｅｄｔｈａｔａｎｅｗｃａｒｍｏｄｅｌｉＳｄｅｓｉｇｎｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆＩｎｓｉｇｈｔｉｎＡＤⅥＳＯＲＩｎｔｈｉｓｗａｙ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｉｇｎｓａｎｅｗｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇＹａｎｄｍｏｄｉｆｉｅｓｔｈｅｖａｌｕｅｏｆｓｏｍｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｍｏｄｅｌｏｆＩｎｓｉｇｈｔ，ｔｈｅｎｇｉｖｅｓｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｗｏｒｋｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｅｆｆｅｃｔｔｈａｔｓｏｍｅｖａｒｉａｂｌｅｓｌｉｋｅｓｖｅｈｉｃｌｅｇｒａｖｉｔｙｈａｖｅｏｎｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅ．
Ｆｕｒｔｈｅｒｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｈｉｃｈｉｎｃｌｕｄｅｓｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｓｉｚｅｓｉｎｄｒｉｖｅｔｒａｉｎａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙ．ＦｉｒｓｔｌｙｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｆｏｒｔｈｏｓｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｓａｒｅｇｉｖｅｎＴｈｅｎｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｓｅｓｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔｏｆｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｉｎＡＤＶＩＳＯＲＴｈｅｓｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｃｌｕｄｅｈｏｗｔｏｉｎｖｏｋｅｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｉｎＡＤＶＩＳＯ＆ｈｏｗ
Ｕ
台肥Ｔ业Ｊ、学悼ｌｊ后删宄Ｔ作报告
ｔｏｄｅｖｅｌｏｐｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅｂｙｙｏｕｒｓｅｌｆａｎｄｈｏｗｔｏｕｓｅＡＤＶＩＳＯＲ’ｓＣＯ—ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｉｎｔｈｅｅｎｄ．ｓｏｍｅｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓａｒｅｇｉｖｅｎｆｏｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｏｒＡＤＶＩＳＯＲ．
Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｏｆｔｈｉｓｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎｉｓｇｉｖｅｎａｎｄｓｏｍｅｒｅｌａｔｅｄｉｓｓｕｅｓａｎｄｆｕｔｕｒｅｗｏｒｋｉｎｔｌｌｉｓａｒｅａａｒｅａｌＳＯａｄｄｒｅｓｓｅｄ．
ＡＤＶＩＳＯＲｈａｓｂｅｅｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄｏｎｔｈｅＭＡＴＬＡＢａｎｄＳｉｍｕｌｉｎｋ．ｗｈｉｃｈｃａｌｌｂｅｄｏｗｎｌｏａｄｅｄｆｒｅｅｌｙｏｎｉｎｔｅｍｅｔ．Ａ１１ｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｓａｎｄｍｏｄｅｌｓａｒｅｏｐｅｎｉｎＡＤＶＩＳＯＲｆｏｒｉｔｓｕｓｅｒｓ．ＴｈｉｓｒｅｐｏｒｔａｎａｌｙｚｅｓｄｅｅｐｌｙｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｓａｎｄｍｏｄｅｌｓｉｎＡＤＶＩＳＯＲａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｓｎｅｗｐｒｏｇｒａｍｓａｎｄｍｏｄｅｌｓｆｏｒｃｈｅｒｙｈｙｂｒｉｄｅｌｅｃｔｒｉｃｃａｒ．Ｔｈｉｓｗｏｒｋｃａｌｌｇｉｖｅｓｏｍｅｕｓｅｆｕｌｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅａｕｔｏｍｏｔｉｖｅｄｅｓｉｇｎｅｒ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｉＣｖｅｈｉｃｌｅ，ｈｙｂｒｉｄｅｌｅｃｔｒｉＣｖｅｈｉＣｌｅ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｎｇ
ＩＩＩ
合日匕工业人学博ｔ：店研究工作报告
第一章电动汽车仿真研究概述
【本章摘要】本章在分析国内外电动汽车仿真软件的系统功能的基础上，对当代
电动汽车仿真软件的特点和发展趋势进行了总结，在此基础上，给出仿真奇瑞混
合动力轿车的技术方案，晟后介绍了全文的研究内容与章节分布。
１．１前言
当前全球面临着能源短缺的危机，并且大气污染也是急待解决的难题。这两大问题直
接威胁着传统交通工具——内燃机汽车的可持续发展。而以电动汽车Ｕ－５１为代表的代用燃料
汽车是人类解决这一危机的主要途径。在此形势下，世界各国的汽车制造商都投入了大量资
金开发电动汽车。仿真技术在电动汽车的设计中具有关键的作用，它可以缩短设计周期，降
低研制费用，提高汽车的性能。因此世界上许多汽车制造商与研究机构都投入大量的人力象ｌ
资金来从事该项技术的研究。本章将对这一领域的进展进行分析。
１．２课题来源
本课题属于国家高技术研究发展计划（“８６３”计划）混合动力轿车课题的子项目“混合动力轿车研究与开发”ｍ’（课题编号：２００２ＡＡ５０１３１０），由上汽集团奇瑞汽车有限公司
和舍肥二【＿＿＿业大学共同承担，计划研制出一种具有自主知识产权，耗油量低，排气污染小，续驶里程长，价格低廉的中级家用混合动力轿车，提供完整的试车报告、国家产品形式认证、
报告、产品开发价格分析和经营计划，以及批量产品生产规划，实现产业化，来缩小与国际汽车工业的差距。混合动力轿车的车型平台选择既有自主知识产权，又有广阔市场前景的上汽奇瑞ＳＱＲ轿车。该车型达到９０年代末国际先进水平，具有优良的性能价格比，是目前奇瑞公司的主力午型，该车型的生产能力为１０万辆，年。
１．３电动汽车仿真软件的分析
国外早在上世纪七十年代，美国、日本、英国和法国等国家都研制出多种电动汽车仿真软件，它们中大多数软件由于功能单一，仿真效果著，已经被淘汰。本文将近十年内主要的电动汽车仿真软件的基本情况介绍与对比如下”。”（见表１一ｌ和表１—２，其中空向栏表示资料不全。在表１—２的车型栏中，ＣＶ表示传统内燃机汽车，ＥＶ表示纯电动汽车，ＨＥＶ表示混合动力汽车，ＳＨＥＶ表示串联混合动力汽车，ＰＨＥＶ表示并联混合动力汽车，ＦＣＶ表示燃料电池汽车），这些软件除香港大学研制的ＥＶＳＩＭ［５１外，其它都是美国的大学、研究机构和公司研制的软件。目前国内已经有少数大学和研究机构在进行电动汽车仿真的研究，并且开发了一些仿真程序，但是功能单一，尚没有成熟的国产商品化软件出现”￥】。随着我国“十五”电动汽车重大专项的启动，我国将在这一领域加大研究投入。
表ｌ—ｔ电动汽车仿真软件的基本情况表
ｌ软件名称ｌ开发单位ｌ系统平台ｌ开发软件１年代１｛ＳＩＭＰＬＥＶ３，０（ＡＳｉｍｐｌｅＥｌｅｃｔｒｉｃｌＩｄａｈｏ国家工程实验室｛ＤＯＳ』ＱＢａｓｉｃｌｉ９９５ｆ
台肥工业大学博士后研究工作报告
ＶｅｈｉｃｌｅＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＰｒｏｇｒａｍ）
ＣａｒＳｉｍ２５．４ＡｅｒｏＶｉｒｏｎｍｅｎｔ公司Ａｐｐｌｅ１９９５
Ｍｕｅｈｉｎｔｏｓｈ
ＨＶＥＣ（ＡＨｙｂｒｉｄＶｅｈｉｃｌｅＬａｗｒｆｅｎｅｅＬｉｖｅｒｍｏｒｅ国１９９５
ＥｖａｌｕａｔｉｏｎＣｏｄｅ）家实验室
ＣＳＭＨＥＶＣｏｌｏｒａｄｏ矿业学校ＷｉｎｄｏｗｓＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ１９９６
Ｖ－ＥＩｐｈ｛ＶｅｒｓａｔｉｌｅＴｅｘａｓＡ＆Ｍ大学ＷｉｎｄｏｗｓＭＡｒＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ１９９７
Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ—ＰｅａｋｉｎｇＨｙｂｒｉｄ）
ＭＡＲＶＥＬＡｒｇｏｎｎｅ国家实验室ＩＢＭＰＣＰＬ／１
ＡＤＶＩＳＯＲ２００２［８１１可再生能源实验室ＷｉｎｄｏｗｓＭＡＴＬＡＢｌＳｉｍｕｌｉｎｋ２００２
ＰＳＡ］’５Ｉ【１０”］Ａｒｇｏｎｎｅ国家实验室ＷｉｎｄｏｗｓＭＡｎ。ＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ２００３
ＨＥＶＳｉｍｔｌ２ＪＯｐａｌ－ＲＴ技术公司ＷｉｎｄｏｗｓＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ２００３
ＥＶＳＩＭ香港大学ＷｉｎｄｏｗｓＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ２００２
表ｌ一２电动汽车仿真软件的功能分析表
软件名称仿真车型功能特色开放性和通用性ＧＵＩ仿真
界面效果
ＳＩＭＰＬＥＶＣＶ，ＥＶＳＨＥ、‘ＰＨＥＶ可以定义部件模型的参在源代码中修改交互好
３０数，选择道路循环，以翻控制方法很困难。式菜
轿车、客车和货车表的形式报告仿真结果。单界
面。
ＣａｒＳｉｍ２５４与ＳＩＭＰＬＥＶ相倒
ＨＶＥＣＥＶＳＨＥＶ设计了燃料电池、飞轮、结构固定，柔性菜单
氢燃料和压缩天然气等界面
上面软件不具有的模型。
ＣＳＭ｝ＩＥＶＨＥＶ具有上面软件不具有的易于改变模型结友好差
参数分析功能。构。
Ｖ－ＥｌｐｈＥＶＳＨＥＶ，ＰＨＥＶ易于改变车辆的配置：可易于改变部件、燃
视化的模型；模型之间采料和控％ｑ方法的
用标准的数据流通讯。类型。
ＭＡＲＶＥＬＣ”ＥＶＨＥＶ具有精确的电池模型和
优化设计功能。
ＡＤＶＩＳＯＲＣＶ，ＥＶ，ＳＨＥ《ＰＩｌＥＶＦＣＶ模型较完善，功能多，采易于改变模型和友好好
２００２；轿车、客车和货车用后向仿真方法。控制方法
ＰＳＡＴ５．１ＣＶ，ＥＶ，ＳＨＥＶＰＨＥｖ，ＦＣＶ模型较完善，功能多，采易于改变模型和友好好：轿车、客车和货车用前向仿真算法。具有实控制方法
时仿真和快速原型功能。
ＨＥＶＳｉｍＨＥＶ具有实时仿真和快速原对软、硬件具有开好
型功能，虚拟现实的模型放和可扩展的结
设计方式。构
ＥＶＳＩＭ轿车、客车和货车综台了软、硬件的可视化交互
环境，具有设计和优化功式菜
能．智能的虚拟现实系单界
统。面。
１．４电动汽车仿真软件的特点
在分析以上软件的基础上，本文总结当代电动汽车仿真软件具有如下特点和趋势
１）仿真模型采用模块化的思想设计。按照电动汽车中部件的不同类型，仿真软件分模块设计了发动机、电机及其控制器、电池及其管理系统和控制策略等部件／系统的模
型，并提供标准的输Ａ／输出接口用于各个模块之间的数据通讯。每一部件设计了多
个版本的模型，以适应不同场台的需要。每个版本的模型又根据部件的类型作了分
２
合ｔｌＬＺ业人学博上后｛｛｝『完工作撒告
类，例如发动机有点燃和压燃两种，蓄电池有铅酸电池、镍镉电池等多种分类。在以上模块化模型的基础上，电动汽车仿真软件很容易地按照纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车等类型来配置部件模型，从而设计不同的模板，用户在模板的基础上进行仿真，提高了工作效率。
２１开放仿真模型和源代码。因为电动汽车的仿真涉及机械、电子、化学和能源多个领域，模型复杂且参数多，如果用户不了解模型的原理，就很难调试出合理的仿真结果。有时为仿真某一特殊部件，用户还需要修改模型来适应仿真的需要。开放源代码后，用户可以按照自己的需要设计软件的ＧＵＩ（ＧｒａｐｈｉｃＵｓｅｒＩｎｔｅｒｆａｃｅ，图形用户界面）界面，将软件的语言本地化，从而加速了电动汽车的仿真软件成为标准化仿真平台的过程。
３）与其它多种软件进行联合仿真。电动汽车的仿真涉及建立机械、电子等多个领域的模型，工作量大，难以作到十全十美。这样借用其它软件现有的仿真功能，与其进行联合仿真，是完善电动汽车仿真软件功能的有效途径。ＡＤＶＩＳＯＲ软件的共同仿真（Ｃｏ．ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）功能就是一个成功范例，它的开放性仿真模型和标准的数据接口，提供了与优化、电子等多种软件的共同仿真功能，使ＡＤＶＩＳＯＲ具有车辆部件优化设计、控制策略优化等许多特殊功能。
４）通常电动汽车的仿真方法分为前向方法（Ｆｏｒｗａｒｄ．ｆａｃｉｎｇａｐｐｒｏａｃｈ）和后向方法（Ｂａｃｋｗａｒｄ．ｆａｃｉｎｇａｐｐｒｏａｃｈ）两种【ｌ…。其中前向方法的部件模型之间的联系更加接近于车辆的实际情况。这种算法比后向仿真方法的计算结果更准确，但是计算量大，速度通常要比采用后向仿真方法的软件要慢。也有软件采用前向方法与后向方法相结台的仿真镱略，例如ＡＤＶＩＳＯＲ是以后向方法为主，前向方法为辅的混合仿真方法。这种方法的仿真计算量较小，同时也保证了仿真结果的精度。
５）电动汽车仿真软件的仿真模型采用动态模型、稳态模型、准稳态（Ｑｕａｓｉ－ｓｔａｔｉｃ）模型和经验数据与实验图表相结合的设计簧略。由于电动汽车仿真是一种对汽车中众多部件的综合性能的仿真，设计到多个领域，有些部件的工作特性尚未完全明了，因此不可能用～种建模方式来设计整个系统的模型。通常用动态模型来仿真对动态响应过程要求较高的部件的工作特性，对那些工作原理还不清楚的部件（例如蓄电池），可以采用经验数据与实验图表相结合的建模方法。
６１智能化辅助设计功能。现代电动汽车仿真软件除了完成常规的输入道路循环和输出性能仿真结果的功能外，还增加了不少智能化辅助设计功能，帮助１二程师确定昂优的车辆设计参数。例如：１、在设定车辆性能参数值后，计算电动汽车的动力源（包括发动机和电动机）的最小功率配置；２、对控制策略的控制参数进行优化，使电动汽车能发挥出最佳的性能；３、参数研究功能。用三维可视化的图形方法分析一组参数对电动汽车的性能影响情况。这些功能可以最大化地发挥电动汽车的性能。７）选择Ｗｉｎｄｏｗｓ环境的ＭＡＴＬＡＢＩｌ５＿“１软件作为仿真平台。这是因为Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统上软件资源丰富，ＭＡＴＬＡＢ软件中有大量的数值计算程序和专业仿真工具。
所以选择Ｗｉｎｄｏｗｓ＋ＭＡＴＬＡＢ平台来设计和计算仿真模型可以减少工作量，提高开发起点。这种配置是当前开发电动汽车仿真软件的首选平台。
８）硬件在回路的实时仿真和快速原型功能ＩＩ””Ｊ。完成纯数值计算的仿真是电动汽车仿真软件的基本功能。现在已经出现了一些新的电动汽车仿真软件，它们具有硬件在回路（Ｈａｒｗａｒｅ．ｉｎ．ｔｈｅ．１００ｐ，简称ＨＩＬ）的实时仿真功能，可以实现仿真模型与汽车实验台之间的实时数据通讯，采集汽车实验台的实验数据，完成仿真数据与实验数据的比较等功能。这种功能现在已经发展为快速原型（ＲａｐｉｄＰｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）方法，
舍肥＿Ｔ业大学博士后研究工作报告
它可以用仿真模型代替样车中的某一真实部件，与汽车实验台进行联合调试，来实现快速开发产品的目的。
９）虚拟现实““。该功能也是现代电动汽车仿真软件的一大特色。它可以在屏幕上绘制出真实的汽车控制面板和内部部件的图形，使用户有一种身临其境的感觉．帮助用
户更易于学习软件的操作和观察仿真结果。虚拟现实将会成为未来仿真技术中的与
用户交互的主要手段。
１０）采用标准的Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统的ＧＵＩ界面。通常电动汽车仿真涉及部件数量多，种类繁杂。每一部件通常有许多参数和特性曲线图，而且仿真结果也包括大量的图
表，要在有限的电脑屏幕上有效地管理这些数据是一个难题，而Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统
的ＧｕＩ界面能很好地实现这一功能，它具有操作简单，易于学习的特点。
１．５本文工作简介
第一章对国内外的电动汽车仿真软件的分析与总结。比较了当前国内外流行的电动汽车仿真软件，总结出了电动汽车仿真软件的特点与发展趋势。
第二章电动汽车仿真软件ＰＳＡＴ的分析与应用。在介绍ＰＳＡＴ的系统功能的基础上，分析了它的前向仿真方法和仿真模型，最后对日本丰往ｊ汽车公司的混合动力轿车Ｐｒｉｕｓ进行了仿真分析。
第三章电动汽车仿真软件ＡＤＶＩＳＯＲ的分析与应用。在介绍ＡＤＶＩＳＯＲ的系统功能的基础上，分析了它的前向仿真方法和仿真模型，并介绍了ＡＤＶＩＳＯＲ的系统结构和数据流程。
第四章混合动力轿车的建模与仿真。首先介绑了奇瑞混合动力轿车的结构与功能，然后以ＡＤＶＩＳＯＲ为仿真平台建立了仿真模型，并重点对控制策略模型进行了分析。晟后定义了车辆的仿真数据，给出了仿真结果，进行了参数分析。
第五章电动汽车优化技术的研究。首先给出了电动汽车的优化设计问题的描述，然后分析了ＡＤＶＩＳＯＲ软件中电动汽车优化设计的工作原理，并介绍了常用的优化软件及其与
ＡＤＶＩＳＯＲ软件的数据接口，最后给出了电动汽车优化设计问题的解决方案。
第六章对全文的工作进行了总结，提出了今后的ｊ二作方向。
１。６本章小结
本章首先列举了当前世界上主要的电动汽车仿真软件，进一步对他们的软件平台、开发Ｔ具、系统功能和仿真效果等方面进行了比较。在此基础上，总结出了电动汽车仿真软件的特点与发展趋势。目前国内外很多公司与科研单位应用ＡＤＶＩＳＯＲ软件开展电动汽车的仿真工作【２８—３０】，它是目前众多电动汽车仿真软件中，功能比较完善，计算相对准确的软件，因此本文采用电动汽车仿真软件ＡＤＶＩＳＯＲ开展对奇瑞混合动力轿车的建模与仿真工作。
台肥工业人学博士后研，‘Ｌ作报告
第二章电动汽车仿真软件ＰＳＡＴ的分析与应用
【本章摘要】本章首先介绍了电动汽车仿真软件ＰＳＡＴ的系统功能，接着介
绍了ＰＳＡＴ软件的仿真步骤，然后分析了它的前向仿真算法和仿真模型，最
后给出了一个具钵使用ＰＳＡＴ软件仿真日本丰田汽车公司的混合动力轿车
Ｐｒｉｕｓ的实例。
２．１前言
为响应美国政府的新一代车辆台作计划（ＰａｒｔｎｅｒｓｈｉｐｆｏｒａＮｅｗＧｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆＶｅｈｉｃｌｅｓ，简称ＰＮＧＶ），美国Ａｒｇｏｎｎｅ国家实验室（ＡｒｇｏｎｎｅＮａｔｉｏｎａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，简称ＡＮＬ）开发了ＰＳＡＴ（ＰＮＧＶＳｙｓｔｅｍＡｎａｌｙｓｉｓＴｏｏｌｋｉｔ，ＰＮＧＶ系统分析工具包）软件【３０３１１０该项目获得了美国福特、通用和戴姆勒．克莱斯勒三大汽车公司的指导和资助。
２．２ＰＳＡＴ软件的系统功能
ＰＳＡＴ具有以Ｆ仿真分析功能：
?选择最好的传动系统来满足用户的性能要求；
?开发高级控制策略并能快速应用到实际车辆的开发中：
●优化汽车系统中各个部件的尺寸和控制策略；
?能方便地集成高级动态模型；
●通过改变部件的参数和道路循环来实现参数研究功能。
?与实验台进行实时数据通讯的功能
ＰＳＡＴ提供了丰富的部件模型库，用户可以选择不同级别的部件模型进行仿真，例如发动机模型有简单模型，仅需用户设鼍ＯＮ／ＯＦＦ参数来运行发动机模型。也有详细模型，需要用户设置燃料流量和空气流量等参数，来满足计算发动机扭矩的需要。
ＰＳＡＴ支持多用户功能，在Ｍａｔｌａｂ。和Ｓｉｍｕｌｉｎｋ。软件环境下开发，可以在网站下载它的试用版本。其最新版本ＰＳＡＴ５．１增加了伴侣原型软件（ｃｏｍｐａｎｉｏｎｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅ）ＰＳＡＴ－ＰＲＯ，它能在实验台上控制任何结构的混合动力汽车的动力系统。ＰＳＡＴ－ＰＲＯ不仅能使用ＰＳＡＴ中的模型以实时方式来控制原型（ｐｒｏｔｏｔｙｐｅｓ，或者称为样车），而且能校正ＰＳＡＴ中的模型。这种测试方法建立在分析仿真数据与实验数据差异的基础上。因为ＰＳＡＴ与ＰＳＡＴ－ＰＲＯ的真正集成，用户能方便地到ＰＳＡＴ中去修改模型，真到仿真数据与实验数据一致。ＰＳＡＴ－ＰＲＯ提供了控制一台功率计（ｄｙｎａｍｏｍｅｔｅｒ）仿真车辆的功能，这样用户可以在原型中，以相同结构和Ｔ况Ｆ测试ＨＥＶ中的某个单一部件，整个过程就象在真实车辆上进行测试一样。
ＰＳＡＴ－ＰＲＯ主要提供了以Ｆ功能：
●实时仿真。车辆部件和车辆模型被分别设置到两个不同的系统中互相通信。在这
种方式下车辆模型就象一个实际系统，必须实时地作出反应。
●硬件在回路。这种仿真功能提供了仿真模型（ＰＳＡＴ）与测试数据（ＰＳＡＴ－ＰＲＯ）的
无缝集成，它易于使用快速原型方法开发和调试系统，采集测试数据，将其与仿
真结果作比较，验证模型的正确性。
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●快速原型。用户可以将系统控制模型集成到车辆控制单元中，这样执行一次测试，
分析结果，调整模型，再执行相同的测试。用这种方法，控制模型可以根据所提
供的测试数据来精确调整。
２．３ＰＳＡＴ软件的仿真步骤
２．３．１定义车辆的结构类型
ＰＳＡＴ提供了两种方式定义车辆的结构类型，一种是ＰＳＡＴ内部保存了包括Ｉｎｓｉｇｈｔ和Ｐｒｉｕｓ在内的１０种商品化电动汽车的数据，用户可以选择合适汽车的数据文件，在此基础上作修改。另一种是ＰＳＡＴ内部保存了多达１３０种类型的电动汽车的结构数据文件，供用户自定义选择。其过程如下：
１）选择仿真的车型：
?传统汽车
●电池电动汽车
●燃料电池汽车
●并联混合动力汽车
●串联混台动力汽车
●混联混合动力汽车
２）选择传动轴的数目
２ｗｄ——一个轮轴传递扭矩到路面。
４ｗｄ——两个轮轴传递扭矩到路面，扭矩由变速箱机械地分配。
２ｘ２ｗｄ——豫个轮轴传递扭矩到路面，第二个轮轴的扭矩由电动机提供。
３）选择主电动机的位置
ｓｔａｒｔｅｒｍｏｔｏｒａｌｔｅｍａｔｏｒ～电动机在离合器或变矩器之前。
ｐｒｅ．ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ——电动机在离合器或交矩器之后，在传动系统之前。
ｐｏｓｔ—ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ——电动机在传动系统之后。
Ｍｏｔｏｒｗｈｅｅｌｓ——电动机直接与车轮连接。
４）选择辅电动机的位置
Ｍｏｔｏｒｗｈｅｅｌｓ——电动机直接与车轮连接。
５）选择传动系统的类型
ｄｍ一～手动变速ａｕ——自动变速ｃｔ一一ｃｖＴ变速
ｐｌａｎｅｔａｒｙ——行星齿轮系统（通常用于混联混合动力汽车）
２．３．２设置车辆的仿真参数
１）选择部件模型的版本和类型
部件模型的仿真建立在两个基础上，一个是ｓｉｍｕｌｉｎｋ的．ｍｄｌ模型文件，另一个是包含有部件参数值的初始化文件。ＰＳＡＴ为每个部件设计了多种版本的模型，以适应不同的应用场台。同时对一些部件进行了分类，例如发动机分为点燃发动机和压燃发动机两类。用户必
６
台肥工业大学博上后讲冗Ｉ作搬告
颁定义部件模型的版本和类型后，才能选择初始化文件，设置部件参数值和绘制部件特性图的工作。
２）按照比例（ｓｃａｌｅ）计算初始化文件
该功能主要用于优化研究中。因为在优化前用户没有对应于新部件的数据，所以必须选择一个已经存在的某部件的初始化文件的数据作为基础，比例计算出新部件的数据。不同部件的比例计算必须选择不同的参数作为比例因子，例如发动机、电动机和发电机是基于效率和功率进行比例计算的，发动机也能基于缸径和行程进行比例计算。
３）保存用户定义的车辆
完成上面步骤后，用户可以对不符合要求的部件参数值进行修改，并将结果写入到ＭＡＴＬＡＢ的工作空间中。用户可以将以上定义好的车辆结构数据以ＭＡＴＬＡＢ的Ｍ文件的格式保存起来，这样下次仿真时，只要简单地打开已保存的文件就可以继续工作。不用每次都设置以上参数。
２．３．３设计控制策略
ＰＳＡＴ的控制策略由以下四部分组成：
?驱动策略——当驾驶员请求车轮的扭矩为正时，即当车辆以加速或恒定速度行驶时，该策略控制传动系统的动力源去满足车轮对功率和扭矩的需要；
●制动策略——当驾驶员请求车轮的扭矩为负时，即当车辆制动时，该策略起作用：
?换挡策略——该策略在整个道路循环过程中都起作用，它决定传动比；
?动态策略——该策略在整个道路循环过程中都起作用，它控制离合器与换挡机构啮合，以及连接变矩器的时间。
定义完车辆的特性后，用户需要定义驱动策略、制动策略和换挡策略。动态策略是依赖与传动系统的类型，用户不允许修改。可以通过ＧＵＩ界面选择控制策略的类型和参数值。ＰＳＡＴ提供了性能策略（ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｔｒａｔｅｇｙ）功能，允许传动系统的部件提供最大的扭矩为单一控制策略作能源消耗和性能测试。对于同一传动系统，可以在相同的工况下，修改控制策略的类型和相关变量，来获得不同的仿真结果，从而来比较不同控制策略的效率。
２．３．４选择仿真类型
ＰＳＡＴ提供了以下六种仿真类型。
?运行单一的道路循环（ｄｒｉｖｅｃｙｃｌｅ）。ＰＳＡＴ根据轿车、货车和客车三类预定义５１种道路循环，其中轿车的道路循环有ＦＨＤＳ、ＦＵＤＳ、ＵＤＤＳ、ＵＳ０６、ＥＣＥ、Ｊａｐａｎｌ０、
Ｊａｐａｎｌ５等３２种。用户可以定义道路循环的运行次数、道路坡度和车辆速度。同
时ＰＳＡＴ也提供了增加和删除道路循环以及定义行程（ｔｒｉｐ）的功能。
?连续运行几个道路循环。
●运行ＦＴＰ（ＦｅｄｅｒａｌＴｅｓｔＰｒｏｃｅｄｕｒｅ，联邦测试过程）过程。
?运行减速测试。在测试中用户必须定义一个测试速度．车辆加速到该速度后，换挡到空挡，直到车辆在摩擦阻力的作用下停下来。
●运行加速测试。它有以下三个指标：１、加速度。测试车辆从初速度加速到末速
度所需要的时间。２、测试在指定时间内所行驶的距离。３、测试行驶指定距离所
需要的时间。它要求用户定义换挡时间。
●计算最大的爬坡能力。测试在指定速度下的最大爬坡能力。
合肥工业大学博士后研究工作报告
每个道路循环包括三组矢量数据：
?ｓｃｈｃ”１ｅ——代表车辆在某一时刻的行驶速度。
●ｓｃｈｋｅｙｏｎ——代表车辆发动机在某一时刻是否运行。
?ｓｃｈｇｒａｄｅ一代表在某一时刻车辆行驶道路的坡度。
用户可以根据应用要求，将以上六砷道路循环任意组合成一个综合道路循环来测试车辆性能，也可以自定义一个新的道路循环。对于每个道路循环，ＰＳＡＴ还设计了参数研究（ｐａｒａｍｅｔｒｉｃｓｔｕｄｙ）功能来分析某些用户特别感兴趣的部件参数在道路循环仿真过程中的作用。
２．３．５分析仿真结果
ＰＳＡＴ提供了以下六个方而的仿真分析功能。
１）访问仿真结果
ＰＳＡＴ可以用ＭＡＴＬＡＢ文件格式保存每次的仿真结果，可以将多组仿真结果显示在同一坐标上进行比较。ＰＳＡＴ提供了ＧＵＩ界面和ＭＡＴＬＡＢ命令行两种方式访问仿真结果。
２）绘制仿真参数
ＰＳＡＴ提供了在ＧＵＩ界面的坐标的ｘ、Ｙ轴上绘制任意部件参数或部件参数的函数的功能，这并不局限于随时间变化的坐标图。并且可以使用缩放（Ｚｏｏｍ）和保留功能同时详细地分析多组仿真结果。
３）分析部件的特性
ＰＳＡＴ提供了在仿真期间分析部件特性的功能，它可咀将多个参数集中到一个窗口上。例如用户可以观察到仿真期间发动机的工作点随挡位变化而动态变化的情况，这为用户改善控制策略和换挡算法提供了有用的信息。
４）分析车辆部件的能源和效率
在开发控制策略时，研究车辆在加速／减速和电池系统在充电／放电工况下，每个部件的特性非常重要，为此ＰＳＡＴ设计了加速一减速、加速：充电一放电和减速：充电一放电三种电子表格来比较分析。表格的格式见表２～１。
表２～１ＰＳＡＴ的能源平衡电子表格
第１列第２列第３列第４列
能量输入能量输出能量损失能量效率
功率平均输入功率平均输出功率平均损失功率效率
扭矩平均输入扭矩平均输出扭矩平均损失扭矩效率
速度最小输入速度最大输入速度晟小输出速度犀大输出速度
电流无最小电流最大电流平均电流
电压无最小电压最大电压平均电压５）仿真结果和测试数据的动画显示功能
ＰＳＡＴ可以动态显示三类信息：１、在车辆的简化结构图上显示能量的流动方向；２、在仿真结果窗口上同时显示五个坐标平面表示用户定义的车辆系统中任意一个关于某一部件的变量随时间变化的动态变化情况。３、可以动态显示车辆的传动比、车辆是加速／减速、电池系统是充电／放电和电池系统的ＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ，荷电状态）值等工作状态。
６１比较仿真结果和测试数据
ＰＳＡＴ能将ＭＡＴＬＡＢ工作空间的多组仿真结果或测试数据以ＭＡＴ格式的文件保存起来．然后再同时装入ＭＡＴＬＡＢ的工作空间，运用ＰＳＡＴ的分析变量功能将它们在同一坐标上绘制出来。从而分析多组不同仿真结果和测试数据或仿真与测试数据之间的差异。
台肥工业太学博士后研究工作报告
辆控制器能在仿真过程中有效地开发和测试。动态模型也很自然地被包括在前向仿真方法的车辆模型中。最后前向仿真方法也很适合计算节气门全开情况下的最大加速度能力。
前向仿真方法的主要弱点是计算量大，速度通常要比采用后向仿真方法的软件要慢，
传动系统的功率计算依赖于车辆状态。其优点是其部件模型之问的联系更加接近于车辆的实际情况，这种算法比后向仿真方法的计算结果更准确。
２．４．３ＰＳＡＴ的仿真原理
ＰＳＡＴ的模型是根据用户对传动系统的定义，在仿真前动态生成Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的ｍｄｌ格式的文件。图２—１是一并联混合动力汽车（其结构图见圈２—２）在ＰＳＡＴ的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境中
图２一ＩＰＳＡＴ的混合动力汽车模型
的顶级模型，它从上至下分为驾驶员、控制器（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、部件控制单元（ＣｏｍｐｏｎｅｎｔＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔｓ）和传动系统（ＰｏｗｅｒｔｒａｉｎＭｏｄｅｌ）四个模块。其中驾驶员模块根据道路循环的请求速度和汽车实际速度，使用ＰＩ控制器，计算出对车轮的驱动扭矩。控制器模块主要包括控制策略，其作用是将对汽车传动系统的请求扭矩按照一定的算法分配给发动机和电动机。并且将这些控制信息传递到部件控制单元。部件控制单元的作用是生成汽车各部件的控制命令，它们包括发动机命令、电机命令、变速系统命令等，然后将这些控制命令传递到传动系统模块。传动系统模块包括发动机、排气系统、蓄电池、电机等部件的模型。这些模型经过计算，
０
得到汽车中各个部件的工作状态，并且将这些参数组合成传动系统信息总线反馈到控制器模块。这就是ＰＳＡＴ中一个时间步的仿真计算过程，道路循环的仿真是由多个相同时间步的循环计算组成。
ＰＳＡＴ内部部件模型之间的这静联系接近于车辆的实际一庸况，因此这种仿真方法比后向仿真方法和混合仿真方法（例如ＡＤＶＩＳＯＲ软件）的计算结果更准确，但是ＰＳＡＴ的计算速度通常要比采用混合仿真方法和后向仿真方法的软件耍慢许多。通常它采用４阶的Ｒｕｎｇｅｒ－Ｋｕｔｔａ法计算，定义固定步长为０．０１秒。为此ＰＳＡＴ提供了编译版本，能加快仿真速度，在短时间内，连续运行多个仿真。
２．５
ＰＳＡＴ的仿真模型
２．５．１混合动力汽车的结构
本文以上述混合动力汽车（见图２—１）的模型为例．说明ＰＳＡＴ软件的仿真原理。该混台动力汽车的主要结构在ＰＳＡＴ软什中定义如下，
传动系统（ＤｒｉｖｅＩｒａｉｎ）类型：并联混合动力汽车（ＰａｒａｌｌｅｌＨｙｂｒｉｄ）：
驱动轴（Ａｘｌｅ）：两轮驱动（２ｗｄ）；主电机位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ
１
ｃｈｏｉｃｅ）：电机｛！ｉ）＝于离合器或扭矩偶合器２前
（ｓｔａｒｔｅｒｎｌｏｔｏＦａｌｔｅｒｎａｔｏｒ）：
传动系统（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）：手动（ｄｍ）。
图２—２为并联混合动力汽车传动系统的结构图，其中第－－Ｉ？图标从左到右分别表示发动机、机械附件、离台器、手动变速器、主减速器、车轮和车辆，第二行图标从左到右分别表示蓄电池、电器附件和电机。图标之间的连线表示部件之间的动力传递关系。
２．５．２驾驶员模型
图２—２并联混合动力汽车传动系统的结构图
驾驶员模型（见图２—３）的功能是根据道路循环的请求速度和汽车实际速度，计算出对车轮的驱动扭矩。其输入参数为道路循环的请求速度和坡度，输出参数为驾驶员的控制信号
ｄｒｖ
ｂｕｓ。
图２—３驾驶员模块的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模型
根据道路循环的请求速度和汽车实际速度的差异．驾驶员模型计算出驾驶员的请求扭矩乙，它等于汽车损失扣矩五。与校正扭矩△丁之和。
％＝瓦，，＋△丁
汽车损失扭矩的计算公式可以用汽车行驶方程式‘６１表示。瓦。２Ｆ—ｍ，２（■一ｍ＋咒ｄｎ，＋只一ｍ＋Ｆｊ—ｍ）ｒ
其中ｆｍ——汽车行驶过程中的驱动力，单位：Ｎ■ｍ——滚动阻力，单位：Ｎ
ｏ。——空气阻力。单位：Ｎ
ｆ。——坡度阻力，单位：Ｎ
‘ｍ——加速阻力，单位：Ｎ
ｒ——车轮、卜径，单位：ｍ
校正扭矩采用ＰＩ控制方法计算。
ＡＴ＝ｋｌ△“＋％２ｊＡｕｄｔ
其中ｋ．——比例系数，变量：ｄｒｖ＿ｋｐ＝１０００
≈２——比例系数，变量：ｄｒｖ＿ｋｉ＝Ｏ．５
Ａｕ＝“☆一”
２公式２—１
公式２—２
Ｔｒｓｗｈ子系统——计算制动器的制动扭矩。
２．５．４部件控制单元模型
部件控制单元模块的作用是将控制器模块的控制命令进行规范化处理，然后分配给传动系统的各个部件，去控制各个部件模型的仿真计算。其输入参数为控制信息总线
ｐａｒａｍｂｕｓｉｎ和传动系统的状态信息总线ｐｔｅｂｕｓｉｎ，输出参数是控制命令总线ｃｍｂｕｓｏｕｔ。并联混合动力汽车的部件控制单元模块由以下子系统组成。
?ｃｏｎｄｅｎｇ——计算发动机部仲的控制命令。
●ｃｏｎｄａｃｃｍｅｃｈ——计算机械附件的控制命令。
?ｃｏｎｄｃｐｌ——计算离合器部件的控制命令。
?ｃｏｎｄｍｃ——计算电机部件的控制命令。
●ｃｏｎｄｔｘ——计算变速器部件的控制命令。
?ｃｏｎｄｗｈ——计算车轮部件的控制命令，主要是制动器的控制信号。
?ｃｏｒｔｄｅｘ～计算摊放系统的控制命令。
２．５．５传动系统模型
传动系统模块的主要作用是根据部件控制单元模块传递的命令，计算出汽车的实际行驶
速度。它包括发动机（ｅｎｇＶ１）、机械附件（ａｃｃｍｅｃｈＶ１）、离合器（ｃｐｌｖ１）、变速器（ｔｘｖ１）、主减速器（ｆｄｖ１）、车轮（ｗｈｖ１）、车辆（ｖｅｈｖ１）、蓄电池（ｅｓｓｖ１）、电气附件（ａｃｃｅｌｅｃｖ１）和电机系统（ｍｃｖ１）子系统。这些子系统采用统一“三输入，三输出”的数据接口，即每个子系统包括三个输入接口，分别接收来自部件控制单元的控制命令、上级部件的信息和下级部件的信息；三个输出接口，分别发送部件状态到控制器模块、传递给下级部件的信息和传递绘上级部件的信息。以下崩车辆子系统（见图２—４）为倒，来说明ＰＳＡＴ软件的建模方法。（注：因为车辆子系统处于仿真数据流的末端，所以部分数据接口为空）
图２—４车辆子系统的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模型
车辆子系统的输入参数１：命令参数ｉｎｆｏ为空：
输入参数２：上级部件车轮的信息，包括车轮的驱动力Ｆ和汽车的
４
作ｊ由发动机的起动机。电动机的作用是根据汽车的不同工况来辅助驱动或再生发电。Ｐｒｉｕｓ的动力系统结构图见图２—５。
图２—５混合动力轿车Ｐｒｉｕｓ的动力系统结构图
２．６．２混合动力轿车Ｐｒｉｕｓ的仿真模型
Ｐｒｉｕｓ模型ｐ’”ｌ（见图２—２）分为驾驶员、控制器、部件控制单元和动力系统四个模块其中驾驶员模块根据道路循环的请求速度和汽车实际速度，使用比例积分ＰＩ控制器，
计冀出对车轮的驱动扭矩。控制器模块主要包括控制策略，其作用是将对汽车动力系统的请求爿矩按照一定的策略分配给发动机和电动机，并且将这些控制信息传递到部件控制单元。部一Ｆ控制单元的作用是生成汽车各部件的控制命令，它们包括发动机命令ｃｍｄｅｎｇ、排气系统命令ｃｍｄｅｘ、机械附件命令ｃｍｄａｃｃｍｅｃｈ、电动机命令ｃｍｄｍｃ、发电机命令ｃｍｄｍｃ２、变簋系统命令ｃｍｄｔｘ和车轮命令ｃｍｄ—ｗｈ，然后将控制命令传递到动力系统模块。动力系统碘块包括发动机（ｅｎｇｖ１）、排气系统（ｅｘｖ２）机械附件（ａｃｃｍｅｃｈｖ１）、蓄电池（ｅｓｓｖ１）、电。ｔ附件（ａｃｃｅｌｅｃｖ１）、电动机（ｍｃｖ１）、发电机（ｍｃ２ｖ１）、行星齿轮（ｔｘｖ４）、主减速器７ｆｄｖ１）、车轮（ｗｈｖ１）和车辆（ｖｅｈｖ１）模型。这些模型经过计算，得到汽车中各个部一｝的工作状态，并且将这些参数组合成动力系统信息ｐｗｔｉｎｆｏ反馈到控制器模块。
２．６．３混合动力轿车Ｐｒｉｕｓ的仿真参数
ＰＳＡＴ中Ｐｒｉｕｓ的仿真部件包括车辆（Ｖｅｈｉｃｌｅ）、发动机（Ｅｎｇｉｎｅ）、驾驶员（Ｄｒｉｖｅｒ）、排气系统（ＥｘｈａｕｓｔＡｆｌｅｒｔｒｅａｔ）、蓄电池及其管理系统（Ｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅ）、电动机系统（１ｆｇｌｏｔｏｒ／Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、变速系统（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）、主减速器（Ｆｉｎａｌｄｒｉｖｅ）、车轮／车桥（Ｗ，１ｅｅｌ／Ａｘｌｅ）、机械附件（Ａｃｃ．Ｍｅｃｈａｎｎｉｃａｌ）、电气附件（Ａｃｃ．Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ）和发电机系统（：Ｉｄｏｔｏｒ／Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ２）。下面给出主要部件的仿真参数值。
１）车辆模块的仿真参数