电动车仿真案例
maxwell电机仿真实例
maxwell电机仿真实例Maxwell电机仿真是一种对电机进行计算机模拟的技术，其目的是为了优化电机设计、提高电机性能和减少实际试验的成本和时间。
利用仿真软件对电机进行模拟可以更快速地得到设计方案，并且能够对不同参数进行优化，以达到更好的性能。
本文将介绍Maxwell电机仿真的基本原理和实例应用。
1. Maxwell电机仿真的基本原理Maxwell电机仿真是建立在Maxwell电磁场仿真软件基础上的，它是一种采用有限元方法对电机进行建模和分析的技术。
有限元方法是一种数值计算方法，它能够将连续的物理模型离散化为有限个小区域，通过对这些小区域进行求解，得到整个物理系统的行为。
在电机仿真中，有限元方法被用来求解电机内部的电磁场分布、温度分布和电机的性能等。
Maxwell电机仿真的基本原理包括以下几个方面：（1）建立电机模型：首先需要根据实际的电机结构、材料和工作条件等建立电机的几何模型。
这个过程通常使用CAD软件来完成，得到电机的三维结构模型。
（2）设置仿真参数：在建立了电机的几何模型后，需要对仿真参数进行设置，包括材料特性、工作条件、电机结构等各项参数。
这个过程需要根据实际的工程要求和设计需求来进行。
（3）网格划分：对电机的几何模型进行网格划分，将电机离散化为有限个小区域，以便后续的有限元计算。
（4）求解电磁场分布：利用有限元方法对电机进行电磁场分布的求解，得到电机内部的电磁场分布特性。
（5）分析电机性能：根据电磁场分布和电机参数对电机的性能进行分析，包括输出转矩、功率、效率等。
2. Maxwell电机仿真的实例应用Maxwell电机仿真可以应用于各种类型的电机，包括直流电机、交流电机、同步电机和异步电机等。
下面将以某家电机公司的三相异步电机为例，介绍Maxwell电机仿真的实例应用。
（1）建立电机模型：首先，需要在Maxwell软件中建立该三相异步电机的几何模型。
电机结构主要包括定子、转子、风扇、绕组等部件，根据电机实际的结构和尺寸进行建模。
maxwell电机仿真实例
maxwell电机仿真实例Maxwell电机仿真是一种通过计算机模拟电机运行过程的技术，可以帮助工程师和设计师更好地了解电机的性能和特性。
在本文中，我们将介绍Maxwell电机仿真的基本原理和方法，并通过一个实例来演示如何使用Maxwell软件进行电机仿真。
1. Maxwell电机仿真的基本原理Maxwell电机仿真是基于有限元分析的电磁场仿真技术，通过数值计算的方法来模拟电机内部的电磁场分布、磁通密度、电流密度等参数，从而预测电机的性能和特性。
在Maxwell电机仿真中，会考虑电机的几何结构、材料特性、电流载荷等因素，并通过建立数学模型来描述电机的运行过程。
2. Maxwell电机仿真的方法Maxwell电机仿真主要有以下几种方法：（1）建立电机模型：首先需要对电机的几何结构进行建模，包括定子、转子、绕组等部分，然后确定电机的材料特性、电流载荷等参数。
（2）求解电磁场分布：利用有限元分析方法，求解电机内部的电磁场分布，可以得到磁通密度、电流密度等参数。
（3）计算电机性能：根据电磁场分布，计算电机的特性参数，包括转矩、功率、效率等。
（4）优化设计：通过改变电机的结构、材料、绕组等参数，来优化电机的性能和特性。
3. Maxwell电机仿真的实例为了更好地演示Maxwell电机仿真的方法和应用，我们选取了一个简单的交流电机作为实例，通过Maxwell软件对其进行仿真分析。
3.1交流电机的建模首先需要对交流电机的几何结构进行建模，包括定子、转子、绕组等部分。
在Maxwell软件中，可以通过CAD工具来绘制电机的几何结构，然后指定材料特性、绕组参数等。
3.2电磁场分布的求解在建立好电机模型后，利用Maxwell软件进行电磁场分布的求解。
通过有限元分析方法，可以得到电机内部的磁通密度、电流密度等参数，从而了解电机的工作状态。
3.3电机性能的计算根据电磁场分布，可以计算电机的性能参数，包括转矩、功率、效率等。
maxwell电机仿真实例
maxwell电机仿真实例Maxwell电机仿真是电机设计和分析的重要工具，它能够帮助工程师快速准确地评估电机的性能，节省了大量的实验和设计成本。
本文将以一台直流电机为例，介绍Maxwell电机仿真的具体步骤和方法，并分析仿真结果，最后总结电机仿真的优势和应用价值。
1.电机的基本结构和工作原理直流电机是一种将电能转化为机械能的设备，它由定子和转子两部分组成。
定子上有绕组，在外加电压的作用下产生磁场，转子上有导体，当定子电流通过后转子受到磁力的作用而旋转。
当转子旋转时，通过与机械负载的连接可以进行功的转换。
2. Maxwell电机仿真的基本原理在进行Maxwell电机仿真时，首先需要建立电机的几何模型。
Maxwell可以通过导入CAD文件或手动建立几何模型来进行仿真。
然后需要定义材料特性和绕组参数，包括定子和转子的材料特性，绕组的线材材料、截面积和匝数等。
在建立完电机的几何模型和定义完材料特性后，可以进行电磁场仿真和热仿真，从而得到电机的性能参数和工作状态。
3. Maxwell电机仿真的具体步骤（1）建立几何模型在Maxwell中，可以通过导入CAD文件或手动建立几何模型来建立电机的几何结构。
在建立几何模型时，需要考虑到电机的细节结构，如绕组的匝数、绕组连接方式、转子的永磁体分布等。
（2）定义材料特性在Maxwell中，材料特性是进行仿真的基础。
需要为定子和转子分别定义材料特性，包括磁导率、电导率等参数。
对于绕组材料，需要定义其磁特性和电阻率等参数。
（3）定义边界条件和激励条件在进行电磁场分析时，需要定义边界条件和激励条件。
边界条件包括定子和转子的外形边界条件、绕组的通流条件等；激励条件包括外加电压、磁体的磁场分布等。
通过定义边界条件和激励条件，可以对电机的电磁场进行分析。
（4）进行电磁场分析在定义了几何模型、材料特性、边界条件和激励条件后，可以进行电磁场分析。
Maxwell可以计算电机的磁场分布、磁通密度、电磁力等参数。
211098601_某纯电动汽车动力系统能量仿真分析
第35卷第2期2023年4月沈阳大学学报(自然科学版)J o u r n a l o f S h e n y a n g U n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c e)V o l.35,N o.2A p r.2023文章编号:2095-5456(2023)02-0151-06某纯电动汽车动力系统能量仿真分析王楷焱1,王云1,戚基艳2(1.沈阳理工大学汽车与交通学院,辽宁沈阳110159;2.沈阳工学院机械工程与自动化学院,辽宁沈阳113122)摘要:基于某仿真软件搭建了纯电动汽车的动力传动模型,并设置了重要部件的参数,研究了N E D C 工况下部分影响因素对输入转速㊁电池S O C的影响结果㊂通过模型可以直观有效地看出动力传动系统能量传递情况,为综合能量流仿真分析发现的问题进一步提出可供参考的优化建议㊂研究结果显示,建立的动力传动系统能量流仿真模型可靠有效;常温N E D C循环工况下的动力工况表现较好㊂关键词:能量流;仿真;动力传动系统;纯电动汽车;N E D C循环工况中图分类号:U469.7文献标志码:AE n e r g y S i m u l a t i o n A n a l y s i so faP u r eE l e c t r i cV e h i c l eP o w e r S y s t e mWA N G K a i y a n1,WA N GY u n1,Q I J i y a n2(1.S c h o o lo f A u t o m o b i l e s&T r a n s p o r t a t i o n,S h e n y a n g L i g o n g U n i v e r s i t y,S h e n y a n g110159,C h i n a;2.S c h o o l o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g a n dA u t o m a t i o n,S h e n y a n g I n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y,S h e n y a n g113122,C h i n a)A b s t r a c t:B a s e do nas i m u l a t i o ns o f t w a r e,t h e p o w e rt r a n s m i s s i o n m o d e lo f p u r ee l e c t r i c v e h i c l e s w a sc o n s t r u c t e d,a n dt h e p a r a m e t e r s o fi m p o r t a n tc o m p o n e n t s w e r es e t.T h e i n f l u e n c e o f s o m e f a c t o r so n i n p u t s p e e da n db a t t e r y S O Cu n d e rN E DC w o r k i n g c o n d i t i o n s w a s s t u d i e d.T h r o u g h t h em o d e l,t h e e n e r g y t r a n s f e r o f t h e d r i v e t r a i n c a nb e i n t u i t i v e l y a n de f f e c t i v e l y s e e n,a n df u r t h e ro p t i m i z a t i o ns u g g e s t i o n sc a nb e p u t f o r w a r df o r t h e p r o b l e m sf o u n d i n t h e c o m p r e h e n s i v e e n e rg y f l o ws i m u l a t i o n a n a l y s i s.Th e r e s e a r c h r e s u l t s s h o wt h a t t h ee s t a b li s h e d p o w e rt r a n s m i s s i o ns y s t e m e n e r g y f l o w s i m u l a t i o n m o d e l i sr e l i a b l ea n d e f f e c t i v e.T h e p o w e r c o n d i t i o nu n d e r t h e n o r m a l t e m p e r a t u r eN E D Cc y c l e c o n d i t i o n i s g o o d. K e y w o r d s:e n e r g y f l o w;s i m u l a t i o n;p o w e rt r a n s m i s s i o ns y s t e m;p u r ee l e c t r i cv e h i c l e; N E D Cc y c l i c c o n d i t i o n s近年来,电动车凭借着其清洁㊁无污染的特点应用越来越广㊂但是一些问题随之而来,最主要的问题就是行驶里程不够远㊂除了大力发展电池技术以外还可以通过提高能量利用率来提高行驶里程㊂目前针对电动车动力系统运行效率的研究大部分是单个零部件的优化[1],但是电动车在行驶过程中,其动力电池㊁电动机控制器和驱动电动机(也称三电)具有很强的耦合关系,如果只是单一地研究某个零部件就很难达到对动力总成全局优化的效果[2]㊂所以,分析能量在整个动力总成内部的传递以及转化的规律即能量流尤为重要㊂针对电动汽车能量流的研究,现在大多是通过进行系统台架试验,或者是通过软件仿真的方法进行,整车试验应用不广㊂国内外一些学者基于试验对电动汽车能量流进行了很多的研究,但没有单独地针对电动车传动系统能量流来研究㊂收稿日期:20220628基金项目:辽宁省科学技术计划项目(2021-M S-354)㊂作者简介:王楷焱(1983),男,辽宁沈阳人,副教授,博士㊂251沈阳大学学报(自然科学版)第35卷本文在建立了某电动车电机动力传动系统数学模型的基础上,测得了不同工况下由驱动电机转轴与车轮之间的连接部分的有效功率和损耗等,分析了各种工况下电池S O C的使用和回收情况㊂1传动系统能量流仿真模拟1.1能量流原理纯电动汽车的能量由电池提供,储存在电池中的电力通常来自电网㊂有关于纯电动汽车能量消耗常用的计算方法可分为2种:一是将电网输入的交流电量作为能耗的计算依据;二是以动力电池输出的高压直流电量作为能量消耗的计算基础㊂绝大多数纯电动汽车的能量流实验中,都对电网中的电能变化进行监测,考虑充电机㊁充电效率等影响因素来开展能量流的计算分析㊂本文中对能量流的计算依托于基于软件搭建的整车能量流仿真模型,是以动力电池输出的高压直流电为计算基础的,动力电池的总输出能量包括电池满电的能量和制动时回收的部分能量[3]㊂当车辆刹车时,能量通过其他制动装置从车轮转移到电池㊂汽车运行时,电池首先将储存的电能传送到电机控制器上,电机控制器根据汽车的需要控制电机,驱动电机将电能转换为机械能,然后通过其他装置传输给车轮,车轮克服阻力带动车辆行驶㊂对于具有制动能量回收功能的纯电动汽车,在制动时,部分能量通过车轮传递到驱动电机上,电机将机械能转化为电能,并将其传输到电池中进行储能㊂在这种情况下电机发挥发电机的作用㊂此外,为了保持低压系统的正常运行,电池管理系统会根据是否缺少12V低压电池,通过D C/D C转换器对部分电池进行充电,并通过电池为低压系统供电[4]㊂从蓄电池充电到驱动车轮运行,纯电动汽车的能量走向可以概括为:充电桩 车载充电机 蓄电池 电流 电力调节器 电动机 动力传动系统 驱动汽车行驶㊂在这整个能量传递过程中,主要存在着电能和机械能的转换及消耗㊂图1为纯电动汽车能量流动情况,其中动力电池㊁电机等部件构成电动车的传动系统,它是一个复杂的多非线性因素耦合系统[5]㊂本文利用软件搭建电动车传动系统,研究了不同工况下动力传动系统的能量损耗,为后续研究提供了参考㊂图1纯电动汽车能量流F i g.1E n e r g y f l o wo f p u r ee l e c t r i cv e h i c l e s1.2动力传动系统模型介绍及参数设置纯电动车的动力传动系统模型主要包含驾驶员模型㊁动力电池模型㊁电机模型㊁车辆模型㊁整车控制模型等[6]㊂动力传动系统模型的参数输入主要根据实车参数和试验结果,以便于后续研究的参考㊂1)驾驶员模型㊂在软件中的I F PD r i v e模型库中,根据建模需求和特点,选择驾驶员模型中的D R V D R V A01B子模型,其内部自带P I D控制器㊂驾驶员模型可以联和V C U整车控制单元通过对比目标车速与实际车速来控制加速和制动信号[7]㊂控制原理如下:ΔV=V t a r g e t-V r e h;(1)S a c c=G P a c cΔV+G I a c cʏΔV d t+G A a c c d V t a r g e t;(2)S b r a k=-G P b r a kΔV-G I b r a kʏΔV d t-G A b r a k d V t a r g e t㊂(3)式中:S a c c为加速信号;S b r a k为制动信号;V t a r g e t为目标车速;V r e h为实际车速;G为车辆质量;P a c c㊁I a c c㊁A a c c 分别为加速控制的P I D增益系数;P b r a k㊁I b r a k㊁A b r a k分别为制动控制的P I D增益系数,t为时间㊂2)动力电池模型㊂本文选取的是D R V B A T001电池模型,这是电池模型的一类子型号,这种电池是由电池组串联或并联而成的㊂电池的输出电压可用以下公式进行计算:U o u t =U o -R I ㊂(4)式中:U o u t 为电池输出电压;U o 为电池开路电压;R 为等效电阻;I 为输入电流㊂在变电压情况下,它包括一个内阻模型㊂需要实验数据来描述开路电压和内阻㊂开路电压和内阻取决于温度和电池S O C ㊂其中电池S O C (又称电池荷电状态)值计算公式如下:d V S O C d t =-I 100C n o m ㊂(5)式中C n o m 为电池额定容量㊂3)电机模型㊂纯电动汽车传动系统中电机为整车提供动力,是电动汽车的核心㊂其将电能转换为机械能的过程中有一定的能量损失㊂本文选用D R V E M 02-电机模型,它是一个带有变频器的电动机模型㊂其输出转矩和功率损耗可以通过数据文件或特征参数来确定㊂电机输出的扭矩限制条件如下:T m i n ɤT ɤT m a x ㊂(6)式中:T m i n 为电机最小扭矩;T m a x 最大扭矩㊂4)车辆模型㊂与传统汽车相比,纯电动汽车最大的变化是它的动力系统,用动力电池和驱动电机取代了传统发动机㊂汽车上的其他系统,如车身㊁方向盘和悬架等,基本上维持了传统的运行原理和结构[8]㊂类似的原理和结构使得电动车具有与传统汽车相同的行驶阻力,研究方法和过程也大致相同㊂由汽车理论可知,车辆行驶时受到总的阻力为ðF =F f +F i +F w +F j ㊂(7)式中:F f 为滚动阻力,N ;F i 为坡度阻力,N ;F w 为空气阻力,N ;F j 为加速阻力,N ㊂则电动车驱动力-行驶阻力的平衡方程为F d =F f +F i +F w +F j(8)或T t q i g i o ηT r =G f +G i +C D A u 2a 21.15+δm d u d t ㊂(9)式中:F d 为车辆行驶需求驱动力,N ;T t q 为驱动电机转矩,N ㊃m ;i g 为变速器传动比;i o 为主减速器传动比;ηT 为传动效率;r 为车轮半径;G 为汽车所受重力,N ;f 为滚动阻力系数;i 为坡度;C D 为风阻系数;A 为迎风面积,m 2;u a 为车速,k m ㊃h -1;δ为旋转质量换算系数;m 为汽车质量,k g ;d u d t 为加速度,m ㊃s -2㊂本文选用D R V V E H 02-车辆模型,这是车辆的一个子模型㊂5)整车控制器模型㊂整车控制器(V C U )包括4个模块,有输入㊁输出信号传输模块㊁驱动控制策略模块㊁制动控制模块㊂整车控制器模型是纯电动汽车动力传动系统建模的核心,本文选用D R V V C U E 03-电动汽车控制单元模型,图2是它的驱动程序命令,它是使用来自驾驶员的加速和制动命令计算扭矩的㊂图2 V C U 制动策略F i g .2 V C Ub r a k i n g s t r a t e g y1.3 动力传动系统模型的建立在动力传动系统模型的搭建过程中,暂不考虑电机和动力电池等部件的热特性,因此把热接口都设置成定值[910]㊂动力传动系统模型如图3所示,主要包括驾驶员模型㊁整车控制器模型㊁传动系统模型㊁电驱系统模型等㊂351第2期 王楷焱等:某纯电动汽车动力系统能量仿真分析图3动力传动系统模型F i g.3D r i v e t r a i nm o d e l2模型仿真分析设置仿真工况为N E D C循环工况,环境温度为25ħ,车辆总质量为1206k g,车辆最大制动力矩为1000N m,电机扭矩范围为-208~208N m,仿真时间为1180s㊂车辆控制单元(V C U)分析驾驶员的输入(加速和制动),并命令电机和车辆制动㊂对于制动指令,V C U可以命令电动机作为发电装置为电池充电㊂V C U对制动回收的控制策略是:当S O C值低于89%时,V C U授权制动再生,电机用于制动车辆和充电;当S O C值高于95%时,不授权制动再生㊂电机转速小于69r㊃m i n-1时,V C U不授权制动再生,电机转速大于71r㊃m i n-1时,授权制动再生㊂开始行驶时制动力矩仅由车辆制动器提供,当电机转速到达设定值后将制动扭矩分成2部分:车辆制动扭矩为60%,电机扭矩为40%㊂图4表示在开始阶段电池S O C值低于95%,此时处于低阈值状态,V C U会授权制动再生;当S O C 值高于95%时,即高阈值状态,不再进行制动能量回收;S O C值低于89%时,再次回到低阈值状态, V C U再次授权制动再生,一直到S O C值为95%以上时停止授权㊂图5表示初始阶段电机转速较低,此时电机转速处于低阈值状态,没有制动回收㊂当电机转速达到71r㊃m i n-1,达到高阈值状态,V C U授权制动回收;当电机转速低于69r㊃m i n-1时,停止制动回收,直到电机转速再次达到71r㊃m i n-1时,V C U会启用制动再生㊂图4S O C阈值F i g.4T h r e s h o l do f S O C图5电机转速阈值F i g.5M o t o r s p e e d t h r e s h o l d451沈阳大学学报(自然科学版)第35卷选择齿轮传动比的时候考虑其爬坡能力,传动比越大其爬坡能力越强,图6可以看出汽车运行相同的时间,传动比为5时,电池S O C 值下降最慢,传动比为8时,S O C 值下降最快;制动时,传动比为7和8的回收量大致相同,传动比为5的回收效率最好,传动比为6时回收效率最差㊂图7表示的是不同的传动比下的电机输入到汽车的转速,当传动比为8时,转速曲线已经有明显的变形,传动比为5㊁6和7时,转速曲线大致相同㊂结合图6考虑,在实际操作中,传动比选择5㊂图6 电池S O C F i g .6 S O Co f b a t t e r y 图7 输入转速F i g .7 R o t a t i o n a l s p e e do f i n pu t 图8表示的是相同条件下汽车质量不同时对电池S O C 的影响㊂开始运行时各种质量的汽车其电池S O C 值下降情况大致相同,运行时间越长差距越明显,汽车质量越小S O C 值下降得越慢,经济性越好且随着工况运行对电池S O C 的影响越大㊂实验中要以真实情况为准㊂图9表示的是风速对电池S O C 的影响,设置运行时长10000s ㊂起始阶段,各工况运行差异不大,运行到1000s 时开始出现明显差异㊂无风(风速为0m ㊃s -1)状态下,电池S O C 使用情况是最优的㊂三级风(风速为3.4~5.4m ㊃s -1)时,电池S O C 下降状态明显,运行期间S O C 值下降约91%,而无风工况下运行S O C 值只下降约70.5%,风速对电池S O C 的使用有较大影响㊂图8 汽车质量对S O C 的影响F i g .8 E f f e c t o f v e h i c l ew e i g h t o nS O C 图9 风速对S O C 的影响F i g .9 E f f e c t o fw i n d s pe e do nS O C 3 结 论本文中用仿真软件搭建了纯电动汽车动力传动模型并且设置相关参数,提出了电池S O C 在不同电量下的V C U 对制动回收的控制以及在电机不同转速下V C U 对制动回收的控制,对比了不同影响因素下汽车输入转速和电池S O C 的情况,得到以下结论:1)传动比为5时,电池使用情况最优且转速曲线符合实际曲线,传动比为6时,能量回收效果最差;传动比为8时,转速曲线已经有明显的变形且电池S O C 使用情况较差㊂2)汽车总质量越小,行驶中电池S O C 值下降越慢且差异性变化明显㊂3)速度保持不变的情况下,无风状态时电池S O C 下降最慢;随着风力增大,S O C 下降增大㊂随着551第2期 王楷焱等:某纯电动汽车动力系统能量仿真分析651沈阳大学学报(自然科学版)第35卷运行时长增加,无风和三级风对电池S O C的影响体现出较大差异㊂从S O C值的变化和车速可以计算出汽车的行驶里程,当S O C值从90%到10%时,汽车的行驶距离约为133k m㊂通过该仿真分析可以直观的看到能量传输情况,也可以监测整个动力传动系统的能量回收情况,为实现整车系统最优控制和降低车辆能耗提供帮助㊂参考文献:[1]李渝丽.基于轮毂电机的纯电动汽车动力系统匹配研究[D].太原:中北大学,2020.L IY L.R e s e a r c ho n p o w e r t r a i n m a t c h i n g o f p u r ee l e c t r i cv e h i c l eb a s e do nh u b m o t o r[D].T a i y u a n:N o r t h U n i v e r s i t y o fC h i n a,2020.[2]沈童.面向极限工况的分布式驱动电动汽车纵横协同控制研究[D].南京:东南大学,2021.S H E N T.R e s e a r c h o nl o n g i t u d i n a la n dl a t e r a lc o o r d i n a t i v e c o n t r o lf o r d i s t r i b u t e d d r i v i n g e l e c t r i c v e h i c l e u n d e re x t r e m ec o nd i t i o n[D].N a n j i n g:S o u t he a s tU n i v e r s i t y,2021.[3]徐金波.纯电动汽车驱动控制策略与能量管理策略分析[D].西安:长安大学,2019.X UJB.A n a l y s i so fd r i v ec o n t r o ls t r a t e g y a n de n e r g y m a n a g e m e n ts t r a t e g y f o r p u r ee l e c t r i cv e h i c l e[D].X i a n:C h a n g a n U n i v e r s i t y,2019.[4]陈挺.一种新能源船混合动力电源管理系统设计与实现[D].海口:海南大学,2021.C H E N T.D e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fah y b r i d p o w e r m a n a g e m e n ts y s t e m f o ran e w e n e r g y s h i p[D].H a i k o u:H a i n a nU n i v e r s i t y,2021.[5]张元元.电动车传动系扭转振动主动控制研究综述[J].科学技术创新,2017(26):1718.Z HA N G Y Y.A r e v i e w o fr e s e a r c ho na c t i v ec o n t r o lo ft o r s i o n a lv i b r a t i o no fe l e c t r i cv e h i c l ed r i v e t r a i n[J].S c i e n t i f i ca n d T e c h n o l o g i c a l I n n o v a t i o n,2017(26):1718.[6]陈红爱.纯电动汽车的能量流仿真及能耗分析[D].重庆:重庆理工大学,2021.C H E N H A.E n e r g y f l o w s i m u l a t i o na n de n e r g y c o n s u m p t i o na n a l y s i so f p u r ee l e c t r i cv e h i c l e s[D].C h o n g q i n g:C h o n g q i n gU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y,2021.[7]陆训,刘敏,汪跃中,等.纯电动汽车能量管理仿真分析研究[J].汽车电器,2019(8):1923.L U X,L I U M,WA N G YZ,e t a l.S i m u l a t i o na n a l y s i so f b a t t e r y e l e c t r i cV e h i c l eE n e r g y m a n a g e m e n t[J].A u t oE l e c t r i cP a r t s, 2019(8):1923.[8]董浩.基于能量流测试与仿真的汽油混合动力系统节能研究[D].长沙:湖南大学,2021.D O N G H.R e s e a r c h o n e n e r g y c o n s e r v a t i o n o f g a s o l i n e h y b r i d p o w e r s y s t e mb a s e d o n e n e r g y f l o we x p e r i m e n t a n d s i m u l a t i o n[D].C h a n g s h a:H u n a nU n i v e r s i t y,2021.[9]S H R I V A S T A V A R,P O R R A SAF,A L L E N DB.E l e c t r i f i e dv e h i c l e t h e r m a lm a n a g e m e n t s y s t e m:U S20200231024[P].20200723.[10]陆训,汪跃中,张朝闻.基于AM E s i m纯电动汽车高温适应性分析研究[J].汽车实用技术,2019(5):2931.L U X,WA N G Y Z,Z H A N G C W.S t u d y o nh i g ht e m p e r a t u r ea d a p t a b i l i t y o fe l e c t r i cv e h i c l eb a s e do n A m e s i m s o f t w a r e[J].A u t o m o b i l eA p p l i e dT e c h n o l o g y,2019(5):2931.ʌ责任编辑:肖景魁ɔ。
CRUISE纯电动车动力性能仿真及优化
虚 拟与仿 真CRU ISE 纯电动车动力性能仿真及优化姜海斌,黄宏成(上海交通大学汽车工程研究院汽车电子控制技术国家工程实验室,上海200240)Simulation and Optimization of the Electric Vehicle s Dynamic Perf ormance on CRUISEJIANG Hai bin,HUANG Hong cheng(N ational Eng ineer ing L abor ator y of Automo tiv e Elect ronics,I nstitute o f Automo tiv e Eng ineer ing,Shang hai Jiao T ong U niv ersity ,Shang hai 200240,China)摘要:以后轮驱动纯电动车为例,利用CRU ISE 软件建立了电动车的动力系统模型,并用此软件模拟得到其动力性能,验证了该模型分析车辆动力性能的可行性.分析了影响续驶里程及最大爬坡度的各种因素,提出的措施和方法能够很好地提高电动汽车动力性能.关键词:纯电动车;建模;CRUISE;续驶里程;优化中图分类号:U 469.7文献标识码:A 文章编号:10012257(2010)04006104收稿日期:20091203Abstract:T aking r earw heel dr iv e as an ex -am ple,the mo del of the electric vehicle is estab -lished in CRUISE.Also this softw are is used to simulate the perfo rmance of the vehicle.T he simu -lation results validate that CRU ISE can analyze the feasibility of vehicle per for mance.Then,various facto rs that affect continued driving range and lar -g est gr adeability ar e analyzed.The applied methods ar e all useful for the improvement of perform anceof the vehicle.Keywords:electricvehicle;m odeling;CRUISE;co ntinued driving rang e;optimization0 引言随着能源和环境对人类生活和社会发展的影响越来越大,全球石油危机和大气污染日趋严重,各种电动汽车也应运而生.纯电动汽车没有内燃机车辆工作时产生的废气,是目前最环保的车型之一[1].与传统的燃油汽车相比,由于电动车所具有的节能、环保优点,使其成为未来汽车产业发展的趋势之一.在研究和开发电动汽车的部件及选择最佳结构时,为缩短开发周期,降低开发成本,缩小研究范围,找到技术的突破口,特别是在技术方案的选择阶段,在系统和关键部件的选择上,可依靠高效的计算机对系统和关键部件进行建模,然后进行模拟仿真,从而找到最佳方案.1 纯电动汽车建模纯电动汽车的建模和动力总成系统的选择,对于整车系统的建立是非常重要的.电动汽车的运行性能主要由动力总成系统来决定.电动汽车动力总成系统的组成部分主要包括电池、电机、离合器、变速箱、减速器以及车轮.本文设计的纯电动车模型和动力总成系统如图1所示.图1 整车模型和动力系统1.1 电机模块电机是纯电动汽车惟一的驱动单元,它的技术性能直接影响到车辆的运行性和经济性.因此,必须按照电动车的技术要求合理地选择电机的参数和指标.在CRU ISE 中,电机的参数设置定义了电机的额定电压,电机在各种工作过程状态中的转矩和转速,电机效率关系以及其它一些参数[2].模型中电机的基本参数如表1所示.表1 电机的基本参数额定转速(r/m in)1430峰值转速(r/m in)5600额定转矩(N m)20峰值转矩(N m)40额定功率(kW)3峰值功率(kW)6额定电压(V)481.2 电池模块电池是制约电动汽车发展的关键因素,目前可采用的电池有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂电池和燃料电池等.铅酸电池虽然比能量比较低,但其技术可靠,生产工艺成熟,成本低,拥有适合电动汽车使用的良好的大电流输出性能以及多种型号和尺寸.考虑到整车的成本,本车型选用了铅酸电池作为动力源.在CRU ISE中,根据电池建模的参数做出电池的SOC与电池电压之间的关系曲线,SOC 值的大小直接反映了电池所处的状态,由此可限定电池的最大放电电流,并可在仿真过程中更精确地计算各种工况下电动车的续驶里程.所选用的电池在试验室经过不同状态下的充放电试验,根据在试验中测得电池电压、电流和放电时间等参数,推断出SOC与电压的关系.2 CRU ISE中建模与仿真CRUISE软件可以用于车辆的动力性,燃油经济性以及排放性能的仿真,其模块化的建模理念使得用户可以便捷地搭建不同布置结构的车辆模型,其复杂完善的求解器可以确保计算的速度.它可用于汽车开发过程中的动力和传动系统的匹配、汽车性能预测和整车仿真计算;可以进行发动机、变速器、轮胎的选型及其与车辆的匹配优化;可以用于混合动力汽车、纯电动汽车的动力、传动及控制系统的开发和优化[3].CRUISE软件的主要特点是:a.模块化的设计思想使得用户能够便捷地进行车辆的整车模型和动力总成系统的建模,并且能够方便地进行修改和优化.b.智能化的驾驶员模块,能够很好的模拟驾驶员的意图.c.M atlab接口模块,使得用户能够使用比较复杂的控制算法.2.1 CRUISE中车辆模型按照上述结构,在CRUISE中进行建模. CRU ISE采用图形化的界面,用户可以从已有的模型箱中选择自己想要的模型.将电池、电机、离合器、变速箱、驾驶员模块以及车轮等模块拖入CRUISE 的工作区中,建立模型.输入系统中各个模块的参数,如车辆模块的满载重量、迎风面积和阻力系数等;电机的电压、转矩和转速等;车轮的摩擦系数;主减速器的主减速比等.在CRUISE仿真时,系统会提示所有必须要输入的参数,按照这个要求,把参数一一输入即可.建立系统的物理连接和信号连接.首先完成物理连接,当各子系统模型选定之后,应根据汽车配置方案和部件连接关系建立模型的物理连接.只需用connect连接功能建立物理连接.传动系各部件之间有直接的物理连接关系,车轮和制动器之间也有物理连接关系,但驾驶室与动力传动系和制动系之间没有物理连接.在仿真过程中,它们之间是通过信号连接来传递信息.信号连接是汽车建模过程中比较关键内容之一,也有较大难度.要想正确建立汽车各子模型之间的信号连接关系,必须对汽车系统内部各部件之间的连接、控制关系以及信息传递关系,有比较深刻的理解.如驾驶员模块需要连接来自电机的转速信号,变速箱的档位信号等;制动器需要连接制动压力信号;摩擦离合器需要来自驾驶员期望的结合程度[4].系统需要把所需的信号连接全部定义准确,如果有一个错误,那么将无法运行仿真程序.2.2 仿真及结果分析根据纯电动汽车仿真的要求,选择和编辑相应的任务及工况,设置合适的仿真步长和精度进行仿真计算.设定的计算任务有:在任务Cycle Run中仿真续驶里程;在任务Climbing Per for mance中仿真最大爬坡度;在任务Constant Dr iv e中仿真最高速度.运行CRUISE,得到仿真结果如下所述.a.续驶里程.建立一个25km/h匀速行驶工况,通过对电池SOC的变化对应的时间来得到纯电动车的续驶里程所需要的电量值.运行这个任务,得到纯电动车的SOC变化图.考虑到电池的输出效率为85%,得到当电动汽车以25km/h行驶100km 后,电池所消耗的电量约为130.6A h,行驶120km所消耗的电量为156.8A h.和理论所求得结果一致.b.爬坡性能.根据CRUISE软件result的报告,可以得到最大爬坡度和最高速度确切值.爬坡表现:档位,1;最大爬坡度,15.43%;车速,5.00km/ h;电机转速,602.86r/min;速度率,0.00.最大车速理论值,51.41km/h;实际值,43.71km/h.从仿真结果可以看出,根据目前车辆的参数,当电池的容量为160A h时,在25km/h的匀速运行工况下,电动汽车的续驶里程约为120km.电动汽车的最大爬坡度为16.05%,最高速度为43.71 km/h.与通过汽车理论计算得到以及车辆所要求的性能参数基本一致.这证明了利用CRU ISE软件对车辆整车性能仿真和分析是可行的.3 整车性能影响因素分析3.1 续驶里程设f为滚动阻力系数;r为轮胎滚动半径;m为汽车总质量;i g为传动系速比;C D为迎风阻力系数; t为传动系效率;A为迎风面积;Q为电池的额定容量;U E为电池的端电压; 为电机效率.则汽车以速度v等速行驶时所需的电机输出扭矩M和功率P 分别为:M=(f m+C D A v2/21.15)ri g t(1)P=(f m+C D Av2/21.15)(v/3.6)ri g t(2)电池携带的额定总能量为:W0=QU E(3)理想状态下等速行驶的续驶里程s为:s=W0vP/=QU E vP(4)从式(4)可以看出,在整车携带的电池总量和电池比能量不变的条件下,续驶里程指标与行驶阻力功率P有关[5].而行驶阻力功率又与滚动阻力系数f,迎风阻力系数C D,整车总质量m,迎风面积A,车速v,传动系效率 t,车轮半径r和传动系速比i g 有关.以电动车参数(总质量m=1100kg;f= 0 012;A=3m2;C D=0.45; t=0.9;r=0.26m)为例作分析.a.不同等速v对续驶里程的影响.在不同速度的匀速状态下运行,车辆的续驶里程是不同的[6].设置电池的电量为160A h(为确保安全,视电量剩20%时一次运行结束),不同匀速行驶状态对车辆的续驶里程的影响,如图2所示.图2 不同匀速行驶状态下车辆续驶里程的影响从图2中可以看到,各种不同的匀速行驶中,以速度接近零行驶时,车体所消耗的能量最小,对于拥有固定能量的系统来讲,其续驶里程也最长.因此,若想增加续驶里程,应尽可能以低速行驶.b.整车参数对续驶里程的影响.图3,图4和图5分别表示在匀速25km/h行驶下,迎风阻力系数C D,滚动阻力系数f和整车总质量m对一次充图3 迎风阻力系数对续驶里程的影响图4轮胎滚动阻力系数对续驶里程的影响图5 整车总质量对续驶里程的影响电续驶里程的影响.可见携带能源极为有限的电动汽车对降低滚动阻力系数、迎风阻力系数和整车总质量的要求非常迫切.c.电池参数对续驶里程的影响.由式(4)可知,电动汽车携带的电池总量以及电池的端电压的大小都会影响续驶里程,并且它们与续驶里程成正比.可见提高电池的最大容量及电池端电压,对提高电动汽车续驶里程意义重大.另外,电池放电效率同样对续驶里程有着重要的影响,电池放电效率越高,续驶里程的数值也越大.d.电机对续驶里程的影响.电机参数中电机的效率 对续驶里程的影响最大.效率越高,续驶里程的数值越大.同时在各种工况下的效率对续驶里程的影响更大.因此对电动车用电机而言,不仅要求电机在额定状态下具有较高的效率,而且要求电机具有很宽的高效率区域,这样才能在各种行驶工况下充分利用有限的能量.对此,提出了增加一次充电续驶里程的措施:尽可能选择较低的行驶速度;降低轮胎的滚动阻力系数,选用低阻力轮胎;降低迎风阻力系数,进行车身的流线型改进;减轻汽车总质量;扩大电机的高效区范围及提高电机效率.3.2 最大爬坡度汽车的最大爬坡度,是指汽车满载时在良好路面上用第一档克服的最大坡度,它表征汽车的爬坡能力.爬坡度用坡度的角度值(以度数表示)的百分数来表示.设T tq为电机最大转矩;i g为变速器加速档传动比;i0为主减速器传动比; t为传动系的机械效率;r 为轮胎半径.则对于电动汽车来说,车辆的最大驱动力为[7]:F t=T tq i g i0 tr(5)而车辆的滚动阻力F f=mf cos ,坡度阻力为F i=m sin ,加速阻力.同时由于在计算最大爬坡度时车速很小,故可忽略空气阻力F W.由驱动力行驶阻力平衡公式F t= F=F f+F W+F i+F j,得到最大爬坡度 max的计算公式为:T tq i g i0 tr=mf cos max+m sin max(6)由式(6)可以看出,最大爬坡度与电机最大转矩T tq、轮胎半径r、整车总质量m和滚动摩擦系数f 等参数有关.a.电机参数对最大爬坡度的影响.在电机参数中,电机最大转矩的大小与车辆最大爬坡度的大小有着直接的联系[8].电机的最大转矩越大,最大爬坡度也越大.因此,从电机方面来说,若想提高车辆的爬坡性能,可以通过提高电机的最大转矩来实现.b.车辆参数对最大爬坡度的影响.图6,图7分别表示轮胎滚动阻力系数f和整车总质量m对车辆最大爬坡度的影响.从图6,图7中可见,轮胎滚动阻力系数和整车总重量都对最大爬坡度有很大的影响[9].要想获得合适的最大爬坡度,就必须合理地设置这2个参数.图6轮胎滚动阻力系数对最大爬坡度的影响图7 整车总质量对最大爬坡度的影响对此,提出了增加爬坡性能的措施:选择拥有较高最大转矩的电机;降低轮胎的滚动阻力系数,选用低阻力轮胎;减轻汽车总重量.4 结束语运用CRUISE软件对纯电动车进行建模和动力性能的仿真,得到了续驶里程、最大速度及最大爬坡度等指标,仿真结果验证了CRU ISE仿真动力性能的可行性.通过本文的仿真和分析,为电动汽车的参数选择以及结构优化提供了依据.参考文献:[1] 康龙云.电动汽车最新技术[M].北京:机械工程出版社,2008.[2] 王 斌,李 征,等.CR U ISE 软件在混合动力汽车性能仿真中的应用[J].计算机应用,2007,9(3):1-3.[3] 赵海峰.基于CR U ISE 软件的AM T 车辆性能仿真分析与实验研究[D].重庆:重庆大学,2005.[4] 王保华,罗永革.基于CRU ISE 的汽车建模与仿真[J].湖北汽车工业学院学报,2005,19(2):2-3.[5] 李国良,初 亮,鲁和安.电动汽车续驶里程的影响因素[J].吉林工业大学自然科学学报,2000,30(3):1-3.[6] 杜发荣,吴志新.电动汽车传动系统设计与续驶里程研究[J].农业机械学报,2006,37(11):3-4.[7] 余志生.汽车理论.3版[M ].北京:机械工程出版社,2000.[8] Cheng Chang T ing.H y br id electric vehicle design tominimize ener gy use [C].T he U niv ersity of T ex as at A rling ton,2000.[9] Sha Y L.T he pow er desig n and calculation o f EV S[A].T he 16t h Inter nat ional Batter y,H ybrid and F uel Cell Elect ric Vehicle Symposium &Ex hibitio n [C ].Beijing ,1999.作者简介:姜海斌 (1985-),男,江苏张家港人,硕士研究生,研究方向为汽车动力系统仿真以及汽车系统控制等;黄宏成 (1972-),男,江苏苏州人,副教授,研究方向为汽车系统控制以及底盘开发.ARM 7参数自整定模糊PID 控制器的仿真及设计王朝宁1,姜学东1,马立刚2(1.北京交通大学电气工程学院,北京100044;2.山西省电力公司吕梁供电分公司,山西吕梁033000)Design and Simulation of Self tuning PID type Fuzzy Controller Based on A RM 7ProcessorWANG C hao ning 1,JIANG Xuedong 1,MA Li gang 2(1.Schoo l o f Electrica l Eng ineering ,Beijing Jiaoto ng U niver sity,Beijing 100044;2.Shanx i L vliang P ower Supply Co mpany ,L v liang 033000,China)摘要:常规PID 控制器参数设定之后,运行环境改变时不能实现参数的在线整定,这样会影响系统的控制效果.本设计以误差e 和误差变化率ec 作为输入,经过一定的模糊推理规则,对PID 控制器的参数进行自动整定.在M atlab 环境下对系统进行了仿真,从仿真的结果可以看出,添加模糊控制环节后,系统的动静态性能得到了提高.同时基于ARM 7处理器完成了该控制器的软硬件设计.关键词:参数自整定模糊控制PID;M atlab;ARM 7处理器中图分类号:T P273文献标识码:A 文章编号:10012257(2010)04006505收稿日期:20091203Abstract:When operating environmentchang ed,the traditio nal PID contro ller can t online regulate its parameters,w hich are co nfigured w ellat the beginning.And that w ould affect contro l per for mance o f system.Taking erro r and decay r ate of err or as inputs in the desig n,arg um ents o f PID contro ller can reach self tuning function,as to some accurate fuzzy sets.From the result of simu -latio n done w ith M atlab,dy namic and static per -formances of system added fuzzy controller are im -proved.T he autho r also com pleted the hardw are and so ftw are desig n of the contro ller based on ARM7processor.Key words:self tuning PID type fuzzy con -troller;M atlab;ARM7processor0 引言模拟PID 闭环控制在常规的电源控制技术中应用很普遍,效果比较理想并且稳定,但其缺点是一。
maxwell电机仿真实例
maxwell电机仿真实例1.介绍Maxwell电机仿真的背景和意义Maxwell电机仿真是一种通过计算机软件模拟电机工作原理和性能的技术。
随着电机设计和制造水平的不断提升，对电机性能和效率的要求也越来越高，因此精确的电机仿真技术变得越来越重要。
Maxwell是一款由ANSYS公司开发的电磁场仿真软件，广泛应用于电机设计和优化领域。
通过Maxwell电机仿真，可以准确地预测电机的性能指标，优化电机结构和参数，提高电机的效率和性能。
2. Maxwell电机仿真的原理和方法Maxwell电机仿真的原理是基于有限元分析方法。
有限元分析是一种数值分析方法，通过将电机结构离散为有限数量的小单元，建立数学模型，然后利用计算机进行求解，得到电机的电磁场分布、电磁力和转矩等物理量。
Maxwell软件提供了丰富的建模工具和分析功能，可以对不同类型的电机进行精确的仿真和优化。
Maxwell电机仿真的方法包括建模、网格划分、材料定义、边界条件设定、求解和后处理。
首先需要根据电机的结构和电磁特性建立三维模型，然后进行网格划分，将电机结构离散为有限数量的单元。
接着需要定义电机材料的磁导率、电导率和损耗特性，设定电机的边界条件，如气隙边界、绕组等。
然后对电机进行求解，得到电磁场分布、磁场激励、电磁力和转矩等物理量。
最后进行后处理，分析电机的性能指标，如效率、功率因素、损耗等，优化电机的结构和参数。
3. Maxwell电机仿真的应用领域Maxwell电机仿真广泛应用于各类电机的设计和优化领域。
具体包括以下几个方面：（1）电机性能分析和预测：Maxwell电机仿真可以对不同类型的电机进行精确的仿真和分析，预测电机的性能指标，如电磁力、转矩、磁场分布等。
通过仿真可以发现电机存在的问题和不足，提出改进措施。
（2）电机结构优化：Maxwell电机仿真可以对电机的结构和参数进行优化，找到最优的设计方案。
可以改变电机的绕组形式、气隙间隙、磁路长度等参数，以提高电机的效率和性能。
好孩子儿童电动车奥迪Audi R8 Spyder 仿真车
好孩子儿童电动车奥迪Audi R8 Spyder 仿真车
这款好孩子儿童电动车奥迪Audi R8 Spyder 仿真车，时尚，精致，尊贵，舒适，安全，采用行业领先创新技术，24G自动对码遥控，每台车都有独立频段，互不干扰，5秒匀速启动，平缓起步，宝宝驾驶舒适又安全，特有的电路保险装置，故障时可自动断电，保护电路，安全又耐用，有时尚白和炫酷黑两款，总有一款是宝宝喜欢的~好孩子官方旗舰店，质量有保证，使用更安全。
#玩具图书##童车#。
爱乐活母婴玩具图书童车。
好孩子儿童电动车奥迪Audi R8 Spyder 仿真车
好孩子儿童电动车奥迪Audi R8 Spyder 仿真车
爱乐活——有态度、正能量的品质生活社区。
热爱生活，乐于分享的各类达人聚在这里，分享消费攻略，激发生活灵感，发现城市最IN
的角落。
在这里，有爱，有乐，有生活。
【更多精彩内容尽在爱乐活】
文章来源：/post/7e1b29faa566bf230be1994d?from=wenku/?from=wenku。
三相异步电机maxwell仿真实例
一、概述三相异步电机是工业上常见的一种电动机类型，它具有结构简单、可靠性高、维护成本低等优点，在各种领域得到了广泛的应用。
对三相异步电机进行仿真分析可以帮助工程师更好地理解其工作原理和性能特点，从而为电机的设计和优化提供重要参考。
本文将以maxwell 软件为工具，以一个实例来介绍如何进行三相异步电机的仿真分析。
二、仿真模型建立1、确定仿真目标为了准确地分析三相异步电机的性能，我们需要建立一个包含电机本体、叶片、绕组等关键部件的仿真模型，通过对电机内部电磁场的分布、电磁感应等进行仿真分析，最终得到电机的转矩特性曲线、功率因数等关键性能参数。
2、建立电机几何模型在maxwell软件中，我们可以利用建模工具来绘制三相异步电机的几何结构，包括电机的定子、转子、绕组等关键部件。
在建立几何模型时，需要考虑电机的实际结构和尺寸参数，以确保仿真结果的准确性和可靠性。
3、设置电磁材料属性较为准确的电磁仿真分析需要考虑电机内部的导体、磁性材料等特性，因此在建立模型时，需要设置相应的材料属性，包括导体的电导率、磁性材料的饱和磁导率等参数。
maxwell软件提供了丰富的电磁材料库，用户可以根据实际情况选择合适的材料进行设置。
三、仿真分析1、电机的空载特性分析通过maxwell软件进行仿真分析，可以得到三相异步电机在空载情况下的电磁场分布、磁通线密度等关键参数。
通过对电机空载时的电磁特性进行分析，可以了解电机内部的磁场分布规律，对电机的设计和改进提供重要参考。
2、电机的负载特性分析对于三相异步电机而言，其负载特性是评价其性能的重要指标之一。
通过maxwell软件进行仿真分析，可以得到电机在不同负载下的转矩-转速特性曲线，从而了解电机的负载特性，并对电机的应用场景和工作性能进行评估。
3、电机的启动特性分析三相异步电机的启动特性对其在实际工程应用中具有至关重要的意义。
基于maxwell软件进行仿真分析，可以得到电机在启动过程中的电磁特性分析结果，从而了解电机的启动工况下的电流、转矩等重要参数，为电机的启动控制和优化提供重要依据。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
© 2010 ITI GmbH |
24th – 25th November 2010 | 13th ITI Symposium
9
Battery model
• Battery: Lithium-Polymer Accumulator with 2400 mAh • Long term dynamics:
© 2010 ITI GmbH |
24th – 25th November 2010 | 13th ITI Symposium
5
Demonstrator
• Electrical 4-wheel buggy • Scale 1:10 • Real-time model:
• Implementation on FPGA • Simplification of the models:
• PWM → ideal transformer • BLDC → static DC-motor model • Switching only at changes of direction
Real-time Modeling and Simulation of electrical vehicles
Torsten Blochwitz Christoph Schramm Karsten Todtermuschke ITI GmbH Dresden
2
Motivation
• Hardware in the Loop (HiL) Simulation
• • • • • Virtual Reality for controllers Real plant is not need Software development and test of controllers Comprehensive debugging features Reproducible tests
red – simulated behavior blue – measured behavior
© 2010 ITI GmbH |
24th – 25th November 2010 | 13th ITI Symposium
11
Kinematic of the axle
• Accumulator, motor controller, motor • Powertrain, steering system, chassis suspension
• Buggy and real-time model are controlled by the same remote control • Target: Real-time model behaves like the real vehicle
© 2010 ITI GmbH |
24th – 25th November 2010 | 13th ITI Symposium
10
Battery model
• Short term dynamics :
• Voltage characteristic at load change • Fast behavior and ohmic losses modeled with linear RC-Network with two resistors (R1,R2) and a capacity (C) • Reference: Lijun Gao, et al.: Dynamic Lithium-Ion Battery Model for System Simulation
• • • • Motor Accumulator Kinematic of axles, powertrain, steering kinematic Decoding of control signals
• • • •
Automatic code generation for NI VeriStand NI VeriStand, GUI, Animation Validation of the model Summary
• Demonstrator: Electrical driven 4-wheel vehicle
© 2010 ITI GmbH |
24th – 25th November 2010 | 13th ITI Symposium
4
Agenda
• Design of the demonstrator • Real-time model
© 2010 ITI GmbH | 24th – 25th November 2010 | 13th ITI Symposium
12
Powertrain and steering kinematics
• 1D model of the powertrain • Library elements, e.g. Differential Gearbox or Transmission • Steering kinematics modeled as 3D-Multiboby-system (inertias, geometries and joints) • Steering servo motor with PT1 behavior • Limiting frequency experimentally identified
8
Motor model
• Brush- and sensorless DC-motor • PWM of motor controller working at 8 kHz • Modeling of PWM possible, but not real-time capable on RT target • Possible solutions:
3
Motivation
• Real-time models
• Calculation time per time step smaller than sample rate • Dynamics und complexity are limited
• Effort for model creation? • Accuracy? • Complexity?
• NI VeriStand
• Real-time simulation platform • Simulation models are connected to I/O of the hardware
© 2010 ITI GmbH |
24th – 25th November 2010 | 13th ITI Symposium
NI 7842R (FPGA) • Decoding of the receiver signals
© 2010 ITI GmbH |
24th – 25th November 2010 | 13th ITI Symposium
7
Overview - SimulationX model
• Reference:
• Olivier Tremblay, et al.: A Generic Battery Model for the Dynamic Simulation of Hybrid Electric Vehicles
red – simulated behavior blue – measured behavior
14
SimulationX model overview
© 2010 ITI GmbH |
24th – 25th November 2010 | 13th ITI Symposium
15
Model Simplifications
• Presented model is real time-capable, but:
Creation of receiver signals for test purposes
© 2010 ITI GmbH |
Decoding of receiver signals
24th – 25th November 2010 | 13th ITI Symposium
I/O Receiver
NI VeriStand • Configuration • Real-time GUI LabVIEW • FPGA programming SimulationX • Physical modeling • Animation
Real Time PC • LabVIEW RT Environment • Vehicle model
• Measurement of discharge characteristics • Approximation with polynomials • Approach for calculation of internal source voltage vQ:
Q v Q v Q QBat v 0 v Exp exp Bat Pol Q QQ Exp Bat
• high CPU load on real time target (80-90%)
• Some model simplifications were implemented:
• Simplification of the suspensions (no double wishbones, but simple linear trajectory of the wheels) • No MBS model of the steering system • Steering kinematics modeled by angle preset with characteristic curve
© 2010 ITI GmbH |