电动汽车仿真软件ADVISOR
产品开发
电动汽车仿真软件ADV ISO R
合肥工业大学机械与汽车工程学院 张 翔 赵 韩 钱立军 张炳力
[摘要]分析了美国电动汽车仿真软件ADV ISOR的系统功能,ADV ISOR可以仿真传统汽车、电动汽车、燃料电池汽车和混合动力汽车等多种汽车的性能,并且能与其它多种软件共同仿真。本文对我国开发自己的电动汽车仿真软件具有参考作用。
关键词: 电动汽车 混合动力汽车 仿真
ADV ISO R(AD vanced V eh Icle Si m u latO R,高级车辆仿真器)是由美国可再生能源实验室(N ati onal R e2 new ab le Energy L abo rato ry)在M atlab R 和Si m u link R 软件环境下开发的仿真软件。该软件从1994年开始开发与使用,目前最新版本是ADV ISO R2002,它也是目前世界上能在网站免费下载和用户数量最多的电动汽车仿真软件。
1 定义车辆的仿真参数
定义车辆的仿真参数有如下步骤:
1.1 选择传动系统类型
ADV ISO R提供了两种方式来定义车辆传动系统的类型。一种是ADV ISO R内部保存了包括In sigh t和P riu s在内的37种电动汽车的数据文件,用户可以选择合适类型的汽车,在此基础上作修改。另一种是ADV I2 SO R内部保存了传统汽车、电池电动汽车、燃料电池汽车、并联混合动力汽车、串联混合动力汽车、混联混合动力汽车等8种类型的传动系统作为模板,用户可在此基础上定义自己的传动系统。另外用户还可以自定义新类型的传动系统增加到ADV ISO R的模板库中。
1.2 设置部件的仿真参数
ADV ISO R设计了车辆(V eh icle)、发动机(Fuel Converter)、能源储存系统(Energy Sto rage System简称ESS)和电动机(M o to r)等多个部件的仿真模型,每个仿真模型包括版本、类型和部件的参数值。其中版本是指模型的种类,通常不同版本的模型有不同的仿真效果。类型是指部件的类型。例如发动机模型Fuel Con2verter的版本有内燃机ic、基于神经网络的内燃机nn-ic和燃料电池fcell3个版本,其中内燃机ic版本的模型又有点燃si和压燃ci两种类型,发动机模型的参数包括质量、功率、缸径和特性图等参数。用户可以在修改ADV ISO R已有电动汽车的数据的基础上,建立和保存自己的传动系统的数据文件。例如在建立发动机和能源储存系统的特性图方面,ADV ISO R提供了辅助工具engm odel和batm odel帮助用户将离散的测试数据通过数学插值算法自动生成连续的特性图;另外ADV I2 SO R还设计了I m age2M ap功能来实现直接从扫描的j p g、bm p等格式的部件特性图的图象文件中提取特性数据的功能。部件的参数值可以在GU I(用户图形界面)上修改,也可以直接打开M A TLAB的M文件修改。此外ADV ISO R特别设计了自动尺寸(A u to size)功能和比例计算(scale)功能:
自动尺寸功能可以计算出满足特定性能要求的车辆部件的参数值,从而为用户设计提供参考。这是一个优化计算的过程,ADV ISO R可以选择M A TLAB和优化软件V isual DO C作为计算引擎(so lu ti on engine),车辆的加速度性能和爬坡能力作为约束条件,设计变量包括发动机的功率、能源储存系统中充电电池的数目和电动机的功率等。优化目标包括最小化部件的尺寸和车辆的质量、最大化城市 公路混合燃料经济性。通常V isu2 al DO C的优化计算能力比M A TLAB更强大,在AD2 V ISO R仅提供演示版本的V isual DO C,它最多可以计算5个设计变量和20个约束的优化问题
因为用户在设计新部件时通常缺少现成的参数值,所以必须选择一个已经存在的某部件的初始化文件的
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数据作为基础,比例计算出新部件的参数值。目前AD2 V ISO R提供了对发动机的比例计算功能,它是以发动机的缸径和行程作为比例因子来计算的。
1.3 设计控制策略
ADV ISO R提供了并行电动辅助(p arallel electric assist)、自适应控制策略(A dap tive Con tro l Strategy)、模糊逻辑控制策略(Fuzzy L ogic Con tro l Strategy)和本田In sigh t控制策略等6种控制策略模板。用户也可以设计自己的控制策略,ADV ISO R提供了以下两方面的设计控制策略的功能:①在Si m u link中输入控制策略的模型与使用GU I修改控制参数;②使用M A TLAB 和V isual DO C作为优化引擎,来优化控制策略的控制参数(O p ti m ize cs vars)。它以最小化CO、HC、NO X、PM 等有害气体的排放量和最大燃料经济性为目标,对能源储存系统的充电状态上限(cs-h i-soc)和充电状态下限(cs-lo-soc)等8个控制参数进行优化,用户可以动态观察到优化叠代计算过程中控制参数值的变化情况。
2 运行仿真
运行仿真前用户可以选择性地定义如下的仿真项目: 2.1 选择仿真工况
ADV ISO R提供了道路循环(D rive Cycle)、多重循环(M u lti p le Cycles)和测试过程(T est P rocedu re)3种仿真工况来仿真车辆的性能。
1)道路循环提供了CYC-ECE、CYC-FT P和CYC-1015等56种国外标准的道路循环供用户选择,另外提供了行程设计器(T ri p B u ilder),可以将多达8种不同的道路循环任意组合在一起,综合仿真车辆的性能。
2)多重循环功能可以用批处理的方式以相同的初始条件,快速计算和保存不同的道路循环情况下的仿真结果,并将它们显示在一起,供用户进行比较。
3)测试过程包括T EST-C IT Y-HW Y和T EST-FT P等8种国外标准的测试过程供用户选择仿真。2.2 加速度性能仿真
该功能可以仿真以下车辆性能:3组从初速度加速到末速度所需要的最短时间、某一时间段内车辆行驶的最大距离、行驶某一段距离所需要的最短时间、最大加速度和最大速度。
2.3 爬坡能力仿真
在设置车辆速度、持续时间、质量和多能源动力系统等参数后,可以仿真出车辆在给定速度下的爬坡性能。
2.4 参数研究
该功能可以选择1～3个部件参数,在三维坐标图上用不同的颜色代表不同数值的方式,来分析这些参数对车辆的燃料经济性和有害气体排放等性能的影响。2.5 计算辅助电器的负荷
该功能可以计算车辆上辅助电器的能源消耗。这些电器设备包括除霜设备、收音机和照明设备等。用户定义这些设备的电流-电压特性和与道路循环相关联的使用时间等数据后,就可以仿真出辅助电器的负荷。该功能提供了ADV ISO R和与Saber共同仿真(Co-si m2 u lati on)两种方式,其中Saber软件可以提供更详细的模型来获得更准确的仿真结果。
2.6 交互式仿真。
该功能由系统控制(Si m u lati on Con tro ls)、车辆控制与显示(V eh icle Con tro ls and D isp lay)和仿真输出(Si m u lati on O u tp u ts)三部分组成,它支持实时地输入道路循环(D rive Cycle)和动态显示每个仿真计算步长的结果。系统控制部分负责控制仿真速度和动态输入当前仿真时间步长的道路循环,它包括请求速度和坡度。车辆控制与显示部分模拟显示出车辆内部发动机转速表、车辆速度表(即“实际速度”,相对于“请求速度”而言)、燃油表、能源储存系统的SO C(充电状态)表、加速踏板和换档开关等仪表和控制开关的动态变化,用可视化的形式输出仿真结果。仿真输出部分在动态显示车辆的运动图象的同时,还在各种部件的特性曲线图中显示当前工作点的位置。
3 仿真结果
ADV ISO R的仿真结果包括:
1)仿真参数图(Param etric R esu lts F igu re)。它能同时显示任意4组部件参数值随仿真时间的变化情况。
2)仿真报告(R esu lts F igu re)。它包括燃料消耗率、行驶距离、有害气体排放、加速度和爬坡能力报告。
3)能源消耗图(Energy U se F igu re)。它报告各个部件在作功模式(POW ER M OD E)和能量再生模式(R EGEN M OD E)下的输入能量、输出能量、损失能量和效率。
4)比较仿真(Com p are Si m luati on s)。该功能可以同时打开8个仿真结果文件和测试数据文件,将它们显
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2003年第4期
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示在同一幅坐标图上进行比较。另外提供了条形图(B ar Chart)和极坐标图(Sp ider P lo t)两种方式进行比较。
5)重放(R ep lay)功能,在可视化的GU I上动态显示仿真结果,其界面与交互式仿真的GU I相同。
4 对其它功能的说明
4.1 V SOL E
太阳能汽车辅助设计程序V SOL E(V eh icle So lar L oad E sti m ato r,车辆太阳光照评价者)可以根据车辆的地点、方向、时间和光照等数据,计算车辆所受的光照强度,从而评价太阳能汽车的能源利用情况。
4.2 与其它软件的共同仿真
ADV ISO R开放了全部的仿真模型和程序代码,这为世界各地的电动汽车工程师改进和增加软件功能提供了机会。ADV ISO R开放的软件接口能与Saber、Si m2 p lo rer和V isual DO C等多种软件进行共同仿真,使其具有强大的功能。由于很多软件仅在ADV ISO R中提供演示版本,它们的功能受到限制。如果用户需要完整的功能,必须购买它们的正式版本。
5 结论
ADV ISO R是目前最流行的电动汽车仿真软件,在国外已有许多应用ADV ISO R的成功案例。然而在国内这方面的报道还不多,希望本文能起抛砖引玉的作用,使国内电动汽车界更好地认识与应用ADV ISO R。
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5.3 有限制、有步骤地放开汽车投资领域
这种观点认为:强调具体的谈判时把门栏提高,要让企业学到真技术。而我国汽车工业的发展似乎也是走这条道路的。在竞争中合作,在开放中学习,逐步寻求自主发展。首先主动地融入国际汽车工业体系中,提高合作程度。其次在竞争合作中,发挥自己的优势,逐渐积累力量,将比较优势转化为竞争优势。再次就是培育自我核心竞争力,树立自我品牌,形成自我品牌,形成自我主导的生存和发展能力。
6 结束语
我国引进外资发展轿车工业走的是“以市场换资金”的道路,希望通过出让部分国内市场获得先进技术。实际上正是由于跨国公司掌握着先进技术,控制了技术的主动权。技术的垄断构成了跨国公司的市场优势。跨国公司往往用自己技术上的垄断限制合资公司对引进技术的消化吸收和创新。合资公司的费用也限制于狭小的范围里。甚至只在开发成果的基础上针对东道国的需要略作调整和改良。这样不可避免地对我国汽车工业造成负面影响。不过在今后5至10年内,我国汽车市场潜在的购买力还没有完全释放的时候,跨国公司还暂时不会抛开其合资伙伴另起炉灶。目前虽然外资并购大门已开,但在W TO中,与利用外资关系最大的是由9个条款和一个附件组成的《与贸易有关的投资措施协定》里,在股比上并未对坚持禁止当地出资要求,我国仍可以坚持50%股比底线政策不变。但随着经济全球化的加深,我国汽车市场更加进一步开放,更多利用外资限制措施也被禁止,控股权的争论将会越来越激烈,坚守股比底线也会变得越来越困难。外国跨国公司最终会跨越这道门槛,控股我国汽车企业。因此,我国汽车企业要从现实出发,但不能拘泥于现实。在对外开放的条件下,通过合作竞争来提高产品的竞争力,提升产业增值链,培育出国际水准的汽车品牌,这些是当前最为关键的。相对于控股权而言,技术和企业的控制权更为重要。只要我们掌握了控制权,我国汽车企业才不会沦为跨国公司在其全球战略中的一个棋子。
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