汽車動力經濟性仿真的案例
電動汽車的動力性經濟性計算
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《新能源汽車基本特征、參數與性能評價》，介紹了部分電動汽車的一部分基本特征，動力性，續航里程等評價指標。
設計仿真 | Adams FMI聯合仿真助力福特汽車優化燃油經濟性和NVH性能
動力傳動系模型
Adams與AMESim FMI聯合仿真
Adams FMI支持將Matlab或Easy5的Adams控制聯合仿真擴展到所有使用FMI聯合仿真標準的軟件。在這種情況下，福特的工程師使用Adams 3D傳動系統和整車模型作為聯合仿真主模型，使用AMESim1D變矩器滑移控制器模型作為聯合仿真從模型，目標是優化變矩器滑移，以滿足車輛的拖載NVH目標，同時最大限度地提高燃油經濟性。在Adams/Driveline中創建了一個傳動系統模型，包括一臺帶有三個支架的I4汽油渦輪增壓直噴(GTDI)發動機，一個帶鎖止離合器的液力變矩器，一個帶內軸和行星齒輪組的六速變速箱，以及一個帶有差速器、連接軸、半軸、萬向節和車輪的前傳動系統。該傳動系統模型使用Adams/Car集成到整車模型中。整車模型包括底盤、懸架、轉向、剎車和車輪子系統。AMESim變矩器模型是一個比例-積分-導數(PID)控制器，根據實際滑移量和期望滑移量之間的差異，提供對變矩器離合器的法向力。
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動力傳動系模型
Adams與AMESim FMI聯合仿真
Adams FMI支持將Matlab或Easy5的Adams控制聯合仿真擴展到所有使用FMI聯合仿真標準的軟件。在這種情況下，福特的工程師使用Adams 3D傳動系統和整車模型作為聯合仿真主模型，使用AMESim1D變矩器滑移控制器模型作為聯合仿真從模型，目標是優化變矩器滑移，以滿足車輛的拖載NVH目標，同時最大限度地提高燃油經濟性。在Adams/Driveline中創建了一個傳動系統模型，包括一臺帶有三個支架的I4汽油渦輪增壓直噴(GTDI)發動機，一個帶鎖止離合器的液力變矩器，一個帶內軸和行星齒輪組的六速變速箱，以及一個帶有差速器、連接軸、半軸、萬向節和車輪的前傳動系統。該傳動系統模型使用Adams/Car集成到整車模型中。整車模型包括底盤、懸架、轉向、剎車和車輪子系統。AMESim變矩器模型是一個比例-積分-導數(PID)控制器，根據實際滑移量和期望滑移量之間的差異，提供對變矩器離合器的法向力。
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汽車的動力性與經濟性的介紹及相關的計算分析
基于動力性指標的純電動汽車電機參數設計
達成度越大的指標說明初始指標定義過高；達成度越小的指標為100%，說明該指標是當前定義的所有指標中動力系統最難以達成的指標。
5.1 已知參數
純電動汽車設計階段，首先根據市場調研結果對車身參數與動力性指標進行初步定義。表1所示舉例為某車型的市場調研階段定義的動力性能指標，表2所示舉例為該車型整車及動力總成已知參數。基于以上公式在MATLAB中編制設計程序，設計結果如下。
5.2 設計結果
經過設計，被測電機的最高轉速為8900rpm，峰值功率為57kW，峰值扭力為155Nm。設計MAP如圖2所示。空載，標準載荷，滿載的動力性參數對比如表3所示：
圖2 電機MAP及其外特性設計結果
6 結論
電動汽車動力性指標與驅動電機參數的關系研究具有冗余設計的特點。將設計指標定義全面，各指標設計求算更合理，才能獲得更高精度的設計結果。本文總結了電動汽車的加速性能指標、爬坡性能指標、最高車速指標，并研究了各類指標的設計方法。實踐證明，該方法有效可靠，應用于電機選型設計階段。當電機選型確定并在市場上找到對應的電機供應商以后，為下一步汽車動力性經濟性仿真開發工作提供更精確的電機參數。
表3 設計結果
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項目背景
在車輛設計過程中，NVH性能和燃油經濟性往往必須相互權衡。例如，當發動機轉速低于2000轉/分鐘，車輛處于高速檔位時通常會出現拖拽現象。在這種情況下，當駕駛員踩下油門時，發動機很難給車輛提供動力，同時產生的扭矩相對較小，因此加速度較低。由于發動機低轉速和高負載下的低點火頻率，拖拽會產生高能級的低頻輸入。這些低頻輸入經常被駕駛員和乘客感受到，比如座椅導軌振動、方向盤振動和艙內轟鳴聲。
工程師試圖控制拖拽的主要方法之一是通過液力變矩器，該變矩器利用流體聯軸器將發動機的扭矩傳遞并放大到變速器。液力變矩器由泵、渦輪、葉輪和包含在充滿傳動液的腔內的定子組成，此外還有鎖止離合器和阻尼器組件。
離合器由電子控制，以提供所需的滑移水平。在需要時，離合器會鎖住，并
在發動機和變速器之間提供直接連接，從而達到接近100%的效率和最佳的燃油經濟性。在閉鎖模式下，發動機扭矩波動會直接傳遞到變速器，有可能導致傳動系統產生振動和噪聲。滑動變矩器可增加阻尼，降低傳動系統振動對發動機扭矩激勵的敏感性，并改善NVH性能。另一方面，由于流體聯軸器和離合器摩擦，滑移增加了損失，降低了燃油經濟性。
挑戰
在開發一種新車型時，工程師們要負責滿足各種經常相互沖突的性能目標。燃油經濟性和NVH性能是最重要的兩類目標。對于拖拽，NVH工程師通常負責保持變速器輸出軸的扭轉振動幅值低于目標值。NVH團隊自然更喜歡大的滑移，以幫助實現他們的目標，而負責燃油經濟性的團隊則希望滑移盡可能低，以實現他們的目標。到目前為止，直到在產品開發過程的后期階段，一輛原型車被制造出來并進行了測試，才有可能高精度地確定扭轉振動振幅。然而，在這個后期階段，設計被凍結了，更改成本相當高，可能會推遲生產。
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5 設計實例
通過最高車速、加速性能、爬坡性能三類指標的設計，可以看出電機的最大轉速僅與汽車最高設計速度有關，而電機峰值功率則與各指標均相關。因此對于電機功率設計是冗余設計，取滿足最苛刻指標的功率。
重新依據公式（1）～（12）逆向計算出真實指標與目標指標的偏差，作為指標達成度。達成度越大的指標說明初始指標定義過高；達成度越小的指標為100%，說明該指標是當前定義的所有指標中動力系統最難以達成的指標。
5.1 已知參數
純電動汽車設計階段，首先根據市場調研結果對車身參數與動力性指標進行初步定義。表1所示舉例為某車型的市場調研階段定義的動力性能指標，表2所示舉例為該車型整車及動力總成已知參數。基于以上公式在MATLAB中編制設計程序，設計結果如下。
5.2 設計結果
經過設計，被測電機的最高轉速為8900rpm，峰值功率為57kW，峰值扭力為155Nm。設計MAP如圖2所示。空載，標準載荷，滿載的動力性參數對比如表3所示：
圖2 電機MAP及其外特性設計結果
6 結論
電動汽車動力性指標與驅動電機參數的關系研究具有冗余設計的特點。將設計指標定義全面，各指標設計求算更合理，才能獲得更高精度的設計結果。本文總結了電動汽車的加速性能指標、爬坡性能指標、最高車速指標，并研究了各類指標的設計方法。實踐證明，該方法有效可靠，應用于電機選型設計階段。當電機選型確定并在市場上找到對應的電機供應商以后，為下一步汽車動力性經濟性仿真開發工作提供更精確的電機參數。
表3 設計結果
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【免責聲明】本文摘自《汽車科技》，版權歸原作者所有，僅用于技術分享與交流，非商業用途！
展開 電動汽車動力性計算仿真工具 ￥15
運用MATLAB2019b版本的APP Designer工具，編寫的用于電動汽車動力系統匹配計算及動力性仿真曲線繪制的小工具，具備基本的電機參數計算功能，可以快速、簡單、有效的進行驅動電機等性能參數的基本匹配。
電機動力參數匹配計算界面，如圖所示：
下圖為源程序文件，付費附件壓縮包包含所有的源代碼程序，版本MATLAB2019b。內部代碼計算公式均為參考相關資料及經驗所得，難免存在誤差，還請確認后購買，以免引起不必要的爭議！
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工具包含3個界面和，分別是主界面，如圖所示：
電機動力參數匹配計算界面，如圖所示：
以及動力特性曲線仿真界面，如圖所示：
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模型創建窗口：
整車參數模型：
詳細見附件，,珍藏資料，僅供個人學習參考。記得關注點贊啊！
純電動載貨車動力性和經濟型參數設計
在Cruise 軟件中建立仿真模型，如下圖：
圖5
3.2 仿真結果輸出
3.2.1 動力性仿真結果
表4
圖6
3.2.2 經濟性仿真結果
表5
4 道路試驗
為驗證參數匹配過程的合理性以及仿真模型的可信性和可行性，對純電動輕型載貨車進行道路試驗。
4.1 動力性試驗
空載和重載最高車速、加速能力、爬坡能力試驗參照標準GB/T 18385《電動汽車動力性能試驗方法》進行測試。
表6
4.2 經濟性試驗
重載（車貨總重4.25 噸）狀態下，等速40km/h、城市續航、綜合工況續航試驗方法參照標準GB/T18386-2017《電動汽車能量消耗和續駛里程試驗方法》。
展開 車輛NVH、耐久性、整車燃油經濟性仿真與試驗技術交流會
車輛NVH、耐久性、整車燃油經濟性仿真與試驗技術交流會
為推動國內汽車行業在NVH、疲勞耐久性、整車燃油經濟性領域的發展，LMS將于9月16日在上海舉辦“車輛NVH、耐久性、整車燃油經濟性仿真與試驗技術交流會”，此次交流會將分上、下午兩個專題，上午側重講解車輛行業的NVH及耐久性試驗最新技術和應用，下午側重介紹全新的整車燃油經濟性開發方法。同時也歡迎新老朋友們在9月15-17日上海光大會展中心舉辦的中國汽車測試展期間光臨我們的展位進行現場交流，展位號是4072。
會議信息：
日期：2015年9月16日（周三）
時間：上午半場 09:30-12:00（09:00-09:30簽到） — NVH及耐久性試驗最新技術及應用
下午半場 14:00-17:00（13:30-14:00簽到） — 全新的整車經濟性動力性開發方法
地點：上海光大會展中心國際大酒店 一樓 光韻3號廳（徐匯區漕寶路66號）
費用：免費
報名截止日期：9月13日
主要內容：（請選擇您感興趣的專題參加）
上午專題：NVH及耐久性試驗最新技術及應用 09:30-12:00
通過噪聲法規標準和測試
利用聲源遮掩技術分離通過噪聲貢獻源
動力總成測試新進展
LMS耐久性測試整體解決方案
下午專題：全新的整車經濟性動力性開發方法 14:00-17:00
潛在的節能減排措施的性價比及整車能量管理的基本概念
整車能量管理的方法
整車能量管理的流程
http://app.siemensplmevents.com/e/es.aspx?s=955&e=2667816&elq=828c6a5157eb4812bfd46d019181b2c2
展開 電動汽車電驅動系統動力性匹配設計
1.2 開發目標
整車動力性、經濟性是衡量電動汽車性能的重要指標，電動汽車設計必須滿足其動力性、經濟性需求。本次研究以動力性為研究方向，研究車型動力性參數需求見表2。
表1 整車參數
表2 開發目標
2 電機性能需求參數計算
電機系統的選擇主要由整車動力性決定，因此所選電機性能參數可根據整車動力性參數進行選擇。其匹配過程如下。
基于動力性的純電動汽車電機參數匹配-最高車速性能需求計算 ￥6
基于動力性需求的，采用MATLAB2019b版本的APP Designer編寫的最高車速性能需求電機參數匹配計算小程序，程序界面如下：以某款上市的4.5T純電動物流輕卡參數為例，進行電機的參數匹配計算；可以修改正常及最高車速需求參數，點擊計算按鈕后，即可完成電機的參數計算。
附件是開源可編輯源程序文件。
