1、1896192019872006基于Simulink的混动/电动汽车统一模型架构设计与应用汽车电子控制技术国家工程实验室上海交通大学殷承良 教授Prof. Chengliang YIN目录开发需求与目标模型介绍模型的统一架构信号的灵活交互适用车型的多样性测试仿真中的拓展性应用案例总结未来开发工作开发需求与目标传统车辆与新能源车辆类型丰富统一建模的“平台化”概念，兼顾不同车辆类型Fuel Cell 燃料电池控制优化复杂程度与模型复杂程度相辅相成控制策略开发与建模仿真在开发过程中集成的需要面向不同开发需求，“模块化”设计提供不同的控制解决方案问题问题解决方案解决方案即插即用即插即用开发需求与目标目
2、录开发需求与目标模型介绍模型的统一架构信号的灵活交互适用车型的多样性测试仿真中的拓展性应用案例总结未来开发工作标准整车模型架构 驾驶员模型 环境模型 整车控制器 车辆模型可继承性架构 顶层结构、系统结构、部件结构 部件控制器、执行器、部件本体、部件传感器不同复杂度模型 标准化接口 开放的开发环境MATLAB/Simulink及其他工具包模型的统一架构用户自定义数据用户可自定义车辆数据用户可自定义测试数据根据需求确定模型复杂度发动机模型：静态Map图模型；基于物理建模模型具有重用性混合动力系统：单电机混合动力；双电机混合动力；四驱混合动力模型便于修改 基于MATLAB/Simulink 建模环境
3、适用车型的多样性不同复杂度的发动机模型稳态模型物理模型模型的统一架构标准化建模要求 各层模型的标准结构 标准化接口 封装性 可重复使用的元件库标准的三输入三输出模型标准的三输入三输出模型Effort=势信号势信号Flow=流信号流信号Controller=控制信号控制信号机械动力学部分机械动力学部分势信号= 力/力矩流信号 = 速度/转速电学部分电学部分势信号 = 电压流信号 = 电流FMvTIwVIR灵活的信号连接方式标准信号的定义（单位制、传递方向）信号总线的使用模型的统一架构信号总线对信号进行分类和传递信号总线对信号进行分类和传递e.g. 力矩信号的总线包括发动机、电机力矩信号顶层结构驾
4、驶员-车辆-环境-控制器 闭环系统EnvironmentVehicleVehicle ControllerDriver顶层结构EngineEngineMGAMGAMGBMGBGM 2-Mode Hybrid Electric Vehicle PowertrainOutputC2B1P1B2DamperPumpMGAMGBPC1S1P2PC2S2C1P3PC3S3EngineA typical block diagram of a control-oriented simulation model for two-mode power-split HEVICE & MotorsTorques &
5、 SpeedsElectric power flowTransmission2 2- -Mode Hybrid Electric Vehicle System within Uniform Mode Hybrid Electric Vehicle System within Uniform ArchitectureArchitectureTorqueTorqueBusBusSpeed Speed feedbackfeedbackBusBusElectrElectric ic Power Power BusBusPowertrainPowertrainInformatioInformation
6、busn bus信号的灵活交互后向仿真纯数字仿真用于验证模型的准确性和控制效果软件在环（SIL）测试实时代码生成代码生成S-Function编译纯数字仿真时可在主机上进行编译仿真，不需要I/O接口测试仿真中的拓展性硬件在环（HIL）Code generationCode Generation快速原型Code generation台架/实车试验Code generationCode GenerationI/OI/OI/OPlant/PrototypePC with I/OEmbedded ComputerPC with I/ORest of Vehicle is emulated数字仿真Stat
7、eflow/codingMATLAB/Simulink在开发过程的拓展应用测试仿真中的拓展性目录开发需求与目标模型介绍模型的统一架构信号的灵活交互适用车型的多样性测试仿真中的拓展性应用案例总结未来开发工作应用案例 I: 数字仿真THSTM Transmission Modeling in SimDriveline丰田混合动力耦合机构（THS）基于MATLAB/SimDriveline建模EnginePlanetary DEFMG1MG2耦合机构的力矩输入值根据实际仿真/测试方案，由仿真模拟或实际传感器信号提供* MMT(Multi-Mode-Transmission)一种先进的多模式混合动力变
8、速箱（Multi-Mode Transmission MMT）的仿真和台架测试方案* FGS PID 反馈控制架构* Zhu F, Chen L, Yin C, et al. Dynamic modelling and systematic control during the mode transition for a multi-mode hybrid electric vehicleJ. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 20
9、13, 227(7): 1007-1023.Input Engine应用案例 II: MMT 仿真与台架试验稳态仿真结果在NEDC 循环下, 实时控制策略使搭载MMT的混合动力车辆燃油经济性达到3.81L/100km ，与全局优化的结果3.66L/100km接近，证明了控制策略的可行性； 同样仿真结果显示MMT具有与THS相当的节油效果，并且只采用单电机结构，具有成本较低的优势.应用案例 II: MMT 仿真与台架试验瞬态仿真结果MMT 结构简图Fuzzy-Gain-Scheduling (FGS) PID 控制原理* Zhu F, Chen L, Yin C, et al. Dynamic
10、modelling and systematic control during the mode transition for a multi-mode hybrid electric vehicleJ. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 2013, 227(7): 1007-1023.应用案例 II: MMT 仿真与台架试验台架测试结果MMT 基于4T65E 变速箱进行机械结构上的改造台架试验的连接方式EV DriveHybrid
11、 Mode_2Hybrid Mode_3Hybrid Mode_3Hybrid Mode_4(EVT)Reg_brkCombined_brkEUDC循环的测试结果应用案例 II: MMT 仿真与台架试验Battery SimulatorHIL台架控制系统模型 统一模型架构可以移植到混合动力台架控制系统中 用于各种电池/发动机/电机/控制器在环测试 非实物部分由仿真模型计算并将响应控制信号输出给台架执行机构 台架丰富的传感器信号同样可以作为模型的输入信号应用案例 III: 台架控制模型的开发输入测功机输入测功机/实际发动机输入实际发动机输入目录开发需求与目标模型介绍模型的统一架构信号的灵活交互适
12、用车型的多样性测试仿真中的拓展性应用案例总结未来开发工作总结即插即用的功能使建模平台具有 应对不同车辆架构的 灵活性。统一模型架构的标准化定义使模型具有更好的可读性、可修改性和开放性。统一模型可广泛用于数字仿真、硬件在环、台架测试方案中。统一模型在开发过程中节省大量时间和资源。MATLAB/Simulink 及多样的工具链为模型的开发提供了便利的软件环境，便于开发。目录开发需求与目标模型介绍模型的统一架构信号的灵活交互适用车型的多样性测试仿真中的拓展性应用案例总结未来开发工作未来开发工作丰富不同复杂程度的模型，用于稳态、准稳态、瞬态仿真与优化采用硬件在环等多种测试方案验证模型的准确性完善五测功
13、机混合动力台架控制系统中的仿真模型继续在校企横向合作中完善模型的车辆架构部分和控制部分，形成完整的仿真开发流程，为企业节省开发时间和成本虚拟（仿真）部件虚拟（仿真）部件真实驱动真实驱动部件部件真实真实/虚拟部件虚拟部件真实变速器部件真实变速器部件控制控制/输入输出信号输入输出信号谢 谢 ！EnvironmentVehicleVehicle ControllerDriver混合动力汽车动力系统结构机械部分电力电子部分Signal transfer动力元件变速器/力矩耦合装置驱动链车辆动力学模型电子附件电力储能系统信号总线系统结构部件结构部件结构部件结构设计对应实际车辆上硬件的结构每部分根据仿真精度和速度的要求可进行修改与简化超级电容管理器DC-DC 管理系统电池管理系统继电器风扇加热器水泵冷却器电池模型超级电容模型内部细节与模型复杂度相对应控制器执行器本体传感器混合动力储能系统模型
