ADVISOR2002应用与案例分析中文版

1、ADVISOR2002应用与实例分析Application of ADVISOR2002 with Examples 武汉理工大学汽车工程学院 张劼 编目 录第一章 ADVISOR介绍11.1写给读者的话1什么是ADVISOR，谁可从其运用中获益1如何使用本书21.2软件能力及预期使用21.3软件限制3第二章 ADVISOR的使用42.1使用GUI（图形用户界面）42.2定义车辆52.3进行仿真92.4观察输出结果15第三章 ADVISOR工作原理及机制183.1ADVISOR文档结构18文件交互作用及数据流18文件地址18文档命名习惯18在ADVISOR中添加文档19查看输入文档19从ADV

2、ISOR数据库中删除文档203.2动力传动系模型描述20燃料转换器和尾气排放后处理24电力组件29传动系31汽车、车轮和制动38混合动力控制策略44第四章 实例应用534.1简明应用53丰田普锐斯在不同驾驶循环工况下的表现53第一章 ADVISOR介绍1.1写给读者的话1.1.1什么是ADVISOR，谁可从其运用中获益ADVISOR（ADvanced VehIcle SimulatOR，先进车辆仿真器），最初源于美国再生能源实验室（NREL，National Renewable Energy Laboratory），该软件基于Matlab和Simulink平台进行开发和运行，并且集模型、数据和

3、脚本文件于一体。ADVISOR主要用来对各种车辆的行驶状态和燃油经济性进行快速分析，涉及车种包括传统汽车、纯电动车及混合动力车型。ADVISOR同时也支持对用户自定义的动力传动系统进行细致的仿真和分析。用户可以在ADVISOR自带的车辆数据库和算法基础上进行修改和自定义，得到最佳模型和算法，以便充分利用Simulink灵活的建模能力和Matlab强大的分析能力。ADVISOR对下述研究和活动具有积极意义： 对还未制造出来的车辆进行燃油经济性估计； 了解传统车辆、纯电动车以及混合动力车如何在整套动力传动系统中利用能量，以及能量在此间的损失情况； 比较几种车型的尾气排放情况； 为混合动力车的能源转

4、换设备优化其能源管理策略； 优化传动装置及变速器的齿轮比，减小燃油消耗并加强车辆性能，等等。ADVISOR中的模型： 多数基于经验，主要依靠在实验室测定的动力传动部件的输入/输出关系及性能； 属于准静止模型，所用数据是在稳定状态下（例如保持转速与转矩不变）测试得到的，然后利用瞬间作用（例如动力传动部件的转动惯性）来修正所测值。ADVISOR始自1994年11月，经历多次修改完善，旨在为美国能源部DOE（Department of Energy）开发某混合动力车的动力传动系统。1998年1月，ADVISOR经过清理和文件化后，对外界开放。至此，该软件逐步渗透到各企业与高校之中，采用率不断提高。目

5、前，ADVISOR已被AVL公司收购，处于项目冻结状态，不再提供版本更新。对外免费公开的版本是ADVISOR2002，另有2004版本可免费试用4个星期。随着汽车品种和汽车技术的不断发展，直接依靠软件自带的数据库和算法来进行模拟仿真，显然已经不够精准。由于ADVISOR完全基于Matlab和Simulink，用户可以方便地修改数据库中的参数及结构，亦可优化算法，使仿真效果达到最佳。1.1.2如何使用本书本书可用作初学者的起步指导，也可为有一定基础的使用者提供参考。初学者可按如下步骤循序渐进地学习和掌握ADVISOR： 浏览第一章的介绍，获取相关领域的背景，了解ADVISOR作用； 阅读第二章的

6、主要使用方法说明，掌握ADVISOR的使用技巧和特点； 阅读第三章的ADVISOR工作原理及附录，更好地掌握、理解ADVISOR的假设条件及文件输入/输出功能，提升软件应用能力。1.2软件能力及预期使用ADVISOR利用基础物理学和汽车部件在实验室测定的性能，来对已经存在的车型或未来车型进行建模。其真正强大之处，就在于对未制造出的车辆进行性能预测。“如果像这样来造一辆车，会是什么性能呢？”ADVISOR正是用来解答此类问题。解答结果通常就是给出一系列的指标，例如燃油消耗、尾气排放、加速及爬坡性能等。通常，使用者需要完成两个步骤： 利用已测定的部件和估计部件，定义出需要仿真的车，并且完善所有数据

7、；. 为车辆定义循环行驶试验工况以及道路等级。ADVISOR将所建汽车模型置于定义的状态下进行仿真，确保汽车在最佳性能下行驶，测定每一瞬间的转矩、速度、电压、电流以及动力在各部件间的传递情况。ADVISOR允许使用者求解如下的问题： 测试汽车可以按照定义循环行驶工况完成运行吗？ 测试需要消耗多少燃油或者电能？ 动力传动部件传递的峰值功率怎样？ 充电状态下，电池在整个循环中的波动情况如何？ 活塞发动机产生的转矩和转速是怎么分配的？ 变速器平均效率如何？通过重复改变汽车参数及循环行驶工况，使用者可接着解答如下的问题： 在何种等级的路面上，车辆可以大致保持90km/h？ 选配最小的发动机，但要让车辆

8、在12s内从0加速到100km/h； 3s内由65km/h加速到100km/h，要怎样操作才能使油耗最少？ 燃油经济性对哪个因素最敏感，质量、空气动力学因素、车辆型号变化还是部件变化？ADVISOR的GUI（Graphical User Interfaces，图形用户界面）和其他脚本文件可以自动解答这些问题。其他问题需要使用者手动操作，甚至编程解答。由于ADVISOR是模块化的，它的各种部件模型可以轻松扩展和改进。例如，电池的电化学模型（包括扩散、极化和热作用）可以很容易地放入仿真汽车中，与发动机模型协同作用，按照测试得到的效率图进行工作。当然，对动力传动部件或其他任何部分的模型进行改进和细化

9、，都要求对Matlab和Simulink工作环境较为熟悉。1.3软件限制ADVISOR主要用于分析，而非设计ADVISOR已发展为一款分析软件，从一开始就没有试图去解决详细的设计问题。它的部件模型是准静止的，不能预测小于0.1s时间范围内的一些现象。机械振动、电场振荡等动态特性不能通过ADVISOR仿真。这时，需要与其他一些软件（如Saber、Simplorer、Sinda/Fluint）连接，在这些软件中得到数据，然后传回ADVISOR，来改善ADVISOR对动态问题的解决能力。作为一款分析软件，ADVISOR将所需车速作为一个输入项，据此来决定传动系的转矩、速度和功率，以便配合车速。此时，

10、信息流的方向为轮胎车轴变速箱，与动力传动系统的传递方向刚好相反，因此ADVISOR被称为背向车辆仿真。另一种仿真方式即为前向车辆仿真。这种方法需要一个驾驶员模型来感知当前车速，并根据所需车速来做出反应（加速或者制动），动力传动系统也会因此做出反应，改变转矩。这种仿真方法非常适合控制系统的设计，例如集成电路和PC板的实现层面设计。ADVISOR非常适合做估计工作；通过反复改进模型并进行测试，也可用来设计控制逻辑和管理策略。据此，我们可以定义诸如“当发动机输出转矩低而电池电量高时，断开发动机”这样的命令。ADVISOR可执行的控制逻辑，就是使用者希望车辆所做的动作。然而，更加具体的控制系统设计（例

11、如如何利用硬件来实现控制逻辑）涉及到如何让车辆完成定义的动作，这就不是ADVISOR的应用初衷了，因此无法用ADVISOR来解答这些问题。电能转换器使用功率总线ADVISOR中，电气部件与其他部件的连接主要考虑功率，而非电压和电流。当与其它软件（如Saber和Simplorer）建立连接时，ADVISOR可以为使用者提供电压总线。驱动轴只能为单轴车辆动态计算需要牵引力控制模型和轮胎滑移模型，这些模型是假设驱动轴仅为前轴的情况下建立的。如果想要建立后轴驱动车辆的模型，只需简单的几步就可修正重量转移的计算。作为例子，一个车轮文件已经被修改过并存于软件文档中。若要建立四轮驱动车辆的模型，就必须涉及S

12、imulink的重新编程。第二章 ADVISOR的使用这一章将着重讲解利用GUI及Matlab命令行的简单指令，来使用ADVISOR。2.1使用GUI（图形用户界面）首先介绍如何启动ADVISOR。由于Matlab版本不断升级，在装载ADVISOR2002工具包后，必须利用advisor2002patchforR13.m文件对其进行更新，以便适应高版本的Matlab。现在推荐的启动方式为：先启动Matlab，进入其工作界面；在命令栏输入“advisor”并回车，或在路径窗口中找到advisor.m文件，进入文件并点击运行按钮。启动后的欢迎界面如图所示。图2.1.1 ADVISOR的欢迎界面首先

13、，可以在单位（Units）栏中选择使用公制单位还是英制单位。右侧为主要按钮：Start 开始按钮，即进入使用；Help 帮助按钮，可进入ADVISOR自带的帮助文档；Copyright and Disclaimer 版权及否认声明；Exit 退出。在开始键上方还有个下拉菜单，使用者可以把经常要使用的模块添加到菜单里（点击下拉键，选择edit list来实现添加，如图所示），在开始仿真前就选好模块，提高效率。 图2.1.2 利用下拉菜单预先选择模块2.2定义车辆点击Start进入定义值输入界面。进入后可看到一系列定义车辆的缺省值，如图2.2.1所示。图2.2.1 定义值输入界面动力传动类型选择从

14、动力传动类型的菜单（界面右部顶端第二个下拉菜单，名为“Drivetrain Config”）中选择车辆的动力传动构造类型（例如串联型、并联型等等）。一旦更改类型，会导致左侧的汽车图示一起改变，以便形象地显示现在所选的动力传动结构。选定动力传动类型后，此种类型所需的各个部件也会做出相应的更改调整。这里将缺省值parallel(混合动力车，发动机与电动机并联)改为conventional（传统汽车），变化如图2.2.2所示。可以明显看到，图示车辆的动力传动结构变成了熟悉的传统布局。图2.2.2 更改Drivetrain Config后的效果各部件的选择选定好动力传动类型后，可针对汽车的各个组成部件

15、进行类型选定。可在右侧中部的一系列表单中进行选取，例如发动机的类型、轮胎类型、电池组类型等等,如图2.2.3所示。亦可在左侧图上点击相关的部件来进行修改，如图2.2.4所示。图2.2.3 右侧的选择表单图2.2.4 点击左侧图例的轮胎，跳出的编辑对话框编辑变量选择好汽车所需的部件后，可以对各项输入变量进行修改。一种方法是通过右下角的变量表单来进行修改。如图2.2.5所示，在部件栏中选择部件，在变量栏中选择该部件的某项变量，然后点击编辑变量Edit Var按钮，就可自定义此变量的数值了。定义界面如图2.2.6所示，View All可以查看曾经用过的值，Help可以查看该变量的属性和单位。图2.2

16、.5 部件变量修改栏图2.2.6 变量定义界面另一种修改方式就是在右侧的方框内直接输入数值。例如修改发动机的最大功率（max pwr），增加峰值效率（peak eff），如图2.2.7所示。 图2.2.7 直接在数据框内修改变量 图2.2.8 三个质量的定义这里要注意右下角三个定义质量的方框，如图2.2.8所示。第一个Cargo Mass是装载质量，第二个Calculated Mass是汽车质量，第三个override mass是优先质量，若选择了优先质量并定义数值后，该值就会取代汽车质量来进行运算。载入和保存汽车构造点击右侧顶部第一个按钮Load File或下拉菜单，可以载入特定的汽车构造。

17、点击底部的保存按钮Save，可以将当前的汽车构造保存起来，保存形式为“文件名_in.m”。保存好的汽车构造文件可以在载入下拉菜单中找到并应用。查看部件信息在左侧中部有两个下拉菜单，通过第一个菜单选择不同部件，通过第二个菜单选择不同的图示，这样就可以在下方的图示区查看部件的各项信息。如图2.2.9所示。 图2.2.9 查看各部件的信息自动尺寸点击自动尺寸按钮Auto-Size，软件将自动为选定的汽车匹配参数，使其满足加速和爬坡要求。这些匹配参数主要有发动机转矩范围、电动机转矩范围、能量存储模块（主要就是电池）数量和汽车质量等。设定最小转矩范围时，必须使峰值输出功率达到45kW。电池数量必须限制，

18、使其产生的最大名义电压为480V。缺省工况为坡度保持在最小为6%，速度保持为90km/h，并且汽车0-100km/h加速时间要小于12s，0-135km/h加速时间小于23.4s，65-100km/h加速时间小于5.3s。后退与继续按钮点击后退按钮Back，可回到开始界面，这样做会丢失所有的未保存信息。点击继续按钮Continue，将会进入仿真模拟设置界面，如图2.2.10所示。图2.2.10 仿真模拟界面2.3进行仿真仿真模拟界面提供多种测试方案，可以任意选择来测试已经定义好的车辆。行驶循环工况选择点击右侧第一个圆点单选按钮，此时行驶循环工况的功能激活，如图2.3.1所示。在下拉菜单中有一系

19、列的行驶循环工况（Drive Cycle）可供选择。在这里还能设置循环工况的重复次数（# of cycles）、电池充电状态修正（SOC Correction）和初始条件（Initial Conditions）。过滤器（Cycle Filter）使得所选循环工况平滑输出。图2.3.1 行驶循环工控的选择自定义形式循环工况除了应用软件已有的循环工况，使用者也可建立自己需要的循环工况。点击Trip Builder按钮，就可进入编辑界面，如图2.3.2所示。在Cycle1-Cycle8中选择不同的工况，并修改重复次数，这样就能生成了自己所需的工况了。图2.3.2 自定义行驶循环工况附加载荷点击附加载

20、荷按钮，跳出编辑界面，如图2.3.3所示。通过该界面可以选择不同的附加载荷（主要是各种电器及附属设备在车辆行驶时的消耗），并且定义这些载荷在循环工况的作用时间段。图2.3.3 附加载荷设置界面电池充电状态修正这里提供两种SOC修正方式：线性修正和零增量修正。线性SOC修正方式进行两路仿真模拟：第一路给出SOC的正变化，第二路给出SOC的负变化。修正后的变量值（如每公里耗油量和排放等）按照线性关系，从SOC的零变化状态插入到两路模拟的数据点中。零增量修正方式则是调整初始SOC，使得仿真计算时的SOC始终在0处，不产生变化（波动范围在±0.5%）。如图2.3.4所示。电池修正是为了了解不

21、使用电池时车辆的性能状态。 图2.3.4 SOC修正方式恒定路面坡度点击恒定路面坡度Constant Road Grade前的方框进行勾选，再修改参数，就可以为行驶循环工况设定一个始终不变的路面坡度。如图2.3.5所示。图2.3.5 恒定路面坡度设定互动仿真点击互动仿真Interactive Simulation前的方框进行勾选，就会进入互动仿真界面。该界面提供实时的互动仿真，如图2.3.6所示。图2.3.6 互动仿真界面多循环测试有时需要用几种不同的行驶循环工况来对车辆进行测试，这时可以利用多循环测试功能一次性完成，而不需要一次次重复进行做测试。如图2.3.7所示，先选中多循环测试Multi

22、ple Cycles前的圆点单选按钮，然后单击Multiple Cycles按钮，可进入多循环的选择界面，如图2.3.8所示。在这里就可以选择需要用来测试的多种循环工况图2.3.7 多循环测试的选择图2.3.8 多循环设置界面特定程序测试选择该功能时，使用者可以在下拉菜单中选择所需的测试类型来进行仿真。如图2.3.9所示。图2.3.9 测试程序设置加速测试选择加速测试Acceleration Test前的勾选方框，然后点击加速测试选项Accel Options，如图2.3.10所示，可进入加速测试的编辑界面，如图2.3.11所示。定义好加速测试的参数后，加速测试就被添加到所选循环工况中。在仿真

23、结果中将会显示加速时间、最高加速度和5s内的加速距离。在循环工况菜单中选择CYC_ACCEL，就可以查看加速测试每一秒的状态。图2.3.10 加速测试的选择图2.3.11 加速测试编辑界面爬坡能力测试功能和使用方法与加速测试相似，如图2.3.12和图2.3.13所示。选择爬坡能力测试Gradeability Test后，结果界面将会给出在设定速度下的最大爬坡度。 图2.3.12 爬坡能力测试的选择图2.3.13 爬坡能力测试编辑界面参数研究点击参数研究Parametric Study，可以观察3个以内参数的变化对汽车性能的影响。参数的上下限可以设置，取值点数也可设置。如图2.3.14所示。图2

24、.3.14 参数研究的设置载入仿真设置点击载入仿真设置按钮Load Sim Setup，可以调用以前保存的仿真。优化控制策略变量点击优化控制策略变量按钮Optimize cs vars，弹出控制策略变量的编辑菜单，如图2.3.15所示。对其中的参数进行修正，以便生成使用者所需的最佳控制策略。图2.3.15 控制策略变量的优化保存点击保存按钮Save，将当前的仿真设置保存下来。计算点击计算按钮Run，计算机就对当前的仿真设置进行运算求解，等运算完成后将自动弹出结果界面。2.4观察输出结果结果界面结果界面如图2.4.1所示，可以给出多项总结性结论（如燃油经济性、排放和总行驶距离等）。该界面左侧为图

25、示区域，使用者可以选择不同的变量（从右侧的下拉菜单中选择，如图2.4.2所示）来观察其随时间的变化情况，图示区域的出图数量可以选择，但最多不超过四张。如果在仿真界面选择了加速和爬坡能力测试，其测试结果也会显示出来。图2.4.1 结果界面 图2.4.2 选择要出图的变量点击能量利用界面按钮Energy Use Figure，将会弹出一个界面，用以展示仿真过程中汽车能量的利用和转化情况，如图2.4.3所示。点击输出检测图按钮Output Check Plots，将会输出一系列的车辆状态图，这些图中有的是不在时域下的，故方便使用者查看和调用。点击重现按钮Replay，可以再次演示动态互动界面上的内容

26、。此功能在特定程序测试和多循环测试状态下无效。图2.4.3 能量利用界面点击工具菜单tools，选择发动机运转情况FC operation，可以看到整个仿真过程中发动机转速和转矩的选取情况，以及燃油的利用情况，如图2.4.4所示。图2.4.4 发动机运转情况参数研究的结果界面如果在仿真设置里选择的是参数研究，那么计算结果也会自动给出。对于两参数研究（三维图，X、Y轴为两个研究参数，Z轴为汽车的某项性能指标），旋转按钮可以让使用者看到图的任意一边。对于三参数研究（X、Y、Z轴各代表一个研究参数，汽车的性能指标以色彩表现），可以绘出任意切面。轨迹偏移分析当仿真车辆偏离预定的行驶循环工况时，轨迹偏离

27、分析文件夹trace_miss_analysis class被自动调入进行运算。运算后得到偏离严重程度的数据信息，该信息显示在结果界面的警告/消息（Warnings/Messages）窗口中。第三章 ADVISOR工作原理及机制3.1ADVISOR文档结构图3.1.1 ADVISOR文档结构3.1.1文件交互作用及数据流 输入脚本 定义工作空间的变量，也能调用其他输入脚本。例如MC_PM32.m。 模块 为Simulink文档，文档包含用来计算输出量的方程式，比如通过发动机的工况图来计算燃油消耗。这些模块都是模型，例如BD_PAR.mdl。 输出脚本 通过查询工作空间来对模型的输出进行后处理。

28、这些后处理包括绘图和检错两大部分，例如chkoutputs.m。 控制脚本 既可对输入进行改进，也可对输出进行处理。例如ADVISOR GUI和优化程序。3.1.2文件地址ADVISOR主路径（例如C:ADVISOR或C:Program FilesADVISOR）下还包含若干个子路径。这些子路径主要为数据、GUI和模型路径，其下包含相关文档。3.1.3文档命名习惯所有的模型和数据文档都用“前缀_*”来表示，该前缀和定义变量用的前缀一致。使用到这些变量的Simulink块的结尾都会给出该前缀，置于尖括号< >中。这里给出ADVISOR部件文档的类型：ACC_*.M Accessory

29、 load files 附加载荷文档。CYC_*.M Driving cycle files, which define variables starting with cyc_, used in the block labeled <cyc> 驾驶循环工况文档，其定义的变量以前缀cyc_开头，这些变量在标有<cyc>的块中被使用。ESS_*.M Energy storage system data files, which likewise define variables starting with ess_, used in the block labeled &

30、lt;ess> 能量存储系统数据文档，其定义的变量以前缀ess_开头，这些变量在标有<ess>的块中被使用。EX_*.M Exhaust after treatment files (such as catalysts) 处理后的排放（如三元催化）文档。FC_*.M Fuel converter data files 燃油转化器（发动机）数据文档。TX_*.M Transmission data files (these include gearbox-gb and final drive-fd variables) 传动系数据文档（包括变速箱gearbox-gb和主减速器f

31、inal drive-fd变量）。GC_*.M Generator/controller data files 发电机/控制器数据文档。MC_*.M Motor/controller data files 电动机/控制器数据文档。PTC_*.M Powertrain control data files, which define engine control, clutch control, and hybrid control strategy variables starting with vc_ and cs_, used in blocks labeled <vc> an

32、d <cs> 动力系控制数据文档，定义了发动机控制、离合器控制和混合控制策略变量，以前缀vc_ 和cs_开头，这些变量在标有<vc>和<cs>的块中被使用。TC_*.M Torque coupler data files 转矩耦合器数据文档。VEH_*.M Vehicle data files 汽车数据文档。WH_*.M Wheel/axle data files 轮/轴数据文档。除了上述部件数据文档，还有另外一类使用前缀的文档：BD_*.MDL Simulink block diagrams (models) Simulink模块（模型）。所有文档名的前缀

33、都使用大写字母，而变量名的前缀使用小写字母，这样可避免混淆。3.1.4在ADVISOR中添加文档最简单易行的方法就是对已有的同类型文档进行修改，然后以新文档名保存。当然，新文档名也要保持ADVISOR的命名规则，存于适当路径下。这样就可保证，用来定义部件的变量都包含于文档内，不至于出现错误。在GUI中点击相关按钮可弹出窗口，引导使用者来添加车辆部件或驾驶循环工况文档。查看输入文档部件文档和几乎所有ADVISOR文档都是text文本文档（除了包含Matlab确切数据的mat文档），可以通过任何text编辑器来查看和编辑。在Matlab路径窗口找到要查看的文档，双击进入，就可在Matlab平台上实

34、现查看和编辑。在命令窗口输入“type 文件名”，按回车键执行命令，也可快速调出文档。3.1.6从ADVISOR数据库中删除文档最简单的方法就是利用操作系统来删除，当然也可在Matlab平台上操作。在命令窗口输入“!rm 文件名”，按回车键执行即可。3.2动力传动系模型描述ADVISOR有六种不同的汽车类型和两款特定的车型可供选择，如表所列。每种类型都有不同的动力传动系。除了上述八项外，ADVISOR还提供了自定义动力传动系的选项。动力传动系模型类型1传统型Conventional6纯电动汽车Electric Vehicle（EV）2串联型Series7丰田普锐斯Prius jpn3并联型Pa

35、rallel8本田Insight4并联sa型Parallel sa9自定义Custom5燃料电池型Fuel Cell表3.2.1 动力传动系分类传统型动力传动系Conventional Drivetrain传统汽车代表着最为典型的乘用车，只使用一个燃油转化器（即发动机）来产生动力。在ADVISOR中，默认的变速箱为5档，传统的恒定机械动力负荷附带在模型里。图3.2.1所示即为传统型汽车在ADVISOR中的模型。图3.2.1 传统汽车模型串联型动力传动系Series Drivetrain串联型汽车的组件包括发动机、发电机、电池和电动机。发动机并不直接驱动车辆，而是通过发电机将机械能直接转化成电能

36、，所有驱动车辆的转矩皆由电动机提供。默认的变速箱为1档，默认的控制策略是一种适用于串联动力的方案。混合型的恒定电动力负荷附带在模型里。图3.2.2所示即为串联型汽车在ADVISOR中的模型。图3.2.2 串联型汽车模型并联型动力传动系Parallel Drivetrain并联型汽车的组件包括发动机、电池和电动机。之所以称为并联式，是因为电动机和发动机都可以提供转矩以驱动汽车。电动机亦可充当发电机，在制动时起作用并对电池充电。默认的控制策略是一种电力辅助策略，默认的变速箱为5档。混合型的恒定电动力负荷附带在模型里。图3.2.3所示即为并联型汽车在ADVISOR中的模型。图3.2.3 并联型汽车并

37、联sa型动力传动系Parallel Starter/Alternator Drivetrain并联sa型汽车的组件包括发动机、电池和电动机。sa是起动机（starter）和交流发电机（alternator）的缩写，之所以这么称呼，是因为这里的电动机表现得如同传统型汽车中的起动机和发电机。这个电动机允许发动机关闭、重启并提供最小电力辅助。此设计属于并联型，这是由于电动机和发动机都可以提供转矩来驱动汽车。并联sa型和基本并联型最大的区别在于离合器的位置：并联sa型的离合器位于变速箱和力矩耦合器之间，基本并联型的离合器则位于力矩耦合器和发动机之间。这样的设计意味着当汽车在行驶时，若离合器处于闭合状态

38、，则发动机和电动机的轴都会转动。电动机亦可充当发电机，在制动时起作用并对电池充电。默认的控制策略是一种电力辅助策略<Parallel.htm>，默认的变速箱为5档。混合型的恒定电动力负荷附带在模型里。图3.2.4所示即为并联sa型汽车在ADVISOR中的模型。图3.2.4 并联sa型汽车燃料电池型动力传动系Fuel Cell Drivetrain燃料电池汽车的组件包括燃料转换器、电池和电动机。该设计与串联型混合动力非常相似，只是将发动机和发电机换成了燃料电池。默认变速箱为1档，默认控制策略为“自动调温器”策略：当SOC到达最低设定点（cs_lo_soc）时，燃料转换器打开；当SOC

39、到达最高设定点（cs_hi_soc）时，燃料转换器关闭。混合型的恒定电动力负荷附带在模型里。图3.2.5所示即为燃料电池型汽车在ADVISOR中的模型。图3.2.5 燃料电池汽车纯电动汽车动力传动系Electric Vehicle (EV) Drivetrain纯电动汽车组件包括电池和电动机，只使用电力驱动。电动机亦可作为发电机，来收集制动时的能量，储存于电池之中。电池刚开始是充满电的，即SOC值为1.0。默认的变速箱为1档。恒定电动力负荷附带在模型里。图3.2.6所示即为纯电动汽车在ADVISOR中的模型。图3.2.6 纯电动汽车普锐斯动力传动系Prius Drivetrain普锐斯动力传动

40、系是丰田混合动力系统的一种模式，其中包含动力分离装置（也就是一个无级变速器，包含一套行星齿轮系统）。发电机连接在太阳轮上，电动机连接在外齿圈上，发动机连接在行星架上。根据不同的模式选择，发电机和电动机对动力分离装置输入或输出动力。由于采用了无级变速器，普锐斯无需换挡。倒档为单一的电动机模式，此时发电机带动发动机。发电机上的力矩可以控制它和发动机的速度。注意，普锐斯没有离合器。图3.2.7所示即为普锐斯在ADVISOR中的模型。图3.2.7 普锐斯本田Insight动力传动系Insight DrivetrainInsight动力传动系是本田Insight混合动力系统的一种模式。它拥有一个并联sa

41、型动力传动系的版本，ADVISOR即采用这个版本。自定义动力传动系Custom Drivetrain自定义动力传动系界面允许使用者将自己制作的模块连接到ADVISOR中。使用者必须先定义详细的模块，激活并选择合适的组件。在默认情况下，custom_default_in中保存的车型为传统汽车模型。通过从动力传动系界面菜单中选择模块，使用者可以定义出自己感兴趣的模型。改动变量和组件属性的方法与正常情况下相同。图3.2.8 传统型汽车在ADVISOR中的模块结构如图3.2.8所示为传统型汽车在ADVISOR中的模块结构。注意，大多数的模块有两路输入和两路输出。每个模块都会通过和改变对力矩和速度的要求

42、，达到要求的或者说实际的力矩和速度会依次通过每个模块。靠上的箭头，从左向右指向，是力矩和速度要求。行驶循环需要一个给定的速度。在行驶循环和力矩产生器（这里即为内燃机）之间的每个模块都会通过输出，计算自己所需的输入。这种计算是依据能量损失、速度的升降和性能限制等因素展开的。在模块结构的终端，内燃机利用所需输出的力矩和速度，来决定需要传送多大的力矩和其最大速度。该信息反馈回左端，每个组件根据输出决定自己的实际输入，方法如上段所述。最后汽车模块（vehicle block）根据接收到的牵引力和速度限制计算出汽车的实际速度，并且利用这个速度来计算下一个时间步长内的加速度。这样的计算循环会在整个驾驶循环

43、中持续。3.2.1燃料转换器和尾气排放后处理普通燃油转换器（发动机）发动机模块如图3.2.9所示。燃料利用和环氧乙烷排放模块如图3.2.10所示。图3.2.9 发动机模块图3.2.10 燃料利用和环氧乙烷排放模块在汽车子系统中的作用发动机模块用来模拟汽车的动力源。对于内燃机来说，这是将燃料转换成可用能量（机械转动）并提供给动力传动系的装置。该模块被用在多种汽车结构中，包括串联型、并联型和传统型汽车。模拟方法描述其他子模型计算出发动机需要提供的速度和转矩，发动机模块根据这些数据来决定自身的工作点以满足要求，这其中也考虑到了内部损耗和附加载荷。发动机控制器模块不使发动机的运行超出其正常的速度和转矩

44、范围。控制器在离合器分离时也会决定发动机速度。一旦适合的速度和转矩被决定下来，这些数据就会传回其他汽车模块。这些数据也用来决定每个时间步长的燃油使用和排放。燃油使用和排放的数值是存储在表单之中的，依靠速度和转矩来索引。温度修正因子运用于冷启动来改变燃料利用和排放的大小。缸径和活塞行程修改点击输入界面上的“fuel converter”按钮，然后选择“Scale Bore/Stroke”按钮可以实现对缸径和活塞行程的修改。如图3.2.11所示。图3.2.11 修改缸径和活塞行程的按钮这种修改限于三类发动机，分别为进气口喷射汽油机、直喷柴油机和直喷分层燃烧发动机。修改界面如图3.2.12所示。图3

45、.2.12 修改界面燃料电池汽车的燃料转换器燃料电池汽车的燃料转换器模块如图3.2.13所示3 燃料电池汽车的燃料转换器模块在汽车子系统中的作用燃料转换器模块用来模拟汽车的动力源。对燃料电池来说，这是将燃料转换成可用能量（电能）的装置。该模块在串联型汽车机构中起作用。模拟方法描述其他模块计算出所需的功率，燃料转换器模块根据这些数据决定工作点来满足需求，这其中也考虑到了附加载荷。一旦可供给的功率被决定下来，这些数值就会传回其他汽车模块。这些数值也被用来决定每个时间步长的燃料使用和排放。燃料使用和排放的数值储存在表单中，利用燃料转换器的功率来索引。温度修正因子运用于冷启动来改变燃料利用和排放的大小

46、。燃料电池汽车模块中的燃油转换器模型是由三个不同的燃料电池模型组成的，在任意一次模拟中，只有其中一个被选中使用。用户可以通过修改fc_fuel_cell_model的参数（就是三个模型的编号）来指定使用三个模型中的一个。这三个模型分别是功率效率模型、极化曲线模型和外部模型GCTool。功率效率模型需要使用者提供燃料电池外功率和外燃油使用和排放，故当使用者对指定燃料电池的运行特性不感兴趣时，使用此模型最佳。极化曲线模型要求使用者提供更为详细的燃料电池系统信息，包括燃料电池的电压电流特性和燃料电池助剂的功率需求特性。系统的外功率即为燃料电池堆栈产出的功率减去助剂需求的功率。燃料的使用和排放则取决于

47、电池的工作点。最后，基于GCTool的模型要求使用者将GCTool安装于相关机器上。GCTool是美国阿尔贡实验室为设计燃料电池而开发的计算软件。该模型将允许GCTool参与并计算出每个时间步长的输出功率、燃料使用和排放的数值。发动机控制（传统型汽车）发动机控制模块如图3.2.14所示。图3.2.14 发动机控制模块在汽车子系统中的作用发动机控制主要用来决定发动机的开关及曲轴速度。发动机控制器产生的控制信号被用来决定燃料使用、转矩传递和实际曲轴速度。模拟方法描述发动机控制的目标主要有两块：发动机状态（开/关）和速度命令。如果启动钥匙处于“on”的状态（vc_key_on），则引擎处于开启状态，

48、离合器闭合（这意味着转矩是需要的）。如果离合器是分离的，则发动机处于怠速而不是熄火，由vc_idle_bool控制。如果启动钥匙处于“off”的状态，则发动机也会处于关闭状态，亦由vc_key_on控制。当变速器在换挡时，发动机即使未处于怠速状态也不会熄火。除了起步状态，离合器处的要求速度与速度命令是一致的。若离合器处于分离状态，汽车停止并且1秒后会开动，则发动机转速不低于vc_launch_spd。同样的，发动机处于工作状态时转速不低于vc_idle_spd。排放系统排放系统模块如图3.2.15所示。图3.2.15 排放系统模块在汽车子系统中的作用排放系统模块主要用于模拟汽车发动机的排放后处

49、理系统。对内燃机而言，排放系统包括排气歧管、中段管、催化转换器和消声器。排放系统应用于多种汽车结构中，包括并联型、串联型和传统型汽车。排放系统的主要输出为各种尾气管排放物（HC、CO、NOx和PM），单位为g/s。其他的输出为各排放系统组件的温度，以及废气进入和离开各组件时的温度。模拟方法描述催化转化效率与温度相关，储存于载体（表单）之中。另外，在高排放流速下会产生催化效率调整（降低），每种排放组分的转化量（g/s）都有一个上限。尾气排放就是发动机外排放和总体催化效率叠加的产物。催化温度的计算使用集总热容法。集总热容不仅布置于主要转换组件（整装催化剂、外壳、其余部件）上，也被布置在中段管和歧管

50、处。热交换关系式被用来估计从热废气到组件，以及从组件到周围环境的对流换热系数。辐射损耗也被考虑其中。在转换器中，催化剂的热量是通过每秒被催化的排放组分（HC、CO、NOx和PM）来估计的。这些热量被添加到转换器加热速率中。3.2.2电力组件发电机/控制器发电机/控制器模块如图3.2.16所示。图3.2.16 发动机/控制器模块在汽车子系统中的作用发电机/控制器模块将热机产生的转矩和速度转换成为电能，提供给电力总线。模拟方法描述发电机/控制器模块包含了发电机和控制器能量损失的影响、发电机惯性、发电机速度对转矩能力的影响以及控制器的电流限制。功率损失被制成了一张二维表，利用转子速度和输入转矩来索引

51、。发电机的最大转矩是强制使用转子速度来索引的，这就限制了电力产出，但不会反馈给转矩产生器。能量存储系统简介在混合动力汽车中，电池可能是最难理解和建模的组件。虽然电池看似就是个简单的电能存储设备，但当其充放电时，其中经历的电化学过程与温度息息相关，很难模拟。因此，电池的电气性能是包含各种不断变化的参数的非线性函数。一个电化学电池性能的动态模型实际就是两方面的折中：一方面是模型尽力包含所有对电池相关的影响，另一方面是所建模型能在合理的时间内实际工作。ADVISOR拥有四种不同的电池模型。1.最新开发出的RC模型（电阻电容），电池具有瞬态效应。2.Rint模型（内阻），电池为一具有内阻的电压源，Ri

52、nt电池模型的建模主要基于爱达荷国家工程实验室对富液式铅酸电池的建模工作。ADVISOR利用这种基本结构来大致模拟各类电池技术。3.第三种模型为基础铅酸电池模型，由杨百翰大学为国家再生能源实验室开发。4.第四种为神经网络模型，也是针对铅酸电池的，由科罗拉多大学为国家再生能源实验室开发。电动机/控制器电动机/控制器模块如图3.2.17所示。图3.2.17 电动机/控制器模块在汽车子系统中的作用电动机/控制器模块将转矩和速度的需求转化成电功率的需求，将电力输入转换成转矩和速度输出。模拟方法描述电动机/控制器模型包括了电动机和控制器的能量损失、转子惯性和电动机速度对转矩能力的影响。功率损失被制成一张

53、二维表，利用转子速度和输出转矩来索引。电动机的最大转矩强制使用转子速度来索引。电动机控制模块在电动机/控制器模块之外，用来确保控制器的最大电流不超过限制，并在不需要电动机时关闭它。可用转矩是通过可用功率来计算得到的，这里假设对于计算出的要求实际情况，转子转矩与输入功率的比例总是相同。这就是在数学上假设电动机/控制器的效率相等。用于实际可用计算的转子速度是在“需求（request）”分支中计算得到的。电动机控制器逻辑电动机控制逻辑模块如图3.2.18所示。在汽车子系统中的作用此模块用来实现电动机控制器（又称逆变器）的一些逻辑控制功能。它可以防止控制器要求过高的电流，也可以在汽车未行驶或变速箱换挡

54、时关闭电动机。模拟方法描述为了限制电动机/控制器的电流，最大需求功率就被看成前一个时间步长内的最大电流和总线电压的乘积来计算得到的。这个乘积是一个限制性的绝对值，对功率的需求会采纳这个值来度量：电动机/控制器将不能从总线中获取多于这个值得功率，也不能输入多于这个值的功率给总线。图3.2.18 电动机控制器逻辑模块3.2.3传动系力矩耦合器力矩耦合器的模块如图3.2.19所示。在汽车子系统中的作用。从物理的角度看，力矩耦合器就是一个三带轮皮带传动或三链轮链传动，两个力矩源利用耦合器耦合力矩并提供给一个动力传动系组件（例如变速箱或主减速器）。力矩耦合器模块主要就是处理下游动力传动系的转矩和速度需求

55、以及两个力矩源的分配需求。图3.2.19 力矩耦合器模块模拟方法描述模块中包含力矩损失的影响以及第二力矩输入设备到输出端的传动比。力矩损失在这里是个常量。力矩耦合器首先要求出第一力矩源处的必要输出转矩和耦合器损失。利用这个第一力矩源的实际可用转矩，耦合器再对第二力矩源的平衡做出要求。两个力矩源的速度与输出速度成恒定比例：第一力矩源的速度与输出速度相等，第二力矩源的速度要大些，这是因为它和输出端间有一个传动比的原因。离合器离合器模块如图3.2.20所示。图3.2.20 离合器模块在汽车子系统中的作用离合器模块将力矩和速度需求从变速箱（对于在变速前的并联混合动力汽车，就是力矩耦合器）传递到内燃机。它也将实际转矩和速度从内燃机传递到变速箱或力矩耦合器。在汽车控制需要打断两组件间的转矩传递时，这个模块的作用就凸现出来了。模拟方法描述离合器在这里有三种状态：分离、打滑和完全结合。分离状态下，离合器不需要也不传递转矩。它要求输入速度与需求的输出速度一致（“需求”数据通道），并将需求输出速度作为输出速度限制（“实际”数据通道）。打滑状态下，离合器要求输入转矩和输出转矩一致，它将实际输入转矩直接作为实际输出转矩。它要求输入速度