基于Simulink的混动/电动汽车统一模型架构设计与应用

基于Simulink平台开发的混合动力/电动汽车统一模型架构的设计与应用。Simulink是MathWorks公司的一款基于MATLAB的多领域仿真和基于模型的设计工具，广泛应用于工程领域的系统模拟和算法开发。在混合动力/电动汽车领域的应用，Simulink能够帮助工程师搭建车辆的各个部分的数学模型，实现对整车动力性能、能耗、控制策略等的全面仿真与分析。在模型架构方面，提出了一种统一的模型架构。统一架构设计理念是为了提高模型的可重用性、灵活性和扩展性。架构包括驾驶员模型、环境模型、整车控制器和车辆模型，这种架构模式具有继承性，可以从顶层结构到部件结构逐步细化，同时，它还引入了部件控制器、执行器、部件本体和部件传感器的概念，以适应不同复杂度的模型。为了实现信号的灵活交互，文章描述了使用信号总线进行信号分类和传递的方法。信号总线允许在模型内部进行信号的高效管理，比如对力矩信号进行分类管理。这种设计允许模型以模块化的方式存在，各模块之间通过标准化的接口进行交互，简化了复杂系统的设计和调试过程。在适应车型多样性方面，模型需要能够处理多种类型的车辆数据和测试数据。用户可以自定义车辆数据和测试数据，根据具体的应用需求，确定模型的复杂度。例如，针对四驱混合动力模型，模型便于修改，可以支持静态Map图模型以及基于物理建模的发动机模型，同时兼容单电机混合动力和双电机混合动力系统。模型的统一架构还要求标准化建模，包括各层模型的标准结构、标准化接口、封装性和可重复使用的元件库。这些标准确保了模型在开发和维护过程中的高效性和一致性。文章还提到了一种三输入三输出模型，其中包括势信号和流信号的定义，以及电学部分和机械动力学部分的信号定义。为了提高测试仿真中的拓展性，提出了后向仿真和软件在环（SIL）测试的概念。后向仿真可以是纯数字仿真，也可以是硬件在环（HIL）仿真，它们各自有不同的应用场景和优势。通过S-Function生成代码，可以在MATLAB/Simulink环境下进行仿真，而不需要I/O接口。文章通过应用案例，例如数字仿真丰田混合动力耦合机构（THS），展示了统一模型架构在实际工程应用中的有效性和可行性。案例中基于MATLAB/SimDriveline模块化的建模方式能够精确模拟耦合机构的力矩输入和输出，进而验证了模型的准确性和控制效果。本文详细阐述了基于Simulink平台的混动/电动汽车统一模型架构的设计原则和实现方法，涵盖了模型架构、信号交互、车型多样性适配、标准化建模以及测试仿真拓展性等关键知识点。统一模型架构的设计不仅提升了模型开发和应用的效率，同时确保了模型的高可用性和扩展性，对于混合动力和电动汽车的系统级设计和控制策略开发具有重要的指导意义。