1、ADVISOR2002應用與實例分析Application of ADVISOR2002 with Examples 武漢理工大學汽車工程學院 張劼 編目 錄第一章 ADVISOR介紹11.1寫給讀者的話1什么是ADVISOR，誰可從其運用中獲益1如何使用本書21.2軟件能力及預期使用21.3軟件限制3第二章 ADVISOR的使用42.1使用GUI（圖形用戶界面）42.2定義車輛52.3進行仿真92.4觀察輸出結果15第三章 ADVISOR工作原理及機制183.1ADVISOR文檔結構18文件交互作用及數(shù)據流18文件地址18文檔命名習慣18在ADVISOR中添加文檔19查看輸入文檔19從ADV

2、ISOR數(shù)據庫中刪除文檔203.2動力傳動系模型描述20燃料轉換器和尾氣排放后處理24電力組件29傳動系31汽車、車輪和制動38混合動力控制策略44第四章 實例應用534.1簡明應用53豐田普銳斯在不同駕駛循環(huán)工況下的表現(xiàn)53第一章 ADVISOR介紹1.1寫給讀者的話1.1.1什么是ADVISOR，誰可從其運用中獲益ADVISOR（ADvanced VehIcle SimulatOR，先進車輛仿真器），最初源于美國再生能源實驗室（NREL，National Renewable Energy Laboratory），該軟件基于Matlab和Simulink平臺進行開發(fā)和運行，并且集模型、數(shù)據和

3、腳本文件于一體。ADVISOR主要用來對各種車輛的行駛狀態(tài)和燃油經濟性進行快速分析，涉及車種包括傳統(tǒng)汽車、純電動車及混合動力車型。ADVISOR同時也支持對用戶自定義的動力傳動系統(tǒng)進行細致的仿真和分析。用戶可以在ADVISOR自帶的車輛數(shù)據庫和算法基礎上進行修改和自定義，得到最佳模型和算法，以便充分利用Simulink靈活的建模能力和Matlab強大的分析能力。ADVISOR對下述研究和活動具有積極意義： 對還未制造出來的車輛進行燃油經濟性估計； 了解傳統(tǒng)車輛、純電動車以及混合動力車如何在整套動力傳動系統(tǒng)中利用能量，以及能量在此間的損失情況； 比較幾種車型的尾氣排放情況； 為混合動力車的能源轉

4、換設備優(yōu)化其能源管理策略； 優(yōu)化傳動裝置及變速器的齒輪比，減小燃油消耗并加強車輛性能，等等。ADVISOR中的模型： 多數(shù)基于經驗，主要依靠在實驗室測定的動力傳動部件的輸入/輸出關系及性能； 屬于準靜止模型，所用數(shù)據是在穩(wěn)定狀態(tài)下（例如保持轉速與轉矩不變）測試得到的，然后利用瞬間作用（例如動力傳動部件的轉動慣性）來修正所測值。ADVISOR始自1994年11月，經歷多次修改完善，旨在為美國能源部DOE（Department of Energy）開發(fā)某混合動力車的動力傳動系統(tǒng)。1998年1月，ADVISOR經過清理和文件化后，對外界開放。至此，該軟件逐步滲透到各企業(yè)與高校之中，采用率不斷提高。目

5、前，ADVISOR已被AVL公司收購，處于項目凍結狀態(tài)，不再提供版本更新。對外免費公開的版本是ADVISOR2002，另有2004版本可免費試用4個星期。隨著汽車品種和汽車技術的不斷發(fā)展，直接依靠軟件自帶的數(shù)據庫和算法來進行模擬仿真，顯然已經不夠精準。由于ADVISOR完全基于Matlab和Simulink，用戶可以方便地修改數(shù)據庫中的參數(shù)及結構，亦可優(yōu)化算法，使仿真效果達到最佳。1.1.2如何使用本書本書可用作初學者的起步指導，也可為有一定基礎的使用者提供參考。初學者可按如下步驟循序漸進地學習和掌握ADVISOR： 瀏覽第一章的介紹，獲取相關領域的背景，了解ADVISOR作用； 閱讀第二章的

6、主要使用方法說明，掌握ADVISOR的使用技巧和特點； 閱讀第三章的ADVISOR工作原理及附錄，更好地掌握、理解ADVISOR的假設條件及文件輸入/輸出功能，提升軟件應用能力。1.2軟件能力及預期使用ADVISOR利用基礎物理學和汽車部件在實驗室測定的性能，來對已經存在的車型或未來車型進行建模。其真正強大之處，就在于對未制造出的車輛進行性能預測?！叭绻襁@樣來造一輛車，會是什么性能呢？”ADVISOR正是用來解答此類問題。解答結果通常就是給出一系列的指標，例如燃油消耗、尾氣排放、加速及爬坡性能等。通常，使用者需要完成兩個步驟： 利用已測定的部件和估計部件，定義出需要仿真的車，并且完善所有數(shù)據

7、；. 為車輛定義循環(huán)行駛試驗工況以及道路等級。ADVISOR將所建汽車模型置于定義的狀態(tài)下進行仿真，確保汽車在最佳性能下行駛，測定每一瞬間的轉矩、速度、電壓、電流以及動力在各部件間的傳遞情況。ADVISOR允許使用者求解如下的問題： 測試汽車可以按照定義循環(huán)行駛工況完成運行嗎？ 測試需要消耗多少燃油或者電能？ 動力傳動部件傳遞的峰值功率怎樣？ 充電狀態(tài)下，電池在整個循環(huán)中的波動情況如何？ 活塞發(fā)動機產生的轉矩和轉速是怎么分配的？ 變速器平均效率如何？通過重復改變汽車參數(shù)及循環(huán)行駛工況，使用者可接著解答如下的問題： 在何種等級的路面上，車輛可以大致保持90km/h？ 選配最小的發(fā)動機，但要讓車輛

8、在12s內從0加速到100km/h； 3s內由65km/h加速到100km/h，要怎樣操作才能使油耗最少？ 燃油經濟性對哪個因素最敏感，質量、空氣動力學因素、車輛型號變化還是部件變化？ADVISOR的GUI（Graphical User Interfaces，圖形用戶界面）和其他腳本文件可以自動解答這些問題。其他問題需要使用者手動操作，甚至編程解答。由于ADVISOR是模塊化的，它的各種部件模型可以輕松擴展和改進。例如，電池的電化學模型（包括擴散、極化和熱作用）可以很容易地放入仿真汽車中，與發(fā)動機模型協(xié)同作用，按照測試得到的效率圖進行工作。當然，對動力傳動部件或其他任何部分的模型進行改進和細化

9、，都要求對Matlab和Simulink工作環(huán)境較為熟悉。1.3軟件限制ADVISOR主要用于分析，而非設計ADVISOR已發(fā)展為一款分析軟件，從一開始就沒有試圖去解決詳細的設計問題。它的部件模型是準靜止的，不能預測小于0.1s時間范圍內的一些現(xiàn)象。機械振動、電場振蕩等動態(tài)特性不能通過ADVISOR仿真。這時，需要與其他一些軟件（如Saber、Simplorer、Sinda/Fluint）連接，在這些軟件中得到數(shù)據，然后傳回ADVISOR，來改善ADVISOR對動態(tài)問題的解決能力。作為一款分析軟件，ADVISOR將所需車速作為一個輸入項，據此來決定傳動系的轉矩、速度和功率，以便配合車速。此時，

10、信息流的方向為輪胎車軸變速箱，與動力傳動系統(tǒng)的傳遞方向剛好相反，因此ADVISOR被稱為背向車輛仿真。另一種仿真方式即為前向車輛仿真。這種方法需要一個駕駛員模型來感知當前車速，并根據所需車速來做出反應（加速或者制動），動力傳動系統(tǒng)也會因此做出反應，改變轉矩。這種仿真方法非常適合控制系統(tǒng)的設計，例如集成電路和PC板的實現(xiàn)層面設計。ADVISOR非常適合做估計工作；通過反復改進模型并進行測試，也可用來設計控制邏輯和管理策略。據此，我們可以定義諸如“當發(fā)動機輸出轉矩低而電池電量高時，斷開發(fā)動機”這樣的命令。ADVISOR可執(zhí)行的控制邏輯，就是使用者希望車輛所做的動作。然而，更加具體的控制系統(tǒng)設計（例

11、如如何利用硬件來實現(xiàn)控制邏輯）涉及到如何讓車輛完成定義的動作，這就不是ADVISOR的應用初衷了，因此無法用ADVISOR來解答這些問題。電能轉換器使用功率總線ADVISOR中，電氣部件與其他部件的連接主要考慮功率，而非電壓和電流。當與其它軟件（如Saber和Simplorer）建立連接時，ADVISOR可以為使用者提供電壓總線。驅動軸只能為單軸車輛動態(tài)計算需要牽引力控制模型和輪胎滑移模型，這些模型是假設驅動軸僅為前軸的情況下建立的。如果想要建立后軸驅動車輛的模型，只需簡單的幾步就可修正重量轉移的計算。作為例子，一個車輪文件已經被修改過并存于軟件文檔中。若要建立四輪驅動車輛的模型，就必須涉及S

12、imulink的重新編程。第二章 ADVISOR的使用這一章將著重講解利用GUI及Matlab命令行的簡單指令，來使用ADVISOR。2.1使用GUI（圖形用戶界面）首先介紹如何啟動ADVISOR。由于Matlab版本不斷升級，在裝載ADVISOR2002工具包后，必須利用advisor2002patchforR13.m文件對其進行更新，以便適應高版本的Matlab。現(xiàn)在推薦的啟動方式為：先啟動Matlab，進入其工作界面；在命令欄輸入“advisor”并回車，或在路徑窗口中找到advisor.m文件，進入文件并點擊運行按鈕。啟動后的歡迎界面如圖所示。圖2.1.1 ADVISOR的歡迎界面首先

13、，可以在單位（Units）欄中選擇使用公制單位還是英制單位。右側為主要按鈕：Start 開始按鈕，即進入使用；Help 幫助按鈕，可進入ADVISOR自帶的幫助文檔；Copyright and Disclaimer 版權及否認聲明；Exit 退出。在開始鍵上方還有個下拉菜單，使用者可以把經常要使用的模塊添加到菜單里（點擊下拉鍵，選擇edit list來實現(xiàn)添加，如圖所示），在開始仿真前就選好模塊，提高效率。 圖2.1.2 利用下拉菜單預先選擇模塊2.2定義車輛點擊Start進入定義值輸入界面。進入后可看到一系列定義車輛的缺省值，如圖2.2.1所示。圖2.2.1 定義值輸入界面動力傳動類型選擇從

14、動力傳動類型的菜單（界面右部頂端第二個下拉菜單，名為“Drivetrain Config”）中選擇車輛的動力傳動構造類型（例如串聯(lián)型、并聯(lián)型等等）。一旦更改類型，會導致左側的汽車圖示一起改變，以便形象地顯示現(xiàn)在所選的動力傳動結構。選定動力傳動類型后，此種類型所需的各個部件也會做出相應的更改調整。這里將缺省值parallel(混合動力車，發(fā)動機與電動機并聯(lián))改為conventional（傳統(tǒng)汽車），變化如圖2.2.2所示。可以明顯看到，圖示車輛的動力傳動結構變成了熟悉的傳統(tǒng)布局。圖2.2.2 更改Drivetrain Config后的效果各部件的選擇選定好動力傳動類型后，可針對汽車的各個組成部件

15、進行類型選定?？稍谟覀戎胁康囊幌盗斜韱沃羞M行選取，例如發(fā)動機的類型、輪胎類型、電池組類型等等,如圖2.2.3所示。亦可在左側圖上點擊相關的部件來進行修改，如圖2.2.4所示。圖2.2.3 右側的選擇表單圖2.2.4 點擊左側圖例的輪胎，跳出的編輯對話框編輯變量選擇好汽車所需的部件后，可以對各項輸入變量進行修改。一種方法是通過右下角的變量表單來進行修改。如圖2.2.5所示，在部件欄中選擇部件，在變量欄中選擇該部件的某項變量，然后點擊編輯變量Edit Var按鈕，就可自定義此變量的數(shù)值了。定義界面如圖2.2.6所示，View All可以查看曾經用過的值，Help可以查看該變量的屬性和單位。圖2.2

16、.5 部件變量修改欄圖2.2.6 變量定義界面另一種修改方式就是在右側的方框內直接輸入數(shù)值。例如修改發(fā)動機的最大功率（max pwr），增加峰值效率（peak eff），如圖2.2.7所示。 圖2.2.7 直接在數(shù)據框內修改變量 圖2.2.8 三個質量的定義這里要注意右下角三個定義質量的方框，如圖2.2.8所示。第一個Cargo Mass是裝載質量，第二個Calculated Mass是汽車質量，第三個override mass是優(yōu)先質量，若選擇了優(yōu)先質量并定義數(shù)值后，該值就會取代汽車質量來進行運算。載入和保存汽車構造點擊右側頂部第一個按鈕Load File或下拉菜單，可以載入特定的汽車構造。

17、點擊底部的保存按鈕Save，可以將當前的汽車構造保存起來，保存形式為“文件名_in.m”。保存好的汽車構造文件可以在載入下拉菜單中找到并應用。查看部件信息在左側中部有兩個下拉菜單，通過第一個菜單選擇不同部件，通過第二個菜單選擇不同的圖示，這樣就可以在下方的圖示區(qū)查看部件的各項信息。如圖2.2.9所示。 圖2.2.9 查看各部件的信息自動尺寸點擊自動尺寸按鈕Auto-Size，軟件將自動為選定的汽車匹配參數(shù)，使其滿足加速和爬坡要求。這些匹配參數(shù)主要有發(fā)動機轉矩范圍、電動機轉矩范圍、能量存儲模塊（主要就是電池）數(shù)量和汽車質量等。設定最小轉矩范圍時，必須使峰值輸出功率達到45kW。電池數(shù)量必須限制，

18、使其產生的最大名義電壓為480V。缺省工況為坡度保持在最小為6%，速度保持為90km/h，并且汽車0-100km/h加速時間要小于12s，0-135km/h加速時間小于23.4s，65-100km/h加速時間小于5.3s。后退與繼續(xù)按鈕點擊后退按鈕Back，可回到開始界面，這樣做會丟失所有的未保存信息。點擊繼續(xù)按鈕Continue，將會進入仿真模擬設置界面，如圖2.2.10所示。圖2.2.10 仿真模擬界面2.3進行仿真仿真模擬界面提供多種測試方案，可以任意選擇來測試已經定義好的車輛。行駛循環(huán)工況選擇點擊右側第一個圓點單選按鈕，此時行駛循環(huán)工況的功能激活，如圖2.3.1所示。在下拉菜單中有一系

19、列的行駛循環(huán)工況（Drive Cycle）可供選擇。在這里還能設置循環(huán)工況的重復次數(shù)（# of cycles）、電池充電狀態(tài)修正（SOC Correction）和初始條件（Initial Conditions）。過濾器（Cycle Filter）使得所選循環(huán)工況平滑輸出。圖2.3.1 行駛循環(huán)工控的選擇自定義形式循環(huán)工況除了應用軟件已有的循環(huán)工況，使用者也可建立自己需要的循環(huán)工況。點擊Trip Builder按鈕，就可進入編輯界面，如圖2.3.2所示。在Cycle1-Cycle8中選擇不同的工況，并修改重復次數(shù)，這樣就能生成了自己所需的工況了。圖2.3.2 自定義行駛循環(huán)工況附加載荷點擊附加載

20、荷按鈕，跳出編輯界面，如圖2.3.3所示。通過該界面可以選擇不同的附加載荷（主要是各種電器及附屬設備在車輛行駛時的消耗），并且定義這些載荷在循環(huán)工況的作用時間段。圖2.3.3 附加載荷設置界面電池充電狀態(tài)修正這里提供兩種SOC修正方式：線性修正和零增量修正。線性SOC修正方式進行兩路仿真模擬：第一路給出SOC的正變化，第二路給出SOC的負變化。修正后的變量值（如每公里耗油量和排放等）按照線性關系，從SOC的零變化狀態(tài)插入到兩路模擬的數(shù)據點中。零增量修正方式則是調整初始SOC，使得仿真計算時的SOC始終在0處，不產生變化（波動范圍在±0.5%）。如圖2.3.4所示。電池修正是為了了解不

21、使用電池時車輛的性能狀態(tài)。 圖2.3.4 SOC修正方式恒定路面坡度點擊恒定路面坡度Constant Road Grade前的方框進行勾選，再修改參數(shù)，就可以為行駛循環(huán)工況設定一個始終不變的路面坡度。如圖2.3.5所示。圖2.3.5 恒定路面坡度設定互動仿真點擊互動仿真Interactive Simulation前的方框進行勾選，就會進入互動仿真界面。該界面提供實時的互動仿真，如圖2.3.6所示。圖2.3.6 互動仿真界面多循環(huán)測試有時需要用幾種不同的行駛循環(huán)工況來對車輛進行測試，這時可以利用多循環(huán)測試功能一次性完成，而不需要一次次重復進行做測試。如圖2.3.7所示，先選中多循環(huán)測試Multi

22、ple Cycles前的圓點單選按鈕，然后單擊Multiple Cycles按鈕，可進入多循環(huán)的選擇界面，如圖2.3.8所示。在這里就可以選擇需要用來測試的多種循環(huán)工況圖2.3.7 多循環(huán)測試的選擇圖2.3.8 多循環(huán)設置界面特定程序測試選擇該功能時，使用者可以在下拉菜單中選擇所需的測試類型來進行仿真。如圖2.3.9所示。圖2.3.9 測試程序設置加速測試選擇加速測試Acceleration Test前的勾選方框，然后點擊加速測試選項Accel Options，如圖2.3.10所示，可進入加速測試的編輯界面，如圖2.3.11所示。定義好加速測試的參數(shù)后，加速測試就被添加到所選循環(huán)工況中。在仿真

23、結果中將會顯示加速時間、最高加速度和5s內的加速距離。在循環(huán)工況菜單中選擇CYC_ACCEL，就可以查看加速測試每一秒的狀態(tài)。圖2.3.10 加速測試的選擇圖2.3.11 加速測試編輯界面爬坡能力測試功能和使用方法與加速測試相似，如圖2.3.12和圖2.3.13所示。選擇爬坡能力測試Gradeability Test后，結果界面將會給出在設定速度下的最大爬坡度。 圖2.3.12 爬坡能力測試的選擇圖2.3.13 爬坡能力測試編輯界面參數(shù)研究點擊參數(shù)研究Parametric Study，可以觀察3個以內參數(shù)的變化對汽車性能的影響。參數(shù)的上下限可以設置，取值點數(shù)也可設置。如圖2.3.14所示。圖2

24、.3.14 參數(shù)研究的設置載入仿真設置點擊載入仿真設置按鈕Load Sim Setup，可以調用以前保存的仿真。優(yōu)化控制策略變量點擊優(yōu)化控制策略變量按鈕Optimize cs vars，彈出控制策略變量的編輯菜單，如圖2.3.15所示。對其中的參數(shù)進行修正，以便生成使用者所需的最佳控制策略。圖2.3.15 控制策略變量的優(yōu)化保存點擊保存按鈕Save，將當前的仿真設置保存下來。計算點擊計算按鈕Run，計算機就對當前的仿真設置進行運算求解，等運算完成后將自動彈出結果界面。2.4觀察輸出結果結果界面結果界面如圖2.4.1所示，可以給出多項總結性結論（如燃油經濟性、排放和總行駛距離等）。該界面左側為圖

25、示區(qū)域，使用者可以選擇不同的變量（從右側的下拉菜單中選擇，如圖2.4.2所示）來觀察其隨時間的變化情況，圖示區(qū)域的出圖數(shù)量可以選擇，但最多不超過四張。如果在仿真界面選擇了加速和爬坡能力測試，其測試結果也會顯示出來。圖2.4.1 結果界面 圖2.4.2 選擇要出圖的變量點擊能量利用界面按鈕Energy Use Figure，將會彈出一個界面，用以展示仿真過程中汽車能量的利用和轉化情況，如圖2.4.3所示。點擊輸出檢測圖按鈕Output Check Plots，將會輸出一系列的車輛狀態(tài)圖，這些圖中有的是不在時域下的，故方便使用者查看和調用。點擊重現(xiàn)按鈕Replay，可以再次演示動態(tài)互動界面上的內容

26、。此功能在特定程序測試和多循環(huán)測試狀態(tài)下無效。圖2.4.3 能量利用界面點擊工具菜單tools，選擇發(fā)動機運轉情況FC operation，可以看到整個仿真過程中發(fā)動機轉速和轉矩的選取情況，以及燃油的利用情況，如圖2.4.4所示。圖2.4.4 發(fā)動機運轉情況參數(shù)研究的結果界面如果在仿真設置里選擇的是參數(shù)研究，那么計算結果也會自動給出。對于兩參數(shù)研究（三維圖，X、Y軸為兩個研究參數(shù)，Z軸為汽車的某項性能指標），旋轉按鈕可以讓使用者看到圖的任意一邊。對于三參數(shù)研究（X、Y、Z軸各代表一個研究參數(shù)，汽車的性能指標以色彩表現(xiàn)），可以繪出任意切面。軌跡偏移分析當仿真車輛偏離預定的行駛循環(huán)工況時，軌跡偏離

27、分析文件夾trace_miss_analysis class被自動調入進行運算。運算后得到偏離嚴重程度的數(shù)據信息，該信息顯示在結果界面的警告/消息（Warnings/Messages）窗口中。第三章 ADVISOR工作原理及機制3.1ADVISOR文檔結構圖3.1.1 ADVISOR文檔結構3.1.1文件交互作用及數(shù)據流 輸入腳本 定義工作空間的變量，也能調用其他輸入腳本。例如MC_PM32.m。 模塊 為Simulink文檔，文檔包含用來計算輸出量的方程式，比如通過發(fā)動機的工況圖來計算燃油消耗。這些模塊都是模型，例如BD_PAR.mdl。 輸出腳本 通過查詢工作空間來對模型的輸出進行后處理。

28、這些后處理包括繪圖和檢錯兩大部分，例如chkoutputs.m。 控制腳本 既可對輸入進行改進，也可對輸出進行處理。例如ADVISOR GUI和優(yōu)化程序。3.1.2文件地址ADVISOR主路徑（例如C:ADVISOR或C:Program FilesADVISOR）下還包含若干個子路徑。這些子路徑主要為數(shù)據、GUI和模型路徑，其下包含相關文檔。3.1.3文檔命名習慣所有的模型和數(shù)據文檔都用“前綴_*”來表示，該前綴和定義變量用的前綴一致。使用到這些變量的Simulink塊的結尾都會給出該前綴，置于尖括號< >中。這里給出ADVISOR部件文檔的類型：ACC_*.M Accessory

29、 load files 附加載荷文檔。CYC_*.M Driving cycle files, which define variables starting with cyc_, used in the block labeled <cyc> 駕駛循環(huán)工況文檔，其定義的變量以前綴cyc_開頭，這些變量在標有<cyc>的塊中被使用。ESS_*.M Energy storage system data files, which likewise define variables starting with ess_, used in the block labeled &

30、lt;ess> 能量存儲系統(tǒng)數(shù)據文檔，其定義的變量以前綴ess_開頭，這些變量在標有<ess>的塊中被使用。EX_*.M Exhaust after treatment files (such as catalysts) 處理后的排放（如三元催化）文檔。FC_*.M Fuel converter data files 燃油轉化器（發(fā)動機）數(shù)據文檔。TX_*.M Transmission data files (these include gearbox-gb and final drive-fd variables) 傳動系數(shù)據文檔（包括變速箱gearbox-gb和主減速器f

31、inal drive-fd變量）。GC_*.M Generator/controller data files 發(fā)電機/控制器數(shù)據文檔。MC_*.M Motor/controller data files 電動機/控制器數(shù)據文檔。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> 動力系控制數(shù)據文檔，定義了發(fā)動機控制、離合器控制和混合控制策略變量，以前綴vc_ 和cs_開頭，這些變量在標有<vc>和<cs>的塊中被使用。TC_*.M Torque coupler data files 轉矩耦合器數(shù)據文檔。VEH_*.M Vehicle data files 汽車數(shù)據文檔。WH_*.M Wheel/axle data files 輪/軸數(shù)據文檔。除了上述部件數(shù)據文檔，還有另外一類使用前綴的文檔：BD_*.MDL Simulink block diagrams (models) Simulink模塊（模型）。所有文檔名的前綴

33、都使用大寫字母，而變量名的前綴使用小寫字母，這樣可避免混淆。3.1.4在ADVISOR中添加文檔最簡單易行的方法就是對已有的同類型文檔進行修改，然后以新文檔名保存。當然，新文檔名也要保持ADVISOR的命名規(guī)則，存于適當路徑下。這樣就可保證，用來定義部件的變量都包含于文檔內，不至于出現(xiàn)錯誤。在GUI中點擊相關按鈕可彈出窗口，引導使用者來添加車輛部件或駕駛循環(huán)工況文檔。查看輸入文檔部件文檔和幾乎所有ADVISOR文檔都是text文本文檔（除了包含Matlab確切數(shù)據的mat文檔），可以通過任何text編輯器來查看和編輯。在Matlab路徑窗口找到要查看的文檔，雙擊進入，就可在Matlab平臺上實

34、現(xiàn)查看和編輯。在命令窗口輸入“type 文件名”，按回車鍵執(zhí)行命令，也可快速調出文檔。3.1.6從ADVISOR數(shù)據庫中刪除文檔最簡單的方法就是利用操作系統(tǒng)來刪除，當然也可在Matlab平臺上操作。在命令窗口輸入“!rm 文件名”，按回車鍵執(zhí)行即可。3.2動力傳動系模型描述ADVISOR有六種不同的汽車類型和兩款特定的車型可供選擇，如表所列。每種類型都有不同的動力傳動系。除了上述八項外，ADVISOR還提供了自定義動力傳動系的選項。動力傳動系模型類型1傳統(tǒng)型Conventional6純電動汽車Electric Vehicle（EV）2串聯(lián)型Series7豐田普銳斯Prius jpn3并聯(lián)型Pa

35、rallel8本田Insight4并聯(lián)sa型Parallel sa9自定義Custom5燃料電池型Fuel Cell表3.2.1 動力傳動系分類傳統(tǒng)型動力傳動系Conventional Drivetrain傳統(tǒng)汽車代表著最為典型的乘用車，只使用一個燃油轉化器（即發(fā)動機）來產生動力。在ADVISOR中，默認的變速箱為5檔，傳統(tǒng)的恒定機械動力負荷附帶在模型里。圖3.2.1所示即為傳統(tǒng)型汽車在ADVISOR中的模型。圖3.2.1 傳統(tǒng)汽車模型串聯(lián)型動力傳動系Series Drivetrain串聯(lián)型汽車的組件包括發(fā)動機、發(fā)電機、電池和電動機。發(fā)動機并不直接驅動車輛，而是通過發(fā)電機將機械能直接轉化成電能

36、，所有驅動車輛的轉矩皆由電動機提供。默認的變速箱為1檔，默認的控制策略是一種適用于串聯(lián)動力的方案。混合型的恒定電動力負荷附帶在模型里。圖3.2.2所示即為串聯(lián)型汽車在ADVISOR中的模型。圖3.2.2 串聯(lián)型汽車模型并聯(lián)型動力傳動系Parallel Drivetrain并聯(lián)型汽車的組件包括發(fā)動機、電池和電動機。之所以稱為并聯(lián)式，是因為電動機和發(fā)動機都可以提供轉矩以驅動汽車。電動機亦可充當發(fā)電機，在制動時起作用并對電池充電。默認的控制策略是一種電力輔助策略，默認的變速箱為5檔?；旌闲偷暮愣妱恿ω摵筛綆г谀Ｐ屠?。圖3.2.3所示即為并聯(lián)型汽車在ADVISOR中的模型。圖3.2.3 并聯(lián)型汽車并

37、聯(lián)sa型動力傳動系Parallel Starter/Alternator Drivetrain并聯(lián)sa型汽車的組件包括發(fā)動機、電池和電動機。sa是起動機（starter）和交流發(fā)電機（alternator）的縮寫，之所以這么稱呼，是因為這里的電動機表現(xiàn)得如同傳統(tǒng)型汽車中的起動機和發(fā)電機。這個電動機允許發(fā)動機關閉、重啟并提供最小電力輔助。此設計屬于并聯(lián)型，這是由于電動機和發(fā)動機都可以提供轉矩來驅動汽車。并聯(lián)sa型和基本并聯(lián)型最大的區(qū)別在于離合器的位置：并聯(lián)sa型的離合器位于變速箱和力矩耦合器之間，基本并聯(lián)型的離合器則位于力矩耦合器和發(fā)動機之間。這樣的設計意味著當汽車在行駛時，若離合器處于閉合狀態(tài)

38、，則發(fā)動機和電動機的軸都會轉動。電動機亦可充當發(fā)電機，在制動時起作用并對電池充電。默認的控制策略是一種電力輔助策略<Parallel.htm>，默認的變速箱為5檔?；旌闲偷暮愣妱恿ω摵筛綆г谀Ｐ屠铩D3.2.4所示即為并聯(lián)sa型汽車在ADVISOR中的模型。圖3.2.4 并聯(lián)sa型汽車燃料電池型動力傳動系Fuel Cell Drivetrain燃料電池汽車的組件包括燃料轉換器、電池和電動機。該設計與串聯(lián)型混合動力非常相似，只是將發(fā)動機和發(fā)電機換成了燃料電池。默認變速箱為1檔，默認控制策略為“自動調溫器”策略：當SOC到達最低設定點（cs_lo_soc）時，燃料轉換器打開；當SOC

39、到達最高設定點（cs_hi_soc）時，燃料轉換器關閉。混合型的恒定電動力負荷附帶在模型里。圖3.2.5所示即為燃料電池型汽車在ADVISOR中的模型。圖3.2.5 燃料電池汽車純電動汽車動力傳動系Electric Vehicle (EV) Drivetrain純電動汽車組件包括電池和電動機，只使用電力驅動。電動機亦可作為發(fā)電機，來收集制動時的能量，儲存于電池之中。電池剛開始是充滿電的，即SOC值為1.0。默認的變速箱為1檔。恒定電動力負荷附帶在模型里。圖3.2.6所示即為純電動汽車在ADVISOR中的模型。圖3.2.6 純電動汽車普銳斯動力傳動系Prius Drivetrain普銳斯動力傳動

40、系是豐田混合動力系統(tǒng)的一種模式，其中包含動力分離裝置（也就是一個無級變速器，包含一套行星齒輪系統(tǒng)）。發(fā)電機連接在太陽輪上，電動機連接在外齒圈上，發(fā)動機連接在行星架上。根據不同的模式選擇，發(fā)電機和電動機對動力分離裝置輸入或輸出動力。由于采用了無級變速器，普銳斯無需換擋。倒檔為單一的電動機模式，此時發(fā)電機帶動發(fā)動機。發(fā)電機上的力矩可以控制它和發(fā)動機的速度。注意，普銳斯沒有離合器。圖3.2.7所示即為普銳斯在ADVISOR中的模型。圖3.2.7 普銳斯本田Insight動力傳動系Insight DrivetrainInsight動力傳動系是本田Insight混合動力系統(tǒng)的一種模式。它擁有一個并聯(lián)sa

41、型動力傳動系的版本，ADVISOR即采用這個版本。自定義動力傳動系Custom Drivetrain自定義動力傳動系界面允許使用者將自己制作的模塊連接到ADVISOR中。使用者必須先定義詳細的模塊，激活并選擇合適的組件。在默認情況下，custom_default_in中保存的車型為傳統(tǒng)汽車模型。通過從動力傳動系界面菜單中選擇模塊，使用者可以定義出自己感興趣的模型。改動變量和組件屬性的方法與正常情況下相同。圖3.2.8 傳統(tǒng)型汽車在ADVISOR中的模塊結構如圖3.2.8所示為傳統(tǒng)型汽車在ADVISOR中的模塊結構。注意，大多數(shù)的模塊有兩路輸入和兩路輸出。每個模塊都會通過和改變對力矩和速度的要求

42、，達到要求的或者說實際的力矩和速度會依次通過每個模塊?？可系募^，從左向右指向，是力矩和速度要求。行駛循環(huán)需要一個給定的速度。在行駛循環(huán)和力矩產生器（這里即為內燃機）之間的每個模塊都會通過輸出，計算自己所需的輸入。這種計算是依據能量損失、速度的升降和性能限制等因素展開的。在模塊結構的終端，內燃機利用所需輸出的力矩和速度，來決定需要傳送多大的力矩和其最大速度。該信息反饋回左端，每個組件根據輸出決定自己的實際輸入，方法如上段所述。最后汽車模塊（vehicle block）根據接收到的牽引力和速度限制計算出汽車的實際速度，并且利用這個速度來計算下一個時間步長內的加速度。這樣的計算循環(huán)會在整個駕駛循環(huán)

43、中持續(xù)。3.2.1燃料轉換器和尾氣排放后處理普通燃油轉換器（發(fā)動機）發(fā)動機模塊如圖3.2.9所示。燃料利用和環(huán)氧乙烷排放模塊如圖3.2.10所示。圖3.2.9 發(fā)動機模塊圖3.2.10 燃料利用和環(huán)氧乙烷排放模塊在汽車子系統(tǒng)中的作用發(fā)動機模塊用來模擬汽車的動力源。對于內燃機來說，這是將燃料轉換成可用能量（機械轉動）并提供給動力傳動系的裝置。該模塊被用在多種汽車結構中，包括串聯(lián)型、并聯(lián)型和傳統(tǒng)型汽車。模擬方法描述其他子模型計算出發(fā)動機需要提供的速度和轉矩，發(fā)動機模塊根據這些數(shù)據來決定自身的工作點以滿足要求，這其中也考慮到了內部損耗和附加載荷。發(fā)動機控制器模塊不使發(fā)動機的運行超出其正常的速度和轉矩

44、范圍?？刂破髟陔x合器分離時也會決定發(fā)動機速度。一旦適合的速度和轉矩被決定下來，這些數(shù)據就會傳回其他汽車模塊。這些數(shù)據也用來決定每個時間步長的燃油使用和排放。燃油使用和排放的數(shù)值是存儲在表單之中的，依靠速度和轉矩來索引。溫度修正因子運用于冷啟動來改變燃料利用和排放的大小。缸徑和活塞行程修改點擊輸入界面上的“fuel converter”按鈕，然后選擇“Scale Bore/Stroke”按鈕可以實現(xiàn)對缸徑和活塞行程的修改。如圖3.2.11所示。圖3.2.11 修改缸徑和活塞行程的按鈕這種修改限于三類發(fā)動機，分別為進氣口噴射汽油機、直噴柴油機和直噴分層燃燒發(fā)動機。修改界面如圖3.2.12所示。圖3

45、.2.12 修改界面燃料電池汽車的燃料轉換器燃料電池汽車的燃料轉換器模塊如圖3.2.13所示3 燃料電池汽車的燃料轉換器模塊在汽車子系統(tǒng)中的作用燃料轉換器模塊用來模擬汽車的動力源。對燃料電池來說，這是將燃料轉換成可用能量（電能）的裝置。該模塊在串聯(lián)型汽車機構中起作用。模擬方法描述其他模塊計算出所需的功率，燃料轉換器模塊根據這些數(shù)據決定工作點來滿足需求，這其中也考慮到了附加載荷。一旦可供給的功率被決定下來，這些數(shù)值就會傳回其他汽車模塊。這些數(shù)值也被用來決定每個時間步長的燃料使用和排放。燃料使用和排放的數(shù)值儲存在表單中，利用燃料轉換器的功率來索引。溫度修正因子運用于冷啟動來改變燃料利用和排放的大小

46、。燃料電池汽車模塊中的燃油轉換器模型是由三個不同的燃料電池模型組成的，在任意一次模擬中，只有其中一個被選中使用。用戶可以通過修改fc_fuel_cell_model的參數(shù)（就是三個模型的編號）來指定使用三個模型中的一個。這三個模型分別是功率效率模型、極化曲線模型和外部模型GCTool。功率效率模型需要使用者提供燃料電池外功率和外燃油使用和排放，故當使用者對指定燃料電池的運行特性不感興趣時，使用此模型最佳。極化曲線模型要求使用者提供更為詳細的燃料電池系統(tǒng)信息，包括燃料電池的電壓電流特性和燃料電池助劑的功率需求特性。系統(tǒng)的外功率即為燃料電池堆棧產出的功率減去助劑需求的功率。燃料的使用和排放則取決于

47、電池的工作點。最后，基于GCTool的模型要求使用者將GCTool安裝于相關機器上。GCTool是美國阿爾貢實驗室為設計燃料電池而開發(fā)的計算軟件。該模型將允許GCTool參與并計算出每個時間步長的輸出功率、燃料使用和排放的數(shù)值。發(fā)動機控制（傳統(tǒng)型汽車）發(fā)動機控制模塊如圖3.2.14所示。圖3.2.14 發(fā)動機控制模塊在汽車子系統(tǒng)中的作用發(fā)動機控制主要用來決定發(fā)動機的開關及曲軸速度。發(fā)動機控制器產生的控制信號被用來決定燃料使用、轉矩傳遞和實際曲軸速度。模擬方法描述發(fā)動機控制的目標主要有兩塊：發(fā)動機狀態(tài)（開/關）和速度命令。如果啟動鑰匙處于“on”的狀態(tài)（vc_key_on），則引擎處于開啟狀態(tài)，

48、離合器閉合（這意味著轉矩是需要的）。如果離合器是分離的，則發(fā)動機處于怠速而不是熄火，由vc_idle_bool控制。如果啟動鑰匙處于“off”的狀態(tài)，則發(fā)動機也會處于關閉狀態(tài)，亦由vc_key_on控制。當變速器在換擋時，發(fā)動機即使未處于怠速狀態(tài)也不會熄火。除了起步狀態(tài)，離合器處的要求速度與速度命令是一致的。若離合器處于分離狀態(tài)，汽車停止并且1秒后會開動，則發(fā)動機轉速不低于vc_launch_spd。同樣的，發(fā)動機處于工作狀態(tài)時轉速不低于vc_idle_spd。排放系統(tǒng)排放系統(tǒng)模塊如圖3.2.15所示。圖3.2.15 排放系統(tǒng)模塊在汽車子系統(tǒng)中的作用排放系統(tǒng)模塊主要用于模擬汽車發(fā)動機的排放后處

49、理系統(tǒng)。對內燃機而言，排放系統(tǒng)包括排氣歧管、中段管、催化轉換器和消聲器。排放系統(tǒng)應用于多種汽車結構中，包括并聯(lián)型、串聯(lián)型和傳統(tǒng)型汽車。排放系統(tǒng)的主要輸出為各種尾氣管排放物（HC、CO、NOx和PM），單位為g/s。其他的輸出為各排放系統(tǒng)組件的溫度，以及廢氣進入和離開各組件時的溫度。模擬方法描述催化轉化效率與溫度相關，儲存于載體（表單）之中。另外，在高排放流速下會產生催化效率調整（降低），每種排放組分的轉化量（g/s）都有一個上限。尾氣排放就是發(fā)動機外排放和總體催化效率疊加的產物。催化溫度的計算使用集總熱容法。集總熱容不僅布置于主要轉換組件（整裝催化劑、外殼、其余部件）上，也被布置在中段管和歧管

50、處。熱交換關系式被用來估計從熱廢氣到組件，以及從組件到周圍環(huán)境的對流換熱系數(shù)。輻射損耗也被考慮其中。在轉換器中，催化劑的熱量是通過每秒被催化的排放組分（HC、CO、NOx和PM）來估計的。這些熱量被添加到轉換器加熱速率中。3.2.2電力組件發(fā)電機/控制器發(fā)電機/控制器模塊如圖3.2.16所示。圖3.2.16 發(fā)動機/控制器模塊在汽車子系統(tǒng)中的作用發(fā)電機/控制器模塊將熱機產生的轉矩和速度轉換成為電能，提供給電力總線。模擬方法描述發(fā)電機/控制器模塊包含了發(fā)電機和控制器能量損失的影響、發(fā)電機慣性、發(fā)電機速度對轉矩能力的影響以及控制器的電流限制。功率損失被制成了一張二維表，利用轉子速度和輸入轉矩來索引

51、。發(fā)電機的最大轉矩是強制使用轉子速度來索引的，這就限制了電力產出，但不會反饋給轉矩產生器。能量存儲系統(tǒng)簡介在混合動力汽車中，電池可能是最難理解和建模的組件。雖然電池看似就是個簡單的電能存儲設備，但當其充放電時，其中經歷的電化學過程與溫度息息相關，很難模擬。因此，電池的電氣性能是包含各種不斷變化的參數(shù)的非線性函數(shù)。一個電化學電池性能的動態(tài)模型實際就是兩方面的折中：一方面是模型盡力包含所有對電池相關的影響，另一方面是所建模型能在合理的時間內實際工作。ADVISOR擁有四種不同的電池模型。1.最新開發(fā)出的RC模型（電阻電容），電池具有瞬態(tài)效應。2.Rint模型（內阻），電池為一具有內阻的電壓源，Ri

52、nt電池模型的建模主要基于愛達荷國家工程實驗室對富液式鉛酸電池的建模工作。ADVISOR利用這種基本結構來大致模擬各類電池技術。3.第三種模型為基礎鉛酸電池模型，由楊百翰大學為國家再生能源實驗室開發(fā)。4.第四種為神經網絡模型，也是針對鉛酸電池的，由科羅拉多大學為國家再生能源實驗室開發(fā)。電動機/控制器電動機/控制器模塊如圖3.2.17所示。圖3.2.17 電動機/控制器模塊在汽車子系統(tǒng)中的作用電動機/控制器模塊將轉矩和速度的需求轉化成電功率的需求，將電力輸入轉換成轉矩和速度輸出。模擬方法描述電動機/控制器模型包括了電動機和控制器的能量損失、轉子慣性和電動機速度對轉矩能力的影響。功率損失被制成一張

53、二維表，利用轉子速度和輸出轉矩來索引。電動機的最大轉矩強制使用轉子速度來索引。電動機控制模塊在電動機/控制器模塊之外，用來確保控制器的最大電流不超過限制，并在不需要電動機時關閉它?？捎棉D矩是通過可用功率來計算得到的，這里假設對于計算出的要求實際情況，轉子轉矩與輸入功率的比例總是相同。這就是在數(shù)學上假設電動機/控制器的效率相等。用于實際可用計算的轉子速度是在“需求（request）”分支中計算得到的。電動機控制器邏輯電動機控制邏輯模塊如圖3.2.18所示。在汽車子系統(tǒng)中的作用此模塊用來實現(xiàn)電動機控制器（又稱逆變器）的一些邏輯控制功能。它可以防止控制器要求過高的電流，也可以在汽車未行駛或變速箱換擋

54、時關閉電動機。模擬方法描述為了限制電動機/控制器的電流，最大需求功率就被看成前一個時間步長內的最大電流和總線電壓的乘積來計算得到的。這個乘積是一個限制性的絕對值，對功率的需求會采納這個值來度量：電動機/控制器將不能從總線中獲取多于這個值得功率，也不能輸入多于這個值的功率給總線。圖3.2.18 電動機控制器邏輯模塊3.2.3傳動系力矩耦合器力矩耦合器的模塊如圖3.2.19所示。在汽車子系統(tǒng)中的作用。從物理的角度看，力矩耦合器就是一個三帶輪皮帶傳動或三鏈輪鏈傳動，兩個力矩源利用耦合器耦合力矩并提供給一個動力傳動系組件（例如變速箱或主減速器）。力矩耦合器模塊主要就是處理下游動力傳動系的轉矩和速度需求

55、以及兩個力矩源的分配需求。圖3.2.19 力矩耦合器模塊模擬方法描述模塊中包含力矩損失的影響以及第二力矩輸入設備到輸出端的傳動比。力矩損失在這里是個常量。力矩耦合器首先要求出第一力矩源處的必要輸出轉矩和耦合器損失。利用這個第一力矩源的實際可用轉矩，耦合器再對第二力矩源的平衡做出要求。兩個力矩源的速度與輸出速度成恒定比例：第一力矩源的速度與輸出速度相等，第二力矩源的速度要大些，這是因為它和輸出端間有一個傳動比的原因。離合器離合器模塊如圖3.2.20所示。圖3.2.20 離合器模塊在汽車子系統(tǒng)中的作用離合器模塊將力矩和速度需求從變速箱（對于在變速前的并聯(lián)混合動力汽車，就是力矩耦合器）傳遞到內燃機。它也將實際轉矩和速度從內燃機傳遞到變速箱或力矩耦合器。在汽車控制需要打斷兩組件間的轉矩傳遞時，這個模塊的作用就凸現(xiàn)出來了。模擬方法描述離合器在這里有三種狀態(tài)：分離、打滑和完全結合。分離狀態(tài)下，離合器不需要也不傳遞轉矩。它要求輸入速度與需求的輸出速度一致（“需求”數(shù)據通道），并將需求輸出速度作為輸出速度限制（“實際”數(shù)據通道）。打滑狀態(tài)下，離合器要求輸入轉矩和輸出轉矩一致，它將實際輸入轉矩直接作為實際輸出轉矩。它要求輸入速度