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基于ADVISOR的混合动力汽车正向仿真平台作者：王庆年曾小华吴强华王伟华摘要：本文基于国内已经得到广泛应用的ADVISOR 软件，开发了以满足课题需要的混合动力汽车前向仿真平台CHEV2002。
完成了利用MATLAB/Simulink 和虚拟现实工具箱来自主开发混合动力汽车仿真平台的初步尝试。
关键词：ADVISOR 混合动力汽车计算机仿真虚拟现实工具箱SIMULINK1 引言混合动力汽车（HEV, hybrid electric vehicle）是指用多于一种的能量转换器（一般是内燃机和电动机）来提供驱动动力的混合型电动汽车。
在燃料电池技术取得革命性突破以前，混合动力技术是解决汽车节能和环保问题的最佳方法，因而成为现在汽车领域研究的热点。
目前，混合动力技术已成为国家高技术研究发展计划——―863 计划‖的重大专项课题，因此，开发混合动力汽车仿真平台对研究混合动力汽车是极其必要的。
在本课题进行之前，已经对由美国再生能源实验室（NREL）针对PNGV计划开发的混合电动汽车仿真软件ADVISOR 进行了深入的研究，并应用其对整车的动力源参数匹配及控制策略参数等方面作了比较细致的工作。
随着课题深入进行，发现由于ADVISOR 只是双向仿真，不能完全反映实际情况，为了自主开发的需要，我们在掌握ADVISOR 的基础上，开发了基于前向模拟仿真的软件CHEV2002。
该软件是为了配合实际课题，通过与试验对比确定各相关参数，然后按实际驾驶员开车情况，也是课题第一轮试验的实际要求为背景下，我们开发了该正向建模仿真软件。
2 利用MATLAB/SIMULINK 进行混合动力汽车的建模仿真模型是进行仿真的核心，图形用户界面（GUI）是为方便用户设定参数及观察仿真结果而作的工作。
所以首先要根据实际课题的要求，建立起初于驾驶员油门输入的前向模型。
所建立的SIMULINK仿真模型如图1 所示。
图1 Simulink 正向仿真模型整个模型以驾驶员踩下的油门开度和制动踏板开度作为输入。
ADVISOR 2002安装卸载方法1.ADVISOR 2002安装方法在安装ADVISOR 2002之前，用户需要在电脑上事先安装MATLAB 6.5软件。
1.1 ADVISOR 2002安装步骤1)安装或解压ADVISOR 2002的根目录文件。
单击光盘中提供的ADVISOR 2002安装文件advisor2002_install.exe，出现下图所示对话框；2)选择ADVISOR 2002目录文件的安装位置，单击【Extract】，出现下图所示对话框；3)单击【是（Y）】，创建ADVISOR 2002目录文件。
4)打开MATLAB软件；5)在MATLAB的菜单栏中单击【File】>>【Set path】，出现下图所示对话框；6)在MA TLAB的菜单栏中单击【File】>>【Set path】，出现下图所示对话框；7)单击【Add Folder】，在出现的下图对话框中，找到ADVISOR2002 的根目录文件，如C:ADVISOR2002;8)单击【确定】，则将ADVISOR 2002的目录文件添加到MA TLAB的工作路径中；9)单击Set Path 对话框中的【Save】，然后单击【Close】关闭对话框；10)在MA TLAB的命令窗口键入：advisor，即可打开ADCVISOR软件界面；11)完成。
2.ADVISOR 2002卸载方法ADVISOR2002 的卸载方法比较简单，直接将ADVISOR 2002目录文件删除即可。
3.兼容高版本MATLAB的ADVISOR 2002安装卸载方法兼容高版本MA TLAB的ADVISOR 2002的使用，需要光盘中的补丁文件ADVISOR2002patchforR13.m。
3.1 兼容高版本MATLAB的ADVISOR2002 安装步骤1)将补丁文件ADVISOR2002patchforR13.m，拷贝到ADVISOR2002的目录文件中，如C:ADVISOR2002；2)将MA TLAB的工作路径，修改为ADVISOR2002的目录文件所在路径；3)在MA TLAB的命令窗口键入：ADVISOR2002patchforR13.m，将会看到ADVISOR2002的底层模块不断的更新；4)更新完成后，在MA TLAB命令窗口键入：advisor，即可运行ADVISOR；，保改成“return”，则将第25行的“break”5)如果MATLAB提示出错，则找到出错的文件，一般是“get_cycle_info.m”存后，重新运行ADVISOR即可。
3.1 ADVISOR的文件结构3.1.1ADVISOR文件系统的数据流如上图所示。
图中有四种主要的代表类型：z输入脚本文件定义工作空间的变量或者调用其它输入脚本文件，如MC_PM32.M；z模块图表有一些Simulink文件组成。
这些文件含有许多根据输入（如发动机特性图）计算输出（如燃油经济性）的方程；它们都是一些模型，如BD_PAR.M.；z输出脚本文件通过搜索工作空间对模型输出作一些后续处理，包括一些画图程序和一些错误检查程序，如chkoutputs.m。
z控制脚本文件既生成输入，也对输出作一些处理。
例如ADVISOR图形用户界面（GUI）和优化程序。
3.1.2 文件位置ADVISOR根目录下（如 c:\ADVISOR 或 c:\Program Files\ADVISOR）有一些子目录；这些子目录下是含有相应文件的数据、图形用户界面和模型子目录。
3.1.3 文件命名规则模型和数据文件的命名都采用一个前缀加一下划线（’_’）且使用的前缀几乎和定义的变量使用的前缀是一样的。
而在模块图里这一前缀放在尖括号（<>）内。
以下是ADVISOR部件文件类型：变量名称前缀代表的文件类型ACC_*.M附件负载文件CYC_*.M驱动循环文件。
定义变量时以cyc_开头；在模块图里则以<cyc>作为标示；ESS_*.M能量存储系统数据文件。
同样在定义变量时以ess_开头；在模块图里则以<ess>作为标示；EX_*.M排放后处理文件（如催化剂等）；FC_*.M燃料转换器数据文件；TX_*.M传动系数据文件，包括变速箱（gb）和主减速器（fd）；GC_*.M发电机/控制器数据文件；MC_*.M电机/控制器数据文件；PTC_*.M 传动系控制数据文件。
在定义发动机控制、离合器控制和混合控制策略变量时以vc_和cs_开头；而在模块图中则分别以<vc>和<cs>标示；TC_*.M 扭矩合成装置数据文件；VEH_*.M 整车数据文件；WH_*.M车轮/车轴数据文件；除了上述部件数据文件外，还有另一种类型文件也用前缀定义：BD_*.M-----代表Simulink模块图（模型）；所有带前缀文件名用大写字母，而变量名则全部采用小写字母，以免相互混淆。
图３电机仿真总模型图４电动汽车整体仿真模型对电机工作的控制有一电机控制模块，它在电机控制器中执行若干逻辑控制功能，且能够避免产生超过控制器承受能力的电流，同时在车辆未行驶或齿轮箱处于换档时关闭电机。
２．３整车仿真模型根据对电动汽车系统各个部件的分析和模型建立，在Ａｄｖｉｓｏｒ中创建了电动汽车的整体仿真模型（图４），其中整车仿真模型包括循环工况、车辆、车轮、变速器、主减速器、驱动电机系统、能量源等子模块。
各子模块都建立了一个ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真模块，且通过Ｍ函数来控制其参数的变化。
３整车动力性能仿真３．１整车技术参数纯电动汽车的主要技术参数如表１所示。
·１０·表ｌ纯电动汽车的主要技术参数项目参数总长／总宽／总高（ｍｍ）２５００×１４８０×ｌ４８０迎风面积（ｍ２）２整车整备质量（ｋｇ）】１２６轴距（ｍｍ）２６０轮胎滚动半径（ｍｍ）２８．２蓄电池容量（Ａｈ）６０蓄电池组单元数量（个）２５电动机额定电压（Ｖ）２２０电动机额定功率（ｋｗ）３０３．２循环工况的选择当前评价整车性能的循环工况主要有ＥＣＥ—ＥＵＤＣ、ＵＤＤＳ和ＨＷＦＥＴ，我国主要是以ＥＣＥ—ＥｕＤＣ循环工况为主。
其循环周期为１２２５ｓ，行驶距离为１０．９３ｋｍ，最大行驶速度为１２０ｋｎ∥ｈ，平均速度为３２．１ｋⅡ∥ｈ。
最大加速度１．０５ｒｎ／ｓ２，上海汽车２００８．１基于Advisor的纯电动汽车动力性能仿真作者：陈志雄， 钟绍华， Chen Zhixiong， Zhong Shaohua作者单位：武汉理工大学刊名：上海汽车英文刊名：SHANGHAI AUTO年，卷(期)：2008(1)被引用次数：4次1.FolkessonA Reallife Testing of a Hybrid PEM Fuel Cell Bus 20032.程莹;冯能莲;李克强ADVISOR混合动力电动汽车仿真系统的二次开发和应用[期刊论文]-汽车工程 2004(03)3.朱元;韩晓东;田光宇电动汽车动力电池SOC预测技术研究[期刊论文]-电源技术 2000(01)4.陈清泉电动车的现状和趋势[期刊论文]-机械制造与自动化 2003(01)1.尹安东.王泽平.赵韩.张炳力.YIN An-dong.WANG Ze-ping.ZHAO Han.ZHANG Bing-li基于ADVISOR的电动汽车动力性能仿真分析[期刊论文]-客车技术与研究2007,29(1)2.张翔.赵韩.钱立军.张炳力电动汽车仿真软件ADVISOR的应用[期刊论文]-交通科技与经济2004,6(3)3.王良模.柏卫军.Wang Liangmo.Bai Weijun基于ADVISOR电动汽车的开发和仿真[期刊论文]-东南大学学报(英文版)2006,22(2)4.刘磊.刚宪约.王树凤.柴山.LIU Lei.GANG Xian-yue.WANG Shu-feng.CHAI Shan汽车仿真软件ADVISOR[期刊论文]-农业装备与车辆工程2007(2)5.陈惠贤.王上锋.董新利.CHEN Hui-xian.WANG Shang-feng.DONG Xin-li基于ADVISOR的电动汽车传动系统最优匹配的研究[期刊论文]-科学技术与工程2010,10(2)6.刘成武.念健.Liu Chengwu.Lian Jian纯电动汽车动力系统参数匹配及动力性能仿真[期刊论文]-海峡科学2010(12)7.张昌利.张瑾瑾.杨盼盼.Zhang Changli.Zhang Jinjin.Yang Panpan基于ADVISOR的双能量源纯电动汽车仿真[期刊论文]-武汉理工大学学报（交通科学与工程版）2011,35(3)1.龚昕.陈龙.江浩斌.高非电动车辆动力系统设计及联合仿真[期刊论文]-重庆交通大学学报（自然科学版）2011(3)2.彭涛纯电动汽车动力匹配与仿真[期刊论文]-上海汽车 2011(9)3.琚龙基于MATLAB仿真的纯电动车动力系统匹配研究[期刊论文]-硅谷 2010(21)4.刘成武.念健纯电动汽车动力系统参数匹配及动力性能仿真[期刊论文]-海峡科学 2010(12)5.刘成武.念健纯电动汽车动力系统参数匹配及动力性能仿真[期刊论文]-海峡科学 2010(12)本文链接：/Periodical_shqc200801003.aspx。
2004061ADV ISOR 混合动力电动汽车仿真系统的二次开发及应用3程 莺 冯能莲 李克强 连小珉(清华大学,汽车安全与节能国家重点实验室,北京 100084) [摘要] 在研究与掌握ADV ISOR 车辆仿真系统结构组成的基础上,对该系统进行了二次开发,建立了该仿真系统不具备的某特定车型的混合动力系统仿真模型及其控制器模型。
并针对特殊的循环行驶工况,利用该模型进行了燃油经济性能的仿真和分析。
叙词:混合动力电动汽车,建模,仿真,二次开发Redevelopment and Its Application of Powertrain SimulationSystem for Hybrid Electric Vehicle Based on ADV ISORCheng Ying ,Feng N englian ,Li K eqiang &Lian XiaominTsi nghua U niversity ,S tate Key L aboratory of A utomotive S af ety and Energy ,Beiji ng 100084 [Abstract] The advanced vehicle simulation software ADV ISOR is redeveloped for setting up the simula 2tion models for a specific hybrid electric vehicle and its controller ,which was not available in ADV ISOR 1Using redeveloped ADV ISOR with added models ,the fuel economy performance of the vehicle for specific drive cycles is simulated and analyzed 1K eyw ords :H ybrid electric vehicle ,Modeling ,Simulation ,R edevelopment3国家863计划电动汽车重大专项资助项目(2003AA501323)。
3.1 ADVISOR的文件结构3.1.1ADVISOR文件系统的数据流如上图所示。
图中有四种主要的代表类型：z输入脚本文件定义工作空间的变量或者调用其它输入脚本文件，如MC_PM32.M；z模块图表有一些Simulink文件组成。
这些文件含有许多根据输入（如发动机特性图）计算输出（如燃油经济性）的方程；它们都是一些模型，如BD_PAR.M.；z输出脚本文件通过搜索工作空间对模型输出作一些后续处理，包括一些画图程序和一些错误检查程序，如chkoutputs.m。
z控制脚本文件既生成输入，也对输出作一些处理。
例如ADVISOR图形用户界面（GUI）和优化程序。
3.1.2 文件位置ADVISOR根目录下（如 c:\ADVISOR 或 c:\Program Files\ADVISOR）有一些子目录；这些子目录下是含有相应文件的数据、图形用户界面和模型子目录。
3.1.3 文件命名规则模型和数据文件的命名都采用一个前缀加一下划线（’_’）且使用的前缀几乎和定义的变量使用的前缀是一样的。
而在模块图里这一前缀放在尖括号（<>）内。
以下是ADVISOR部件文件类型：变量名称前缀代表的文件类型ACC_*.M附件负载文件CYC_*.M驱动循环文件。
定义变量时以cyc_开头；在模块图里则以<cyc>作为标示；ESS_*.M能量存储系统数据文件。
同样在定义变量时以ess_开头；在模块图里则以<ess>作为标示；EX_*.M排放后处理文件（如催化剂等）；FC_*.M燃料转换器数据文件；TX_*.M传动系数据文件，包括变速箱（gb）和主减速器（fd）；GC_*.M发电机/控制器数据文件；MC_*.M电机/控制器数据文件；PTC_*.M 传动系控制数据文件。
在定义发动机控制、离合器控制和混合控制策略变量时以vc_和cs_开头；而在模块图中则分别以<vc>和<cs>标示；TC_*.M 扭矩合成装置数据文件；VEH_*.M 整车数据文件；WH_*.M车轮/车轴数据文件；除了上述部件数据文件外，还有另一种类型文件也用前缀定义：BD_*.M-----代表Simulink模块图（模型）；所有带前缀文件名用大写字母，而变量名则全部采用小写字母，以免相互混淆。
3.1.4 ADVISOR文件的添加向ADISOR中添加一特定类型的文件的最容易的方法是修改现有的同类型文件，并以新的文件名在适当的目录下存储。
注意文件名要用大写字母。
这样做容易保证定义一个部件所需的全部变量都包含在新的文件中。
要添加汽车部件或驱动循环文件，用户只要点击图形用户界面中的相应按钮，按弹出菜单的指示去操作就可以了。
3.1.5 查看输入文件除了Matlab文件含有特定的数据以外，ADVISOR部件文件和其它几乎所有的文件都是文本文件，用户可以在任何文本编辑器上查看并编辑文件。
我们建议用户使用Matlab5.3自带的编辑器和调试器。
另外，查看文本文件还可在Matlab命令窗口直接输入type filename即可。
3.1.6 文件的删除删除文件用户可用两种方法：一是在操作系统下直接删除，二是在Matlab命令行下输入删除命令。
建议用户在操作系统下进行，这样可暂时将“删除”的文件放在垃圾箱里。
3.2传动系模型的描述ADVISOR有如下六种不同类型的汽车和两种现有的特殊的汽车供选择，每一类汽车都有不同的传动系。
此外ADVISOR还提供了一种自定义类型的传动系。
1.常规一典型的常规汽车是客车或轿车，它仅用一个燃料转换装置（如汽油机）作为动力源。
在ADVISOR中，默认的变速箱为手动五速机械式变速箱，附件为恒机械负载。
下图是一典型的常规汽车的结构：图3-1常规汽车的结构图2.串联混合动力串联混合动力汽车的部件包括燃料转换装置、发电机、电池和电机。
燃料转换装置（如汽油机）不直接驱动汽车的车轴，而是把机械能通过发电机直接转换成电能。
所有驱动汽车的转矩均来自于电机。
在ADVISOR中，串联混合动力汽车默认的变速箱是单速的；默认的控制策略是串联功率跟随策略。
混合动力汽车的负载为恒电功率负载。
串联混合动力汽车的结构图如图3-2所示：图3-2 串联混合动力汽车的结构3.并联混合动力并联混合动力汽车的部件包括一个发动机、电池和一个电机。
之所以命名为并联混合动力汽车，是因为燃料转换装置（如汽油机）和电机都可以直接驱动汽车的车轴。
电机可反过来作为发电机给电池充电。
在ADVISOR中，并联混合动力汽车默认的变速箱是五速的；默认的控制策略是并联电机辅助策略。
混合动力汽车的负载为恒电功率负载。
并联混合动力汽车的结构图如图3-3所示：图3-3 并联混合动力汽车的结构4.并联SA并联SA混合动力汽车的部件包括一个发动机、电池和一个电机。
之所以命名为并联SA混合动力汽车，是因为电机的作用类似于常规汽车上的起动机（Starter）和交流发动机（Alternator），它可允许并联SA混合动力汽车上的发动机在获得最小电动辅助的情况下关闭和重新启动。
称该类型汽车为并联是因为燃料转换装置（如汽油机）和电机都可以直接驱动汽车的车轴，电机可反过来作为发电机给电池充电。
并联SA混合动力汽车和基本的并联混合动力汽车之间的主要区别是离合器的位置不同，前者的离合器位于变速箱和转矩合成装置之间，而后者离合器则位于转矩合成装置和发动机之间。
这就意味着当汽车行驶时，发动机和电机轴都跟着转动。
在ADVISOR中，并联混合动力汽车默认的变速箱是五速的；默认的控制策略是并联电机辅助策略。
混合动力汽车的负载为恒电功率负载。
并联混合动力汽车的结构图如图3-4所示：5.燃料电池图3-4 并联SA混合动力汽车的结构图图3-5 燃料电池混合动力汽车的结构图6.电动汽车图3-6 纯电动汽车的结构图7.日本丰田Prius 混合动力轿车8.日本本田Insight 混合动力轿车9.自定义类型上图是用ADVISOR 部件绘制的常规汽车的传动系图。
值得注意的使大部分模块都有两各输入和两个输出。
每一个模块都传递和变换要求的转矩，也同时传递和变换可达到的、实际的转矩和车速。
图中上方的箭头（自左向右）表示的是转矩和车速需求。
驱动循环模块提出车速要求，而介于驱动循环模块和转矩提供模块（此时是内燃机）之间的各个模块然后根据给定的输入计算输出。
在计算过程中各个模块考虑损失、速度下降或提升以及自身的性能限制。
Edited by Foxit Reader Copyright(C) by Foxit Corporation,2005-2010For Evaluation Only.在最后‘内燃机’根据需求的转矩输出和车速确定其能够输出的转矩和最高转速；然后将信息自右向左传给各个部件；这些部件根据实际输入决定其实际输出。
和输入路径计算一样，输出也要考虑损失。
最后，整车模块根据收到的牵引力和速度限制信息，计算下一时间段汽车的加速度。
这一过程在整个驱动循环内不断进行下去。
下文即将介绍的是相互联系的各个部件模型之间转矩、转速和功率的转换，从而建立一整车模型。
另外，执行单独‘控制’功能的模块，下文也将介绍。
3.2.1燃料转换装置和排放后处理燃料转换装置子系统在整车中作用FC模块模拟汽车的功率源。
就内燃机而言，是该模块（FC）把燃料转化驱为动链可用的能量，它可以被假如在各种类型汽车的配置中，包括串联混合动力汽车、并联混合动力汽车和传统汽车。
建模方法描述假定由其它子系统要求的转矩和速度给定FC 模块确定发动机工作点来满足这些要求同时考虑到转动惯量损失和附件负载发动机控制模块不会让FC 工作在其允许的工作转速和转矩范围外并且在当离合器处于分离状态时确定发动机转速一但获得了转速和转矩把它们传递到汽车下面其它模块中去而这些值也是用来决定每步骤的燃油消耗和排放即在发动机万有特性中包括燃油消耗和废气物质由FC 转速和转矩来索引确定在衡量冷起动时燃料消耗和排放时使用温度校正因素其中的燃油消耗和各废气EO 排放子模块图如下燃料转换装置--燃料电池发动机控制--常规汽车发动机控制--并联电机辅助并联电辅助控制策略子系统在整车中的作用排放系统3.2.2 电器元件发电机/控制器子系统在整车模拟中的任务“发电机/控制器”模块将由发动机模块提供的转矩和转速信号转化成功率信号，并传递至“功率总线”模块。
建模方法描述这个发电机/控制器模型考虑了发电机和控制器中损耗、发电机的转动惯量、发电机转矩——转速关系、转矩能力和控制器电流的限制。
通过查转子转速和输入功率的二维表可以确定损失的功率。
发电机最大转矩通过查转速—最大转矩表获得，这就限制了发电机所能发出的最大功率，但是并没有反馈到发动机功率的输入。
功率总线 Power Bus串联 parallel power busEdited by Foxit Reader Copyright(C) by Foxit Corporation,2005-2010For Evaluation Only.该子系统作用根据从下面驱动链传来的功率要求，控制由发动机对发电机的供电来完成这部分功率请求，不足的部分才由电池电功率来补充即电池在这里体现功率均衡作用。
建模方法描述首先根据输入端口1 传来的路面阻力功率（考虑到其中附件消耗电功率损失），得到输出端1 的功率要求，它传向控制策略模块以决定发动机应输出的功率；当从发动机传来的功率不能满足汽车的路面阻力功率时，两者之差即为电池所要补充的功率。
该模块向电机输出的实际功率是从输出口3 传出，它的值为从发电机组得来的功率加上从电池得来的功率（减去相应的附件电功率消耗）。
能量存储系统概述对混合动力汽车上的所有部件来说，电池也许是最难理解和最难建模的。
尽管电池工作时看起来是一个简单的电能存储装置，但实际上电池在接受和传递能量的过程中，经历一个受温度影响的电化学过程，从而使电池的建模相对困难一些。
因此，电池的电行为是众多不断变化的参数的非线性函数。
两种极端的建模方法是：将各个影响因素都包含其中，或者只建立在一特定时间内可行的电池模型。
电池电化学行为的动态模型是以上两种方法的折衷。
目前ADVISOR中包含4种不同的电池模型。
1.第一种模型是最近发展起来的一种模型，被称为RC模型，它含电池的动态影响。
2.第二种模型是ADVISOR最初使用的模型，被称为Rint模型，它描述了电池电压源和内电阻的特性。
这个模型是美国爱达荷州国家工程实验室（Idaho National Engineering Laboratory）原先建立的铅酸电池的模型。
ADVISOR使用该模型大致模拟各种电池的电化学行为。
3.第三种电池模型是基础的铅酸电池模型4.第四种模型为铅酸电池的神经网络模型另外，ADVISOR 还有一个碳基超级电容（carbon-based ultracapacitor）模型。
