混合动力电动汽车性能仿真软件的研究
过学迅汪斌龚海峰杜传进
武汉理工大学汽车工程学院武汉430070）
摘要：依据软件工程的思想并结合电动汽车仿真的特点，利用MATLAB/Simulink和G语言，建立了电动汽车各零部件的动态模型，完成了具有自主知识产权的电动汽车仿真软件的开发并 试用于混合动力电动轿车的仿真分析，仿真结果与1SAT相比较，证明了仿真软件的可靠性.关键词：软件工程：电动汽车：性能仿真中图法分类号：TP3919
电动汽车要全面进入实用化阶段，还有很多关键的技术问题需要解决，电动汽车仿真技术就是其中之一，首先要确定软件开发模型.在本软件开发实践中，使用最为常见的瀑布模型
有其特殊性.电动汽车是一个复杂的系统，涉及多 但是，作为有针对应用领域的仿真软件，它文门交叉学科，包括电子、机械汽车、化学等电动汽车的多学科交叉性使得电动汽车的仿真成为一个技术混合的过程在电动汽车整个系统里，各子系统通过电力的电子的机械的等多种技术联结 混合在一起，其中，电力电子联结可进一步用模拟和数字信号表示.因此，对电动汽车进行仿真应在系统水平上进行.
1仿真软件开发与实践
1.1仿真软件需求分析
开发仿真软件的根本目的是对建立的各种电动汽车整车模型进行分析、比较与验证.为此，仿真软件必须具备以下基本功能
（1）基本的汽车模型，包括传统形式的汽车和电动汽车.（2）电动汽车部件模型库，能重新组建新的整车模型.（3）良好的交互性能，方便用户修改模型参数.仿真.分析和保存数据.（4）允许 用户根据需要，修改部件模型库和加入自己的部
件或整车模型.
1.2仿真软件总体设计
仿真软件的性能需求为：（1）能够进行001步长的仿真，仿真时间不超过实际工况运行时间：（2）界面应能迅速响应用户操作大部分界面能在1内给予响应.
在现有ADVISOR和PSAT等电动汽车仿真软件的基础上，进行了自主仿真软件设计.1.2.1建模方法的选择电动汽车的仿真建模有前向仿真和后向仿真两类为能更多地考虑驾 驶员对整车性能仿真的影响，选用了前向仿真法1.2.2总体设计将仿真软件分为部件及整车布局模型、前处理程序、后处理程序3大部分（如图1所示）
图1仿真软件的3大组成
部件模型包括每一个车辆部件的多种建模方法，每种建模方法对应一些数据文件，一个初始化程序，一个比例缩放文件，一个后处理程序和一个 模型信息文件.数据文件的内容包括部件的尺寸、功率质量、电流电压等参数和参数曲线.初始化
行时刻在数据文件和比例缩放之后，此时部用MATLAB/Simulink工具，简化了模型建立和件的数据文件均已调入工作空间.比例缩放文件用于对部件按照额定参数进行比例缩放，其依据数，函数可以在小区间内线性化（泰勒展开），从而 是其他参数往往是额定参数（如额定功率）的函可以得到额定参数小范围变化时的其他参数的值，避免了额定参数的微调导致重新输入数据文据处理和图形显示.模型信息文件用于存储模型 件.后处理程序负责仿真结束后该部件相关的数的各种信息.
程序实现的过程.
如前所述，软件分为前处理、仿真和后处理3大部分，因此，程序也是按这3个部分来组织的.
（1）前处理包括设置路径、获取各种前处理文件列表和运行各种前处理文件.（2）仿真包括设置仿真参数.对模型进行调试和运行仿真录，得到后处理文件列表 （3）后处理包括根据前处理中得到的部件目
1.3.2GUI界面程序开发GUI界面程序分成初始化前处理、仿真和后处理4大部分.由于MATLAB图形界面功能较弱，因此在开发GUI界面时选用的是GBuilder开发工具：（1）初 始化完成载入MATLAB载入配置文件、显示欢迎画面和显示帮助文件等功能：（2）前处理提供参数选择界面，处理用户的车型选择、参数选择、参数出图等工作并运行仿真所需的各个MAT-动汽车仿真：（4）后处理负责运行后处理程序和 LAB程序：（3）仿真是将用户的各种设置用于电显示运行结果
每种部件用不同建模方法建立的模型构成一个模型库.整车布局模型就是从各个部件模型库中提取部件模型拼装成一个供仿真调用的模型文 件.前处理程序包括用户输入界面，处理用户的模型和数据文件的选择，然后根据用户的选择拼装模型：调用相应的数据文件，比例缩放文件和初始化文件：然后运行仿真模型.后处理程序是在仿真运行完之后，处理仿真结果并显示结果的模块.后 处理程序根据用户的选择，调用部件的后处理程序处理数据并显示数据曲线.
1.2.3接口设计根据前向仿真的特点，对接口进行了规范.例如，传动机械部件输入为：控制信 号、传动部件之前部件的转动惯量（或质量）输入轴的转矩（或力）输出轴的转速（或速度）.输出为：输入轴的转速（或速度）输出轴转矩（或力）输出端转动惯量（或质量）
1.3.3两主程序的接口设计由于采用两种语言来设计软件涉及两种语言的接口问题.在开发 中，应用了MATLAB的Engine计算引擎方式，并将MATLAB的接口函数用面向对象的方法封装成两个类（elass），方使程序设计中调用.
1.4仿真软件的测试运行及维护
是前馈的终点，的起点，用于形成完整的微分 整车和驾驶员是两个较为特殊的部件.整车方程.驾驶员根据当前工况和车速发出命令，帮助形成闭环仿真，
作，各种原因造成的软件错误难免软件开发的每 电动汽车仿真软件开发是一项系统复杂的工一步都需要设计人员进行测试.测试时应当依据软件工程结合电动汽车仿真的特殊性来进行
1.2.4数据规范根据软件的3大部分，并为了保证仿真能正确运行，也对数据进行了规范分为 以下几类：（1）模块信息文件，保存部件模型的信使用脚本，而不使用函数：数据文件只能涉及到本部件的变量，而不能涉及到别的部件的变量：（3）调，而不必重写数据文件：（4）初始化文件也是脚了所建立的整车模型仿真时能顺利通过，但还必 比例缩放文件用于对部件参数进行比例缩放微本文件，完成几个模块的数据的操作，执行时刻在数据文件和比例缩放文件之后.引入初始化文件是为了解决各个部件交叉引用数据的问题.
1）单元测试单元测试是检查各个部件模型的模块接口和执行功能的有效性和正确性
2）集成测试电动汽车仿真是系统级的仿息，用结构体变量表示：（2）数据文件，数据文件真，单个部件模型的有效性并不代表用它建立的整车模型的仿真能正常运行，因此必须将部件模型组成整车模型.
3有效性、正确性测试上述过程只是说明须验证其有效性和正确性，为此，应用PSAT和ADVISOR的仿真结果作为软件仿真结果的参照，证明了软件的有效性
软件的测试不可能检查出的错误，而只根据程序是否有GU1界面支持可将程序代有在软件的实际使用中去不断发现修改甚至重新设计软件.
1.3仿真软件编码
码分为无界面主程序和GUI界面程序.
2仿真软件应用实例
以某并联混合动力电动轿车的仿真为例，说明仿真软件的实际使用效果.
（1m）XP18001.5GHz内存，256M：操作系 1）测试环境硬件，CPU为AMDAthlon统，Windows XP Professional 软件，M ATLAB6. 5/Simulink 5. 0
图2仿真结果与工况需求曲线
（5750r/min）：电动机功率，额定功率28kW，峰 2）整车基本参数发动机功率，80kW值功率42kW；附件总功率，650W：电池组，8Ah镍氢电池：初始S0C值，07：四档变速器各档传动比，3.417.1.81 1.281 0.975主减速器传动比，4.286车轮半径，0304mc整车质量，1685 kg:工况，NEDC循环工况；驾驶员，为特冷静型驾驶员.
图3车速跟踪误差曲线 t/s
参考文献
3）仿真参数设置仿真解算器，ode4仿真步长，001s仿真终止时刻，由工况所需时间而定.
1王立福，张世琨、朱冰.软件工程一技术、方法与 环境北京：北京大学出版社，1997462陈清泉，孙逢春，祝嘉光现代电动汽车技术.北京：北3黄妙华，喻厚宇.串联混合动力电动客车控制策略的 京理工大学出版社，2002.266268优化设计，武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2003 27( 4): 440 442
4）仿真结果仿真耗时626.625，车速跟踪最大误差1.1575m/s，发生时刻在第644.54s 如图2图3所示.
The Development and Practice of HEVPerformance SimulationSoftw are
Guo Xuexun Wang Bin Gong Haifeng Du Chuanjin(School of Aufomobile Engineering WUT Wuhan 430070)
Abstract
Due to the high costs in research and developmenl of electrical vehidles it is necessary to employsimulation tools. In this paper a simulation software tool is presented based on M AT LAB/SIM U LINK. A plete dynamic model of an electrical vehicle is established based on models for all mechanical and electrical parts. By bining a G builder interface with the SIM U LINK simula-tion environment a forwards facing simulation tool is created. This tool is used to perform analysis ofa real electric vehicle. And the simulation results are pared with PSA T to validate this simulationsoftware.
Key words softw are engineering: HEV: performance simulation
