根據(jù)匹配出的動(dòng)力系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及已知的整車參數(shù)，在 Cruise 建立整車模型，圖 1 所示。采用的整車結(jié)構(gòu)前置前驅(qū)方案，模型包括整車模塊、發(fā)動(dòng)機(jī)模塊、發(fā)電機(jī)模塊、蓄電池模塊、驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊、主減速器、差速器、制動(dòng)模塊，用于整車動(dòng)力性能，燃油消耗量和排放性的實(shí)時(shí)監(jiān)測和仿真，還可以評價(jià)虛擬的主觀平順性。


圖1 整車模型

模塊的參數(shù)是根據(jù)所設(shè)計(jì)的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)部件和已有車型來確定的。對各個(gè)部件進(jìn)行設(shè)置，以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)對匹配好的參數(shù)進(jìn)行仿真分析。包括基本參數(shù)和性能參數(shù)的輸入，模型的輸入可以采用手工輸入、從已有模型中調(diào)入數(shù)據(jù)、從已有數(shù)據(jù)文件中導(dǎo)入數(shù)據(jù)和拷貝與粘貼方式輸入數(shù)據(jù)。其中發(fā)動(dòng)機(jī)模塊的發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線按照發(fā)動(dòng)機(jī)的選型結(jié)果來輸入，分別輸入轉(zhuǎn)速、平均有效缸內(nèi)壓力（ BMEP ）、燃油消耗率的對應(yīng)數(shù)據(jù)關(guān)系，2 / BMEP n V 。發(fā)動(dòng)機(jī)倒拖扭矩如圖 2 所示。

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)倒拖扭矩圖
由于在 Cruise 軟件中搭建的模型，較難實(shí)現(xiàn)增程式電動(dòng)汽車各種工作模式的轉(zhuǎn)換，所以模型中添加了 Matlab 控制模塊，通過信號接口接收來自于駕駛室的輸入信息、發(fā)動(dòng)機(jī)信號、轉(zhuǎn)速、制動(dòng)信號等，如圖 3 所示，為控制模塊定義的接口。Simulink 控制模型以及 Stateflow 狀態(tài)轉(zhuǎn)化模型中的參數(shù)定義都是與這些接口模塊匹配的。


圖 3 控制模塊接口

部件間的信息連接部件之間的信息連接包括三種連接：機(jī)械連接、電氣連接和總線信息連接。模型中實(shí)現(xiàn)的是整車系統(tǒng)中的機(jī)械連接和信號連接，其中機(jī)械連接又叫物理連接，電氣連接實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)和蓄電池以及蓄電池和電動(dòng)機(jī)之間的連接。最后要設(shè)置模型中的總線信息連接，例如發(fā)動(dòng)機(jī)連接圖 4 所示，通過控制模塊進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的啟?？刂?，采集信號、以及將信號傳遞到控制模塊輸入端口，控制模塊根據(jù)做好的控制策略進(jìn)行判斷，做出發(fā)動(dòng)機(jī)的啟?？刂??？偩€信息連接其中最左邊一欄列出來的是需要從別的零部件獲得信息的部件，例如發(fā)動(dòng)機(jī)。第二欄中定義了這個(gè)部件中所有需要的參數(shù)值，例如節(jié)氣門位置。這一列中標(biāo)記有綠色的是必須連接的參數(shù)，帶有黑色標(biāo)記的參數(shù)可以根據(jù)需要選擇性的連接。第三欄中列出了可以傳遞這種參數(shù)或者變量信息的部件，例如駕駛室，駕駛室是可以傳遞節(jié)氣門位置的唯一一個(gè)部件，因?yàn)楣?jié)氣門位置的開度是受由駕駛員操作實(shí)現(xiàn)的。第四欄為可以傳遞信息的部件，例如節(jié)氣門位置。在 Cruise 中，預(yù)先設(shè)定好這些總線信息連接，因此這些部件可以采集和傳遞車輛信息。例如由駕駛室傳遞節(jié)氣門位置信息到發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊，再由控制器決定發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。


圖4 總線信息連接圖

聯(lián)合仿真模塊的開發(fā)Matlab 接口模塊是用來實(shí)現(xiàn)與 Cruise 的聯(lián)合仿真， Cruise 軟件與 Matlab 的接允許客戶自定義模型元件以及相關(guān)的控制策略，便于客戶自己進(jìn)行復(fù)雜控制。Cruise 與 Matlab 有三種連接方式：（ 1 ） Cruise Interface ：Cruise 與 Matlab 的聯(lián)合仿真分析（ Matlab 在前臺(tái)，而 Cruise 處在被調(diào)用狀態(tài)）；（ 2 ） Matlab API ：Cruise 與Matlab 的聯(lián)合仿真分析（ Cruise 在前臺(tái)，而 Matlab 處在被調(diào)用狀態(tài)）；（ 3 ） MatlabDLL ：通過 Simulink 模型生成的動(dòng)態(tài)鏈接庫（ DLL ）與 Cruise 進(jìn)行耦合仿真。由于 Cruise 模型是非常完整的模型，本文采用第三種方法，通過生成Matlab/Simulink 的 DLL 文件實(shí)現(xiàn)與 Cruise 的聯(lián)合仿真，如圖 5 所示。其中第一列為整車模型中 Matlab 控制模塊的十四個(gè)接口，實(shí)現(xiàn)與 Matlab 的連接，以實(shí)現(xiàn)接口的識別，第一列為子系統(tǒng)參數(shù)模型，定義了從 Cruise 中采集的接口參數(shù)與其他參數(shù)之間的關(guān)系。其中發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩曲線是需要從 Cruise 中整車系統(tǒng)采集的數(shù)組模型。最右邊為對應(yīng)于 Cruise 軟件中模型參數(shù)的七個(gè)輸出接口：電機(jī)負(fù)載信號、電機(jī)開關(guān)、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載信號、發(fā)動(dòng)機(jī)開關(guān)轉(zhuǎn)換、發(fā)電機(jī)負(fù)載信號、發(fā)電機(jī)開關(guān)、制動(dòng)壓力輸出控制。


圖5 Matlab 與 Cruise 的接口文件

發(fā)動(dòng)機(jī)的 Simulink 模型如圖 6 所示。需要獲得的信息或者輸入的信息有：發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩、發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩、最小轉(zhuǎn)矩和由軟件所采集監(jiān)測到的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩信息。


圖6 Matlab 與 Cruise 的接口文件發(fā)動(dòng)

中間部分為不同的工作模式狀態(tài)裝換條件 Stateflow 模型，如圖 7 所示。


圖 7 狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件及轉(zhuǎn)換時(shí)候的控制

Stateflow 模塊由圖形對象和非圖形對象構(gòu)成，模型中用方塊表示系統(tǒng)的運(yùn)行模式，帶有方向箭頭的線條表示狀態(tài)轉(zhuǎn)化的流向，每個(gè)運(yùn)行模式狀態(tài)都有執(zhí)行條件和跳出條件，分別寫在帶箭頭的線上。六個(gè)工作模式的狀態(tài)轉(zhuǎn)化條件如表 1所示，同時(shí)加入了車輛啟停狀態(tài)控制和制動(dòng)能量回收模塊。


表 1 Stateflow 模型中的狀態(tài)轉(zhuǎn)化條

開關(guān)信號以及制動(dòng)力矩模型，如圖 8 所示，其中制動(dòng)力矩是與 Cruise 中車輛模型對應(yīng)的，以實(shí)現(xiàn)不同軟件中信號。


圖 8 開關(guān)信號以及制動(dòng)力矩頂層模型

工況仿真及結(jié)果分析，仿真任務(wù)車輛運(yùn)行任務(wù)有以下幾種：

（ 1 ）循環(huán)行駛工況（ Cycle Run ）

（ 2 ）爬坡性能分析（ Climbing Performance ）

（ 3 ）穩(wěn)態(tài)行駛性能分析（ Constant Drive ）

（ 4 ）滿負(fù)荷加速性能分析（ Full Load Acceleration ）

（ 5 ）最大牽引力計(jì)算（ Maximum Traction Force ）

（ 6 ）巡航行駛工況（ Cruising ）

（ 7 ）制動(dòng) / 滑行 / 反拖性能分析（ Brake/Coast/Thrust ）