纯电动汽车的动力系统仿真方法和装置与流程

本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种纯电动汽车的动力系统仿真方法以及一种纯电动汽车的动力系统仿真装置。

背景技术：

新能源汽车因为具有清洁无污染无排放、能量转换效率高、结构简单、使用维护方便等优点,加上目前国家已陆续颁布了许多的新能源汽车激励推广政策，激起了各大车企对新能源汽车研究的热潮。

新能源汽车动力系统设计涉及的影响因素很多，在电动车设计过程中如何通过优化动力系统参数，以实现性能达标及优化、缩短开发周期和节约成本，一直是动力系统匹配工作中的难点和重点。相关技术提出了一种纯电动车动力系统匹配方法，但是该方法动力性能参数考虑不全面，并且纯粹依据汽车动力学方程进行计算，仿真出的结果参考意义不是很大。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种纯电动汽车的动力系统仿真方法，该方法可以为纯电动汽车的关键零部件选型提供合理有效的依据。

本发明的另一个目的在于提出一种纯电动汽车的动力系统仿真装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种纯电动汽车的动力系统仿真方法，包括以下步骤：获取所述纯电动汽车的物理模型和控制模型；根据所述物理模型确定动力系统中零部件的选型约束条件，以根据所述零部件的选型约束条件选择匹配的零部件；将所述匹配的零部件的真实参数带入所述物理模型以获取真实物理模型，并根据所述真实物理模型和所述控制模型进行仿真。

根据本发明实施例提出的纯电动汽车的动力系统仿真方法，先根据物理模型确定零部件的选型约束条件，并根据零部件的选型约束条件选择匹配的零部件，然后将匹配的零部件的真实参数带入物理模型以获取真实物理模型，并根据真实物理模型和控制模型进行仿真。由此，该方法通过基于物理模型和控制模型对纯电动汽车的动力系统进行仿真，更加符合实际汽车行驶情况，仿真结果更具参考意义，从而可以为纯电动汽车的关键零部件选型提供合理有效的依据，节约成本和开发周期，保证产品性能。

根据本发明的一个实施例，所述动力系统中零部件包括电机、变速箱和电池。

根据本发明的一个实施例，所述根据所述真实物理模型和所述控制模型进行仿真，包括：确定待仿真行车工况，并根据所述待仿真行车工况和所述真实物理模型获取物理需求参数；根据所述控制模型和所述物理需求参数生成实际控制参数。

根据本发明的一个实施例，所述物理模型包括工况选择子模型、阻力计算子模型、车轮扭矩计算子模型、主减速器子模型、变速箱子模型、电机子模型和电池子模型，所述根据所述待仿真行车工况和所述真实物理模型获取物理需求参数包括：根据所述待仿真行车工况和工况选择子模型输出车速；根据所述阻力计算子模型和车速计算行驶阻力，其中，所述阻力计算子模型包括汽车动力学方程或实车滑行数据；根据所述车轮扭矩计算子模型和所述行驶阻力计算车轮扭矩，其中，所述车轮扭矩计算子模型包括车轮动态半径；根据所述主减速器子模型和所述车轮扭矩计算主减速器扭矩，其中，所述主减速器子模型包括主减速器传动比和主减速器的传动效率；根据所述变速箱子模型和所述主减速器扭矩计算变速箱扭矩，其中，所述变速箱子模型包括变速箱传动比和变速箱的传动效率；根据所述电机子模型和所述变速箱扭矩计算电机需求转速和电机需求扭矩以输出给所述控制模型，其中，所述电机子模型包括电机真实参数和电机效率；根据所述电池子模型、所述电机需求转速和所述电机需求扭矩计算电池充放电需求功率以输出给所述控制模型，其中，所述电池子模型包括电池真实参数和电池充放电效率。

根据本发明的一个实施例，所述控制模型包括电池控制子模型和电机控制子模型，根据所述控制模型和所述物理需求参数生成实际控制参数包括：根据所述电池控制子模型和所述电池充放电需求功率生成电池实际充电电功率，其中，所述电池控制子模型包括电池特性参数、电池工作温度和电池控制策略；根据所述电机控制子模型、所述电机需求转速和所述电机需求扭矩生成电机实际扭矩和电机实际转速，其中，所述电机控制子模型包括电机特性参数和电机控制策略，所述电机特性参数包括电机扭矩功率峰值和电机效率。

根据本发明的一个实施例，所述控制模型还包括功率限制子模型，所述方法还包括：根据所述功率限制子模型对所述电池实际充电电功、所述电机实际扭矩和所述电机实际转速进行功率限制，其中，功率限制子模型包括电机外特性、电池最大充放电功率和功率限制策略。

根据本发明的一个实施例，所述控制模型还包括档位控制子模型，所述方法还包括：根据所述档位控制子模型以及功率限制后的电池实际充电电功、电机实际扭矩和电机实际转速生成变速箱实际档位，其中，所述档位控制子模型包括档位控制策略和换挡模式。

根据本发明的一个实施例，所述的纯电动汽车的动力系统仿真方法还包括：根据仿真结果验证所述动力系统的实际性能参数是否满足目标性能指标；如果不满足所述目标性能指标，则判断重新选择匹配的零部件。

根据本发明的一个实施例，所述根据仿真结果验证所述动力系统的实际性能参数是否满足目标性能指标，包括：根据所述真实物理模型获取所述动力系统的最大爬坡度、最高车速和爬坡车速，并验证所述动力系统的最大爬坡度是否达到目标最大爬坡度、最高车速是否达到目标最高车速并且爬坡车速是否达到目标爬坡车速。

根据本发明的一个实施例，所述根据仿真结果验证所述动力系统的实际性能参数是否满足目标性能指标，包括：根据所述真实物理模型、所述电池实际充电电功率、所述电机实际扭矩和所述电机实际转速以及第一车速到第二车速获取从所述第一车速加速到所述第二车速所用的时间，以获取所述动力系统的加速性能参数，并判断所述加速性能参数是否满足目标加速性能参数。

根据本发明的一个实施例，所述根据仿真结果验证所述动力系统的实际性能参数是否满足目标性能指标，包括：在判断仿真终止条件满足时根据所述控制模型获取所述续驶里程和所述单位载质量能量消耗量。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种纯电动汽车的动力系统仿真装置，包括：第一获取模块，用于获取所述纯电动汽车的物理模型和控制模型；参数匹配模块，用于根据所述物理模型确定动力系统中零部件的选型约束条件，以根据所述零部件的选型约束条件选择匹配的零部件；仿真模块，用于将所述匹配的零部件的真实参数带入所述物理模型以获取真实物理模型，并根据所述真实物理模型和所述控制模型进行仿真

根据本发明实施例提出的纯电动汽车的动力系统仿真装置，参数匹配模块先根据物理模型确定零部件的选型约束条件，以根据零部件的选型约束条件选择匹配的零部件，然后仿真模块将匹配的零部件的真实参数带入物理模型以获取真实物理模型，并根据真实物理模型和控制模型进行仿真。由此，该装置通过基于物理模型和控制模型对纯电动汽车的动力系统进行仿真，更加符合实际汽车行驶情况，仿真结果更具参考意义，从而可以为纯电动汽车的关键零部件选型提供合理有效的依据，节约成本和开发周期，保证产品性能。

根据本发明的一个实施例，所述动力系统中零部件包括电机、变速箱和电池。

根据本发明的一个实施例，所述仿真模块进一步用于，确定待仿真行车工况，并根据所述待仿真行车工况和所述真实物理模型获取物理需求参数，以及根据所述控制模型和所述物理需求参数生成实际控制参数。

根据本发明的一个实施例，所述物理模型包括工况选择子模型、阻力计算子模型、车轮扭矩计算子模型、主减速器子模型、变速箱子模型、电机子模型和电池子模型，所述仿真模块进一步用于：根据所述待仿真行车工况和工况选择子模型输出车速；根据所述阻力计算子模型和车速计算行驶阻力，其中，所述阻力计算子模型包括汽车动力学方程或实车滑行数据；根据所述车轮扭矩计算子模型和所述行驶阻力计算车轮扭矩，其中，所述车轮扭矩计算子模型包括车轮动态半径；根据所述主减速器子模型和所述车轮扭矩计算主减速器扭矩，其中，所述主减速器子模型包括主减速器传动比和主减速器的传动效率；根据所述变速箱子模型和所述主减速器扭矩计算变速箱扭矩，其中，所述变速箱子模型包括变速箱真实参数、变速箱传动比和变速箱的传动效率；根据所述电机子模型和所述变速箱扭矩计算电机需求转速和电机需求扭矩以输出给所述控制模型，其中，所述电机子模型包括电机真实参数和电机效率；根据所述电池子模型、所述电机需求转速和所述电机需求扭矩计算电池充放电需求功率以输出给所述控制模型，其中，所述电池子模型包括电池真实参数和电池充放电效率。

根据本发明的一个实施例，所述控制模型包括电池控制子模型和电机控制子模型，所述仿真模块进一步用于：根据所述电池控制子模型和所述电池充放电需求功率生成电池实际充电电功率，其中，所述电池控制子模型包括电池特性参数、电池工作温度和电池控制策略；根据所述电机控制子模型、所述电机需求转速和所述电机需求扭矩生成电机实际扭矩和电机实际转速，其中，所述电机控制子模型包括电机特性参数和电机控制策略，所述电机特性参数包括电机扭矩功率峰值和电机效率。

根据本发明的一个实施例，所述控制模型还包括功率限制子模型，所述仿真模块进一步用于：根据所述功率限制子模型对所述电池实际充电电功、所述电机实际扭矩和所述电机实际转速进行功率限制，其中，功率限制子模型包括电机外特性、电池最大充放电功率和功率限制策略。

根据本发明的一个实施例，所述控制模型还包括档位控制子模型，所述仿真模块进一步用于：根据所述档位控制子模型以及功率限制后的电池实际充电电功、电机实际扭矩和电机实际转速生成变速箱实际档位，其中，所述档位控制子模型包括档位控制策略和换挡模式。

根据本发明的一个实施例，所述的纯电动汽车的动力系统仿真装置还包括验证模块，所述验证模块用于根据仿真结果验证所述动力系统的实际性能参数是否满足目标性能指标，如果不满足所述目标性能指标，则判断重新选择匹配的零部件。

根据本发明的一个实施例，所述验证模块进一步用于，根据所述真实物理模型获取所述动力系统的最大爬坡度、最高车速和爬坡车速，并验证所述动力系统的最大爬坡度是否达到目标最大爬坡度、最高车速是否达到目标最高车速并且爬坡车速是否达到目标爬坡车速。

根据本发明的一个实施例，所述验证模块进一步用于，根据所述真实物理模型、所述电池实际充电电功率、所述电机实际扭矩和所述电机实际转速以及第一车速到第二车速获取从所述第一车速加速到所述第二车速所用的时间，以获取所述动力系统的加速性能参数，并判断所述加速性能参数是否满足目标加速性能参数。

根据本发明的一个实施例，所述验证模块进一步用于，在判断仿真终止条件满足时根据所述控制模型获取所述续驶里程和所述单位载质量能量消耗量。

附图说明

图1是根据本发明实施例的纯电动汽车的动力系统仿真方法的流程图；

图2是根据本发明一个具体实施例的纯电动汽车的动力系统仿真方法的流程图；

图3是根据本发明一个实施例的纯电动汽车的动力系统仿真方法的流程图；

图4是根据本发明一个实施例的纯电动汽车的动力系统仿真方法的仿真原理图；

图5是根据本发明一个实施例的纯电动汽车的动力系统仿真方法中物理模型仿真方法的流程图；

图6是根据本发明一个实施例的纯电动汽车的动力系统仿真方法中物理模型的仿真原理图；

图7是根据本发明一个实施例的纯电动汽车的动力系统仿真方法中控制模型仿真方法的流程图；

图8是根据本发明一个实施例的纯电动汽车的动力系统仿真方法中控制模型的仿真原理图；

图9是根据本发明一个具体实施例的纯电动汽车的动力系统仿真方法中加速性能验证的仿真原理图；

图10是图9中车辆加速时间性能计算模型的仿真原理图；

图11是根据本发明实施例的纯电动汽车的动力系统仿真装置的方框示意图；以及

图12是根据本发明一个实施例的纯电动汽车的动力系统仿真装置的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图来描述本发明实施例提出的纯电动汽车的动力系统仿真方法和装置。

需要说明的是，本发明实施例的纯电动汽车可以是基于燃油汽车进行改装的前置前驱可慢充和快充的纯电动汽车。在保留原车系统的基础上，改用锂离子动力电池、永磁同步电机驱动车辆行驶和电动空调制冷、PTC制热、DC/DC充电为12V蓄电池、电动真空泵等。依据对标车型的基本性能参数确定本发明实施例的纯电动汽车的目标性能指标。

图1是根据本发明实施例的纯电动汽车的动力系统仿真方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：

S1：获取纯电动汽车的物理模型和控制模型。

其中，纯电动汽车的物理模型包括整车基本参数，例如车整备质量、满载质量、车的长宽高、轮胎滚动半径、迎风面积、滚动阻力系数、空气阻力系数等。

S2：根据物理模型确定动力系统中零部件的选型约束条件，以根据零部件的选型约束条件选择匹配的零部件。

其中，动力系统中零部件包括电机、变速箱和电池等。

具体来说，可建立单个小型物理仿真模型块例如电机仿真模型块、电池仿真模型块和主减速器仿真模型块，并通过多个小型物理仿真模型块构造纯电动汽车的物理模型。单个小型物理仿真模型块主要是利用汽车动力学方程及理论知识搭建，例如电机、电池和主减速器等零部件的效率数据可根据以往经验取一个相对合理的值，可以根据以往车型的零部件效率进行相对保守选取，从而确定动力系统中零部件的选型约束条件。

S3：将匹配的零部件的真实参数带入物理模型以获取真实物理模型，并根据真实物理模型和控制模型进行仿真。

也就是说，可根据物理模型仿真计算出的关键零部件的参数，以进行现有零部件的选择，在选择好零部件后，可将选择的零部件的真实参数带入物理模型和控制模型进行联合仿真，以进行正向验证。

具体来说，如图2所示，本发明实施例的仿真过程大致分为以下步骤：

S10：确定整车的目标性能指标。

其中，目标性能指标包括目标性能指标包括目标最大爬坡度、目标最高车速、目标加速性能参数(包括0-30km/h加速性能和30-50km/h加速性能)、目标爬坡车速、目标续驶里程和目标单位载质量能量消耗量等。

S20：确定整车的基本参数。

其中，整车的基本参数主要包括车整备质量、满载质量、车的长宽高、轮胎滚动半径、迎风面积、滚动阻力系数、空气阻力系数等。

S30：建立单个小型物理仿真模型块。

S40：建立物理模型和控制模型。

S50：根据单个小型物理仿真模型块确定零部件的选型约束条件，以进行现有零部件选型，将匹配的零部件的真实参数带入物理模型以建立真实物理模型，并根据真实物理模型和控制模型进行联合仿真以进行正向验证。

下面对本发明实施例的仿真方法进行详细描述。

根据本发明的一个实施例，根据以下匹配原则即选型约束条件选择匹配的电机、变速箱和电池具体地，(1)电机参数的匹配原则如下，其中，电机参数包括电机额定特性、电机的峰值特性、电机基速N和最高转速Nmax和电机的额定电压。

对于电机额定特性匹配来说，电机的额定功率需要满足车辆30分钟最高车速、4％坡道爬坡车速要求、12％坡道爬坡车速要求，即电机的额定功率需要大于等于上述三者功率的最大值,即是P_额定≥max(Pe30,Pe4,Pe12)，其中，P_额定为电机的额定功率，Pe30为30分钟最高车速的功率需求，Pe4为4％坡道爬坡车速的功率需求，Pe12为12％坡道爬坡车速的功率需求；电机的额定扭矩需要车辆30分钟最高车速、4％坡道爬坡车速要求、12％坡道爬坡车速要求，具体可根据额定功率和基速来确定，即T_额定≥(Te30,Te4,Te12)，其中，T_额定为电机的额定扭矩，Te30为30分钟最高车速的扭矩需求，Te4为4％坡道爬坡车速的扭矩需求，Te12为12％坡道爬坡车速的扭矩需求。

对于电机的峰值特性匹配，电机的峰值功率需要满足车辆0-50km/h加速时间要求、50-80km/h加速时间要求、0-100km/h加速时间要求和NEDC工况要求，即是P_峰值≥(Pmax0-50,Pmax50-80,Pmax0-100，PmaxNedc)，其中，P_峰值为峰值功率，Pmax0-50为0-50km/h加速时的功率需求，Pmax50-80为50-80km/h加速时的功率需求，Pmax0-100为0-1000km/h加速时的功率需求，PmaxNedc为NEDC工况下的功率需求；峰值功率持续时间需要满足0-50km/h加速时间要求，50-80km/h加速时间要求、0-100km/h加速时间要求，即是Pt_峰值≥(Ptmax0-50,Ptmax50-80,Ptmax0-100)其中，Pt_峰值为峰值扭矩，Ptmax0-50为0-50km/h加速时的扭矩需求，Ptmax50-80为50-80km/h加速时的扭矩需求，Ptmax0-100为0-1000km/h加速时的扭矩需求；峰值扭矩时间需要满足坡道起步的要求，根据国标要求坡道起步时至少每分钟行驶10米。

对于电机基速N和最高转速Nmax匹配，电机基速需要根据车辆大部分时间所在行车车速来确定，也可参考国内外电机厂家的技术状态例如1500—3000rpm；电机最高转速需要满足车辆的最高车速要求，也可参考国内外电机厂家的技术状态。

对于电机的额定电压匹配，电机的额定电压满足整车系统的电压等级。

(2)变速箱参数的匹配原则如下，其中，变速箱参数包括速比最小值和速比最大值。

速比最小值受最高车速和驱动轮所获得地面最大附着力要求限制；

速比最大值受车辆最低稳定车速和车辆最大爬坡度要求限制。

需要说明的是，如果纯电动汽车匹配变速箱，该处计算得到的速比值为变速箱速比和固定主减速比的乘积。

(3)电池参数的匹配原则如下，其中，电池匹配参数包括电池额定电压匹配、电池额定容量、电池的峰值放电功率、电池的工况放电功率和电池电量。

对于电池额定电压匹配，原则上为电池的额定电压Battery_V与电机的额定电压Motor_V相匹配，可根据Battery_V＝Motor_V/a计算得到，其中a为电压匹配系数，一般取0.9—0.95。另外，还要根据现有国标来进行电压等级的选择，具体标准要求可参阅国标。

对于电池额定容量，电池额定容量要满足续驶里程的要求，这里要注意明确温度条件和等速法续驶里程、NEDC工况法续驶里程。在本发明的一个具体示例中，电池可为锂离子电池，锂离子电池的电池容量和性能受温度影响较大，所以在选型时一定要注意明确冬季或是其他条件下的续驶里程，并分别仿真计算。

对于电池的峰值放电功率，电池的峰值放电功率Bp_max要满足电机的峰值功率P_峰值要求，并且持续时间也要同样满足，除此之外，还要考虑车辆行驶过程中电动附件(例如电动空调、DC/DC等)的电功率P_附件，所以Bp_max＝P_峰值/η+P_附件，η为电机效率。

对于电池的工况放电功率，电池的工况放电功率要满足NEDC工况的功率需求，并且满足30分最高车速的功率需求。

对于电池电量，电池电量要满足NEDC工况的续驶里程要求，等速法续驶里程要求，并且满足30分最高车速的需求。为了保护电池，尽量不要将电池的电量放到0，所以在仿真计算时要加入放电深度条件。

需要说明的是，NEDC工况是标准里面的一种工况，是车速随时间变化的关系表。

由此，基于目前国内大多数汽车生产厂家的开发经验以及目前市场快速需求，节约开发周期抢占市场，在仿真计算出电池选型约束条件、电机选型约束条件和变速箱选型约束条件之后，可从目前供应商中选择符合选型约束条件的电池、电机和变速器产品。

进一步地，根据本发明的一个实施例，如图3和4所示，根据真实物理模型和控制模型进行仿真，包括：

S101：确定待仿真行车工况，并根据待仿真行车工况和真实物理模型获取物理需求参数。

S102：根据控制模型和物理需求参数生成实际控制参数。

具体来说，在根据零部件的匹配参数选择匹配的零部件之后，可搭建真实的物理模型和控制模型，然后，如图4所示，物理模型输出物理需求参数信号，物理需求参数信号主要包括电机需求扭矩、电机需求转速、电池充放电需求功率等，控制模型在预设控制策略的基础上输出电机实际扭矩、电机实际转速、电池实际功率和当前最优档位。

下面结合图5和6描述物理模型的仿真原理。

具体地，根据本发明的一个实施例，如图5和6所示，物理模型包括工况选择子模型、阻力计算子模型、车轮扭矩计算子模型、主减速器子模型、变速箱子模型、电机子模型和电池子模型，根据待仿真行车工况和真实物理模型获取物理需求参数包括：

S201：根据待仿真行车工况和工况选择子模型输出车速；

S202：根据阻力计算子模型和车速计算行驶阻力，其中，阻力计算子模型包括汽车动力学方程或实车滑行数据；

S203：根据车轮扭矩计算子模型和行驶阻力计算车轮扭矩，其中，车轮扭矩计算子模型包括车轮动态半径；

S204：根据主减速器子模型和车轮扭矩计算主减速器扭矩，其中，主减速器子模型包括主减速器传动比和主减速器的传动效率；

S205：根据变速箱子模型和主减速器扭矩计算变速箱扭矩，其中，变速箱子模型包括变速箱传动比和变速箱的传动效率；

S206：根据电机子模型和变速箱扭矩计算电机需求转速和电机需求扭矩以输出给控制模型，其中，电机子模型包括电机真实参数和电机效率；

S207：根据电池子模型、电机需求转速和电机需求扭矩计算电池充放电需求功率以输出给控制模型，其中，电池子模型包括电池真实参数和电池充放电效率。

进一步地，物理模型还可包括附件功耗子模型和物理需求输出子模型，其中，根据附件功耗子模型可计算出附件需求功耗，例如空调功耗，进而在步骤S207中，可根据电池子模型、附件需求功耗、电机需求转速和电机需求扭矩计算电池充放电需求功率；物理需求输出子模型可输出电机需求转速、电机需求扭矩和电池充放电需求功率等给控制模型。

具体地，物理模型的仿真原理可如图6所示，物理模型的工作过程如下：在工况选择子模型中通过开关可选择要进行的仿真工况例如NEDC工况或是等速工况，其中，工况是关于车速和时间的二维表；然后，通过车速进行行驶阻力计算(包括加速惯性阻力、滚动阻力、坡道阻力、空气阻力等)，阻力计算子模型包括汽车动力学方程或实车滑行数据，阻力计算可通过汽车动力学方程来建立或者是通过实车滑行数据来进行拟合计算，在这不详述；在阻力计算后可依次通过车轮扭矩计算子模型和车轮动态半径推导出车轮扭矩，通过主减速器子模型和车轮扭矩推导出主减速器输入输出轴的扭矩，通过变速箱子模型和主减速器扭矩计算变速箱输入输出轴的扭矩和变速箱的需求档位，其中，扭矩传递过程中加入可传动效率，例如主减速器传动的效率和变速箱的传动效率，两者都是随转速和档位时刻变化的；最后，根据电机子模型和变速箱输入输出轴的扭矩计算仿真出电机所需的转速和扭矩以及根据电池子模型、电机所需的转速和扭矩计算仿真出电池所需的充放电功率，电机子模型和电池子模型中分别加入电机系统效率和电池充放电效率，从而使仿真结果更加符合实际，可靠有效。

也就是说，物理模型是根据需求车速逆推出，动力系统实现这一车速时电机所需输出的转速和扭矩以及电池所需的充放电功率。

需要说明的是，计算出车轮扭矩、主减速器输入输出轴的扭矩和变速箱输入输出轴的扭矩后，可以对这些零部件进行选型，可以知道这些零部件需要提供和承受的最大扭矩是多少。

下面结合图7和8对控制模型的仿真原理进行详细描述。

具体地，根据本发明的一个实施例，如图7和8所示，控制模型包括电池控制子模型和电机控制子模型，根据控制模型和物理需求参数生成实际控制参数包括：

S301：根据电池控制子模型和电池充放电需求功率生成电池实际充电电功率，其中，电池控制子模型包括电池特性参数、电池工作温度和电池控制策略；

其中，电池控制策略可为电池soc的计算、电池功率和可用容量的计算。

S302：根据电机控制子模型、电机需求转速和电机需求扭矩生成电机实际扭矩和电机实际转速，其中，电机控制子模型包括电机特性参数和电机控制策略，电机特性参数包括电机扭矩功率峰值和电机效率。

其中，电机控制策略可为电机扭矩限制、电机系统效率、能量回收扭矩模块的计算。

进一步地，如图7和8所示，控制模型还包括功率限制子模型，方法还包括：

S303：根据功率限制子模型对电池实际充电电功、电机实际扭矩和电机实际转速进行功率限制，其中，功率限制子模型包括电机外特性、电池最大充放电功率和功率限制策略。

进一步地，如图7和8所示，控制模型还包括档位控制子模型，方法还包括：

S304：根据档位控制子模型以及功率限制后的电池实际充电电功、电机实际扭矩和电机实际转速生成变速箱实际档位，其中，档位控制子模型包括档位控制策略和换挡模式。

需要说明的是，如果变速箱是单级主减速器，则档位控制子模型不涉及换挡问题。

进一步地，如图8所示，控制模型还包括物理需求输入子模型和控制信号输出子模型，其中，物理需求输入子模型可接收物理模型输出的电机需求转速、电机需求扭矩和电池充放电需求功率等；控制信号输出子模型用于输出限制后的电池实际充电电功率和电机实际扭矩和电机实际转速以及变速箱实际档位。

具体来说，控制模型的仿真原理可如图8所示，。控制模型的工作过程如下：控制模型得到物理需求参数即电池充放电需求功率、电机需求转速和电机需求扭矩后，根据电机控制子模型即例如所选电机和特性计算电机实际扭矩和电机实际转速，包括电机的扭矩功率峰值特性、电机系统的效率特性和电池控制子模型例如电池的充放电特性计算电池实际充电电功率，然后在通过功率限制子模型对电池实际充电电功率、电机实际扭矩和电机实际转速进行功率和扭矩的限制输出，最后得到实际控制参数输出即限制后的电池实际充电电功率、电机实际扭矩和电机实际转速。在仿真过程中，通过电池控制子模型单独设定电池的工作温度，以设定电池是在何种温度状态下工作，从对这对车辆动态性能计算非常有参考意义；电池控制子模型中预存电池SOC计算策略，即根据安时积分法计算电池soc,并且在电池控制子模型中，根据所选电池特性加入随soc和温度而变化的充放电功率表，从而使计算仿真结果即电池实际充电电功率符合实际情况；并且在电机控制子模型中加入随电机转速和扭矩而时刻变化的电机系统效率，从而能够得到电机实际扭矩和电机实际转速；功率扭矩限制子模型是保护功能模块，其是根据电机外特性和电池最大充放电功率而进行的限制输出模块；档位控制子模型主要解决当车辆采用多档位变速器时，根据效率最优原则进行档位的判定，使整个动力总成始终工作在最优效率状态，真实的计算出整车的能耗数据，档位控制子模型里可细分为动力性换挡与经济性换挡两种模式；最后控制信号输出子模型输出电机实际扭矩、电机实际转速、电池实际充放电功率和档位相关信号。

进一步地，根据本发明的一个实施例，纯电动汽车的动力系统仿真方法还包括：根据仿真结果验证动力系统的实际性能参数是否满足目标性能指标；如果不满足目标性能指标，则判断重新选择匹配的零部件。

也就是说，可判断动力系统的实际性能参数是否满足目标性能指标，如果满足，则判断相应型号的零部件是匹配的；如果不满足，则判断相应型号的零部件是不匹配的，可重新选择零部件。这样，通过以上方法和模型可以反复计算优化出完全满足性能指标的动力系统参数即匹配的零部件，对于节约开发周期和成本意义重大，仿真结果对实车性能数据具有实际的效果。

具体地，根据仿真结果验证动力系统的实际性能参数是否满足目标性能指标，包括：根据真实物理模型获取动力系统的最大爬坡度、最高车速和爬坡车速，并验证动力系统的最大爬坡度是否达到目标最大爬坡度、最高车速是否达到目标最高车速并且爬坡车速是否达到目标爬坡车速。

进一步地，根据本发明的一个实施例，根据仿真结果验证动力系统的实际性能参数是否满足目标性能指标，包括：根据真实物理模型、电池实际充电电功率、电机实际扭矩和电机实际转速以及第一车速到第二车速获取从第一车速加速到第二车速所用的时间，以获取动力系统的加速性能参数，并判断加速性能参数是否满足目标加速性能参数。

其中，加速性能可包括0-30km/h的加速性能和30-50km/h的加速性能。对于0-30km/h的加速性能，第一车速为0，第二车速为30km/h；对于30-50km/h的加速性能，第一车速为30km/h，第二车速为50km/h。

进一步地，根据本发明的一个实施例，根据仿真结果验证动力系统的实际性能参数是否满足目标性能指标，包括：在判断仿真终止条件满足时根据控制模型获取续驶里程和单位载质量能量消耗量。

具体来说，动力系统性能的正向验证可包括以下三种方式：

(1)最高车速、爬坡车速和最大爬坡度的正向验证可通过车辆动力学方程及真实物理模型实现，仿真时加入效率数据即可。

具体来说，可根据电机、电池、变速箱、主减速器等零部件所需要的最大扭矩值、转速值、功率值等参数值得到最高车速、爬坡车速和最大爬坡度。

(2)续驶里程和单位载质量能量消耗量可在仿真终止条件满足得到，即当仿真终止条件满足时控制模型可输出续驶里程、电池能量消耗量、单位载质量能量消耗量、soc变化值等数据。

具体来说，控制模型还可包括续驶里程计算子模型，续驶里程计算子模型可在计算从仿真开始到结束期间的续驶里程。档位控制子模型可在仿真过程中计算出单位载质量能量消耗量。

需要说明的是，仿真终止条件可为下面实施例中加速性能仿真的结束条件，即根据车速判断仿真是否结束，以0-30km/h的加速性能为例，可判断当前车速达到30km/h时判断仿真结束。

应当理解的是，不同的加速区间，仿真结束条件不同，相应的，续驶里程、电池能量消耗量、单位载质量能量消耗量、soc变化值等数据也是会发生变化的，此时可与对应的性能指标进行比较，以进行正向验证。

(3)根据真是物理模型构造如图9和10所示的加速性能仿真模型，加速性能参数可根据图9和图10所示的加速性能仿真模型获得，其中，可根据车速来判定仿真是否结束。

如图9所示，加速性能仿真模型包括车速子模型、车速判断子模型、加速性能计算子模型和加速时间显示子模型。

其中，车速子模型用于计算当前车速；车速判断子模型用于判断当前车速是否达到预设车速，以0-30km/h的加速性能为例，可判断当前车速是否达到30km/h。

如图10所示，加速性能计算子模型可包括电池子模型、电机子模型、变速箱子模型模块、主减速器子模型、车轮扭矩计算子模型、、阻力计算子模块以及加速度和车速计算子模型。

其中，根据电池子模块输出电池实时功率，进而根据电机子模型和电池实时功率计算电机需求扭矩，并根据变速箱子模型和电机需求扭矩计算当前档位下变速箱的输入输出轴扭矩，以及根据主减速器子模型和变速箱的输入输出轴扭矩计算主减速器的需求扭矩，根据车轮扭矩计算子模型和主减速器需求扭矩计算车轮需求扭矩，同时，根据车速子模型计算当前车速，进而根据阻力计算子模型和当前车速实时计算行驶阻力。然后，根据加速度和车速计算子模型、行驶阻力和车轮需求扭矩计算实时的车辆加速度和车。

加速时间显示子模型显示车辆加速到第二车速例如30km/h时所用的具体时间。由此，根据加速时间显示子模型显示的时间即可验证加速性能。

具体来说，车辆加速性能仿真模型的工作过程如下：根据所选电机的外特性，在电机子模型中输入所选电机的外特性的真实参数，然后得出作用于车轮的车轮需求扭矩和行驶阻力矩，然后根据牛顿第二定律求出加速度，并运用积分法计算得出当前车速，当当前车速达到目标车速即第二车速时，显示加速所用的时间，以用于验证加速性能。由此，本发明实施例的动力系统仿真方法，选型时动力性能和经济性能参数考虑全面，并且加入附件功耗，仿真计算结果更加可靠。而且不仅考虑物理模型，还加入控制模型，更加符合实际车辆行驶情况，仿真结果更具参考意义。另外，模型模块化，通用性强，还可以用于其他车型的仿真计算，对于其中的模块可以删减或是增添，具有平台化意义。

在本发明的一个实施例中，可利用MATLAB/simulink软件建立仿真模型。当然，也可利用其他不同的建模软件完成仿真。

综上，根据本发明实施例提出的纯电动汽车的动力系统仿真方法，先根据物理模型确定零部件的选型约束条件，并根据零部件的选型约束条件选择匹配的零部件，然后将匹配的零部件的真实参数带入物理模型以获取真实物理模型，并根据真实物理模型和控制模型进行仿真。由此，该方法通过基于物理模型和控制模型对纯电动汽车的动力系统进行仿真，更加符合实际汽车行驶情况，仿真结果更具参考意义，从而可以为纯电动汽车的关键零部件选型提供合理有效的依据，节约成本和开发周期，保证产品性能。

图11是根据本发明实施例的纯电动汽车的动力系统仿真装置的方框示意图。如图11所示，该纯电动汽车的动力系统仿真装置包括：第一获取模块10、参数匹配模块20和仿真模块30。

其中，第一获取模块10用于获取纯电动汽车的物理模型和控制模型；参数匹配模块20用于根据物理模型确定动力系统中零部件的选型约束条件，以根据零部件的选型约束条件选择匹配的零部件；仿真模块30用于将匹配的零部件的真实参数带入物理模型以获取真实物理模型，并根据真实物理模型和控制模型进行仿真。

其中，动力系统中零部件包括电机、变速箱和电池。

根据本发明的一个实施例，仿真模块30进一步用于，确定待仿真行车工况，并根据所述待仿真行车工况和真实物理模型获取物理需求参数，以及根据控制模型和物理需求参数生成实际控制参数。

根据本发明的一个实施例，物理模型包括工况选择子模型、阻力计算子模型、车轮扭矩计算子模型、主减速器子模型、变速箱子模型、电机子模型和电池子模型，仿真模块30进一步用于：根据待仿真行车工况和工况选择子模型输出车速；根据阻力计算子模型和车速计算行驶阻力，其中，阻力计算子模型包括汽车动力学方程或实车滑行数据；根据车轮扭矩计算子模型和行驶阻力计算车轮扭矩，其中，车轮扭矩计算子模型包括车轮动态半径；根据主减速器子模型和车轮扭矩计算主减速器扭矩，其中，主减速器子模型包括主减速器传动比和主减速器的传动效率；根据变速箱子模型和主减速器扭矩计算变速箱扭矩，其中，变速箱子模型包括变速箱真实参数、变速箱传动比和变速箱的传动效率；根据电机子模型和变速箱扭矩计算电机需求转速和电机需求扭矩以输出给控制模型，其中，电机子模型包括电机真实参数和电机效率；根据电池子模型、电机需求转速和电机需求扭矩计算电池充放电需求功率以输出给控制模型，其中，电池子模型包括电池真实参数和电池充放电效率。

根据本发明的一个实施例，控制模型包括电池控制子模型和电机控制子模型，仿真模块30进一步用于：根据电池控制子模型和电池充放电需求功率生成电池实际充电电功率，其中，电池控制子模型包括电池特性参数、电池工作温度和电池控制策略；根据电机控制子模型、电机需求转速和电机需求扭矩生成电机实际扭矩和电机实际转速，其中，电机控制子模型包括电机特性参数和电机控制策略，电机特性参数包括电机扭矩功率峰值和电机效率。

根据本发明的一个实施例，控制模型还包括功率限制子模型，仿真模块30进一步用于：根据功率限制子模型对电池实际充电电功、电机实际扭矩和电机实际转速进行功率限制，其中，功率限制子模型包括电机外特性、电池最大充放电功率和功率限制策略。

根据本发明的一个实施例，控制模型还包括档位控制子模型，仿真模块30进一步用于：根据档位控制子模型以及功率限制后的电池实际充电电功、电机实际扭矩和电机实际转速生成变速箱实际档位，其中，档位控制子模型包括档位控制策略和换挡模式。

根据本发明的一个实施例，如图12所示，纯电动汽车的动力系统仿真装置还包括：验证模块40，其中，验证模块40用于根据仿真结果验证动力系统的实际性能参数是否满足目标性能指标，如果不满足目标性能指标，则判断重新选择匹配的零部件。

根据本发明的一个实施例，验证模块40进一步用于：根据真实物理模型获取动力系统的最大爬坡度、最高车速和爬坡车速，并验证动力系统的最大爬坡度是否达到目标最大爬坡度、最高车速是否达到目标最高车速并且爬坡车速是否达到目标爬坡车速。

根据本发明的一个实施例，验证模块40进一步用于：根据真实物理模型、电池实际充电电功率、电机实际扭矩和电机实际转速以及第一车速到第二车速获取从第一车速加速到第二车速所用的时间，以获取动力系统的加速性能参数，并判断加速性能参数是否满足目标加速性能参数。

根据本发明的一个实施例，验证模块40进一步用于：在判断仿真终止条件满足时根据控制模型获取续驶里程和单位载质量能量消耗量。

综上，根据本发明实施例提出的纯电动汽车的动力系统仿真装置，参数匹配模块先根据物理模型确定零部件的选型约束条件，并根据零部件的的选型约束条件选择匹配的零部件，然后仿真模块将匹配的零部件的真实参数带入物理模型以获取真实物理模型，并根据真实物理模型和控制模型进行仿真。由此，该装置通过基于物理模型和控制模型对纯电动汽车的动力系统进行仿真，更加符合实际汽车行驶情况，仿真结果更具参考意义，从而可以为纯电动汽车的关键零部件选型提供合理有效的依据，节约成本和开发周期，保证产品性能。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。