一种轮毂电机电动汽车电驱动总成仿真方法

1.本专利涉及车辆动力学仿真技术领域，具体地，涉及一种提高电动汽车电驱动总成多模型计算效率的仿真方法。


背景技术：

2.车辆仿真是车辆在设计开发测试过程中的重要方法，其精度和细粒度对车辆稳定性和安全性有重要作用，同时，也是降低车辆测试成本的主要手段之一，一个完整的车辆仿真平台应包含以下几部分：场景模块、驾驶员模块、车辆动力学模块，参数输出模块等，本发明所提出的基于多时间尺度的轮毂电机电动汽车电驱动总成仿真方法则针对车辆动力学模块中的电驱动总成部分进行改进。
3.目前业界常用的车辆仿真软件主要针对燃油车进行仿真，其驱动部分通常采用查表的发动机模型，不存在时间不统一的问题，对电动汽车的仿真则大多采用了查表的电机模型，其仿真精度较低，且难以描述电机仿真失效的问题，对于能够描述电机瞬态特性的模型，其仿真时间较长仿真效率较低，目前尚没有能够同时兼顾仿真精度和仿真效率的方法


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是在精确描述电机瞬态特性的同时提高仿真效率问题。
5.为解决上述问题，本发明提供一种轮毂电机电动汽车电驱动总成仿真方法，包括以下步骤：
6.s1：在仿真平台中构建轮毂电机电动汽车电驱动总成模型和外部车辆动力学仿真模型；
7.s2：通过时间尺度变换插值模块，将外部车辆动力学仿真模型的参数需求进行插值处理后输入到轮毂电机电驱动总成经验公式模型，获得电驱动总成输出参数；
8.s3：通过时间尺度变换整合模块，将所述电驱动总成输出参数进行整合后输入外部车辆动力学仿真模型中；
9.s4：判断是否到达预设仿真时长，如果是则输出仿真结果，如果否则进入步骤s2；
10.步骤s2中，所述时间尺度变换插值模块将外部车辆动力学仿真模型中的步长统一为与轮毂电机电驱动总成模型中的步长在时间尺度上一致；
11.步骤s3中，所述时间尺度变换整合模块将轮毂电机电驱动总成模型中的步长统一为与外部车辆动力学仿真模型中的步长在时间尺度上一致。
12.进一步的，步骤s1中，利用永磁同步轮毂电机经验公式微分方程、电池等效电路微分方程，建立所述轮毂电机电动汽车电驱动总成模型。
13.进一步的，步骤s2包括：
14.s21：将外部车辆动力学仿真模型的参数需求输入至时间尺度变换插值模块；
15.s22：对比时间尺度变换插值模块中的时钟模块的时间与轮毂电机电动汽车电驱
动总成模型仿真步长，当时间为外部车辆动力学仿真模型的仿真步长的整数倍时输入下一时刻的参数到电驱动总成模型中，否则，输入当前时刻的参数到轮毂电机电动汽车电驱动总成模型中；
16.s23：获得轮毂电机电动汽车电驱动总成模型的输出参数。
17.4.进一步的，所述步骤s3包括：
18.s31：将轮毂电机电动汽车电驱动总成模型的输出参数输入至时间尺度变换插值模块；
19.s32：采用零阶保持器获得电驱动总成输出参数的整合参数，采样时间取外部车辆动力学仿真模型的仿真步长；
20.s33：将整合后的电驱动总成输出参数输入外部车辆动力学仿真模型中。
21.进一步的，步骤s1中所述轮毂电机电动汽车电驱动总成模型的输入参数为经过插值处理的需求参数，包括转速需求、转矩需求，输出参数包括轮毂电机的转速、转矩、电压、电流、效率。
22.进一步的，所述步骤s33包括：
23.s331：经过插值处理的参数指令，经过约束条件，将pwm控制信号传输到逆变模块中；
24.s332：将所述逆变模块输出的参数传输到永磁同步轮毂电机经验公式模型中，获取电驱动总成控制序列；
25.s333：通过电机控制序列获取轮毂电机电动汽车电驱动总成模型的输出参数。
26.进一步的，步骤s331中，所述约束条件包括：转速控制、电流控制，结合电池功率限制、瞬态特性。
27.进一步的，步骤s1之后还包括：根据实际车辆使用的电驱动总成参数对所述轮毂电机电动汽车电驱动总成模型进行参数标定。
28.进一步的，标定的参数包括：四个轮毂电机的dq轴电感、电枢电阻、转动惯量，电驱动总成模型中动力电池的额定电流、额定电压、额定功率。
29.本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时能实现上述的轮毂电机电动汽车电驱动总成仿真方法，根据实际车辆使用的电驱动总成参数对所述轮毂电机电动汽车电驱动总成模型进行参数标定。
30.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
31.在复杂场景下，车辆的电驱动部分存在强烈的非线性关系，此时，传统的查表模型难以满足仿真需求，而经验公式模型仿真时间较长。本专利建立起一种多时间尺度的电驱动仿真方法，建立一种多时间尺度的电驱动总成模型，通过与外部车辆动力学仿真软件的交互，实现驱动部分仿真效率的提高，并提供足够精确的轮毂电机电动汽车电驱动参数。经模拟实验证实，可以同时保证仿真效率和仿真精度。
附图说明
32.图1：轮毂电机电动汽车电驱动总成模型仿真概括流程图；
33.图2：轮毂电机电动汽车电驱动总成模型示意图；
34.图3：轮毂电机电动汽车电驱动总成模型仿真细化流程图；
35.图4：仿真模型时间尺度变换模块示意图。
具体实施方式
36.以下对本发明的实施方式做详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
37.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一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
38.根据本发明实施例提供的轮毂电机电动汽车电驱动总成仿真方法，建立一种多时间尺度的电驱动总成模型，通过与外部车辆动力学仿真软件的交互，实现驱动部分仿真效率的提高，并提供足够精确的轮毂电机电动汽车电驱动参数。
39.第一方面，提供了一种轮毂电机电动汽车电驱动总成模型，并可根据实车参数对仿真系统进行标定，所述模型包括：
40.参数输入输出接口，pwm信号控制模型，四个轮的永磁同步电机模型，电池模型等。在电驱动总成部分，为了满足控制信号的需求，仿真步长采用10-5
s-10-7
s，可根据实际需求进行调整。通过pwm脉冲调制进行信号产生，simulink中有相应模块，与参数指令的关系：参数指令传输进来后通过pi模块等传递信号到pwm进行脉冲调制。
41.在参数标定过程中结合实车所使用的电驱动总成参数，对轮毂电机电动汽车电驱动总成模型中四个轮毂电机的dq轴电感、电枢电阻、转动惯量等进行标定，对电驱动总成模型中动力电池的额定电流、额定电压、额定功率等进行标定。对标定后的模型进行仿真计算，可获得相应的原始电驱动总成转速转矩结果。
42.第二方面，提供了一种基于多时间尺度的轮毂电机电动汽车电驱动总成仿真方法，以提高仿真效率，所述方法包括：
43.根据轮毂电机电动汽车电驱动总成仿真模型仿真步长和外部车辆动力学仿真软件仿真步长，通过时钟信号、零阶保持器、选择模块等建立多时间尺度选择模块，对输入到轮毂电机电动汽车电驱动总成仿真模型的参数指令进行插值，对轮毂电机电动汽车电驱动总成模型输出的原始结果参数进行整合，保证在外部车辆动力学仿真软件仿真步长较大(10-2
s-10-3
s)，电驱动总成仿真步长较小(10-5
s-10-7
s)的情况下同步进行仿真计算。
44.具体的，本发明实例提供了一种基于多时间尺度的轮毂电机电动汽车电驱动总成仿真方法，具体包含两个方面：
45.第一方面，参照图1、图2、图3、图4所示，建立轮毂电机电动汽车电驱动总成模型。
46.首先，根据经过插值处理的各轮的转速需求和转矩需求，对电机所需信号进行参数控制，包括转速控制、电流控制、pwm控制，其中，控制策略可采用传统的id＝0控制、mtpa控制(最大转矩电流比控制)、mtpv控制 (最大转矩电压比控制)、弱磁控制等，将控制参数作为栅极信号传输到逆变模块的igbt(绝缘栅双极型晶体管)中，并通过逆变将动力电池的直流信号转换为永磁同步轮毂电机经验公式模型所需的交流信号。
47.其次，在动力电池部分，通过建立等效电路模型和soc(动力电池的荷电状态)估计模型，可以精确为永磁同步轮毂电机经验公式模型提供驱动电压和驱动电流，在转速转矩
突变时，电机所需的电压电流会产生突变及延迟现象，本发明所提供的动力电池模型可以有效表述因外部参数变化带来的驱动参数瞬态特征，为电驱动总成的精确仿真提供一种可能的方法。
48.第二方面，参照图2和图3所示，利用时钟模块、零阶保持器、选择模块等进行时间尺度变换，为输入到轮毂电机电动汽车电驱动总成模型的参数进行插值处理，为轮毂电机电动汽车电驱动总成模型的输出参数进行整合处理，可以保证轮毂电机电动汽车电驱动总成模型和外部车辆动力学仿真软件同步运行，以降低仿真时间。
49.在时间尺度变换－插值模块中，外部动力学模型输入一个步长为 10-2
s-10-3
s的参数需求，通过对比时钟模块的时间与电驱动总成模型仿真步长，获得插值条件，当时间为10-2
s-10-3
s的整数倍时输入下一时刻参数到电驱动总成模型中，否则，输入当前时刻参数到电驱动总成模型中。
50.在时间尺度变换－整合模块中，轮毂电机电动汽车电驱动总成模型输出的原始结果为步长10-5
s-10-7
s的转速转矩等参数，直接输出到外部动力学模型会报错，此处采用一个零阶保持器，采样时间取10-2
s-10-3
s(即外部车辆动力学模型仿真步长)，获得整合参数再输出到外部车辆动力学仿真软件中。
51.在图4中，本发明给出了实际仿真测试过程中的一个实例，其包含外部车辆动力学模型输入、插值模块、单位转换模块、转速电流pi控制模块、脉冲调制模块、电池模块、igbt模块、永磁同步电机经验公式模型、测量模块、坐标转换模块、整合模块、以及输出模块，其中差值模块和整合模块为本发明的时间尺度变换的部分，是提高仿真效率，降低仿真时长的核心模块，插值模块中，通过将时钟信号和大步长的整数倍进行比较，以确定插值时间，并通过零阶保持器在小步长时间范围内将整数倍时间下的动力学需求参数输入到电机模型中，当电机模型当前时刻仿真结束后，其仿真结果为小步长的一组数据，其包含了电机的转速、转矩、电压、电流仿真结果，在一个大的仿真步长下，其包含多组数据，此处采用整合的方法，通过零阶保持器只保留整数时刻的仿真结果，以提高外部车辆动力学仿真软件的仿真效率。根据模拟结果显示，传统电动汽车仿真方法完成仿真历时2394.012152秒，基于多时间尺度的轮毂电机电动汽车仿真方法完成仿真历时182.623892秒，相比传统的电动汽车仿真方法，本发明所提出的多时间尺度电动汽车仿真方法效率提高了10倍以上，结果较为显著。
52.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
53.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
54.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
55.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
56.以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式作出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“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。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。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。