【文章內(nèi)容簡介】 間段汽車的加速度，這一過 程在整個驅(qū)動循環(huán)內(nèi)不斷進行下去 [31][32][33]。 ADVISOR 各模塊功能介紹 這章 將主要介紹 ADVISOR 中相互聯(lián)系的各個部件模型之間轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和 功率的轉(zhuǎn)換過程 ,主要包括駕駛工況、整車、輪軸、主減速器、變速器、電機 /控制器、電器負載、功率總線和電池等模塊。下面按照其運行過程從左至右介紹各模塊功能及作用，其中重點介紹駕駛工況模塊、整車模塊、主減速器模塊、變速器模塊、電機模塊和電池模塊 [34][35][36]。 駕駛工況模塊 圖 42 駕駛工況模塊 該模塊主要對電動汽車行 駛的路面信息進行設(shè)置，如汽車路況選擇，爬坡角度設(shè)置，加速行駛距離等，通過這些內(nèi)容的設(shè)定從而對后面的一系列模塊需要提供的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等提出要求。 整車模型 圖 43 整車模型 在該汽車模塊中的計算，是表示在輪胎處力的平衡，該迭代步驟末給定汽車所需要的速度，而由上一步實際路況計算所得的車速作為該迭代步驟的初速度，又這兩端的速度求得迭代步內(nèi)的平均車速，該步驟內(nèi)要求的驅(qū)動力和平均速度就是驅(qū)動車輪向上要求（后饋） 的功率流， 并且在 前饋路線， 獲 得驅(qū)動力和速度極限。汽車的實際速度可以通過其子模塊“汽車速度” 計算出來。 模塊中實現(xiàn)了汽車縱向動力方程， maF?? ，力包括滾動阻力，空氣拖動阻力和坡度阻力。該方程首先計算迭代步的加速度來計算出所要求的后饋驅(qū)動力，迭代步內(nèi)的平均速度為步驟開始處和末端處所需速度的平均值。 實際計算車速的子模塊見圖 44。 圖 44 整車速度子模塊 該模塊實現(xiàn)的計算模型和公式如下：汽車在坡度為 α 的路面的受力圖如圖 47所示 。 圖 45 汽車模型受力分析圖 已知驅(qū)動力 tF ，初速度 0V ，求末速度 tV 。通過求出該步驟的平均車速 averV ，再利用關(guān)系式 2 ）V(VV t0ave r ??，則可以求得該步驟汽車的末速度 tV 。 已知，由力的平衡得 0)FFm g s i n α( m aF fWt ????? （ 41） 式中 a — 汽車行駛的加速度； WF — 汽車行駛時的空氣阻力； fF — 汽車行駛時的滾動阻力。 同時有 dt )(Vdt VVa 0a ve r0t ???? （ 42） 2averdW ? （ 43） )fVm g c o s α gcF 2a ve r1f ?? （ 44） 式中 1f — 汽車前輪滾動阻力系數(shù)； 2f — 汽車后輪滾動阻力系數(shù)。 由 公 式 （ 42） ， 公式（ 43） 和 公式（ 44） 可以得出計算平均車速的二次多項式方程 0F0 .5 m Vm g s i n αc o s αm g fVm g c o s αdt0 .5 mAV0 .5 t01a v e r2a v e rd ????????? ????????????????ρC（ 45） 通過求解這個一元二次方程式的根即可得到汽車在迭代步內(nèi)的平均車速averV ，進而求得末速度 0avert V2VV ?? （ 46） 牽引力控制模塊： 圖 46 牽引力控制模塊圖 此模塊包括兩個子模塊，一個是限制從 汽車模塊傳來的驅(qū)動力和平均車速；另一個是由于加減速而產(chǎn)生的輪軸載荷的變化，這里返回端為前載荷。 下面分別對這兩個模塊進行講解： 1）由輪胎牽引極限限制車速要求：該模塊保證從整車模塊傳來的車速要求不會超過汽車在路面發(fā)生極限附著的情況下所能產(chǎn)生的汽車車速，所以要建立汽車（前輪驅(qū)動）當發(fā)生路面打滑的時候（路面附著極限的情況）下所能產(chǎn)生的最小的車速（制動）或者最大的車速（驅(qū)動）的理論分析模型。 假設(shè)汽車在坡度為 α 坡度的路面上以初速度 0V 在極限附著力 maxF 的驅(qū)動力下，所能產(chǎn)生的最大末速度為 tV 。根據(jù)平衡方程有 maFFFF ifWm a x ???? （ 47） maxμ*fWmaxF ? （ 48） 驅(qū)動輪前輪載荷 fW 為 h g / L*)Fma( m g s i n αb / L*m g c o s αfW W???? （ 49） 即 h g /L*mab /L*mgfW ?? （式 ） 2AVρCF 2averdW ? （ 411） )fVm g c o s α gcF 2a ve r1f ?? （ 412） mgsinαFi ? （ 413） 迭代步的加速度為： )/dtV(Va 0t ?? （ 414） 迭代步內(nèi)的平 均速度為： )/2V(VV 0taver ?? （ 415） 分別將上式代入平衡方程中，并化簡。為簡化二次項球根，把 tV 的二次方記作 0t V*V ，這樣可以得到在驅(qū)動達到附著極限和初速度為 0V 時迭代步末所產(chǎn)生的速度為 / L / dtHm μm / dtc os α1/ 2m g fAV3/ 8 ρ/ /Lm g s i n α g s/ dtmV/ dt/ L VHμAV1/ 8 ρ/c os αo1/ 2m g fs i n αic os αm g (fm g b/ L μtV gm a x20d g00gm a x20d2021m a x ??? ????????（ 416） 式中 L — 汽車軸距； b— 汽車后軸距； gH — 汽車質(zhì)心高度； dC — 空氣阻力系數(shù)； A— 汽車迎風面積； ρ — 空氣密度。 tV 則為汽車所能提供的汽車極限速度，從整車模塊傳送過來的速度必須小于該速度。 同樣，當在制動情況下達到附著極限時， maxF 已經(jīng)作為制動力，方向相反。同其它的受力情況一樣，力的平衡方程為， maFFFF ifWm a x ???? 其中， m axfm ax μ*WF ?? （ 417） 化簡得到在制動極限附著情況下所能達到的最小車速為 / L / dtHm μm / dtc os α1/ 2m g fAV3/ 8 ρ/ /Lm g s i n αg/ dtmV/ dt/LVHμAV1/ 8 ρ/c os αo1/ 2m g fs i n αic os αm g (fm g b/ L μV gm a x20d g00gm a x20d2021m a xt ??? ?????????（ 418） 極限附著情況下限制車速的 ADVISOR 模型如圖 47， 圖 47 輪胎附著力限制車速模塊圖 該模塊只有兩個輸入端，即迭代步驟初速 0V （端口 2）和 從汽車的整車模塊傳來的平均車速（端口 1），建立該模型的目的是要對平均車速的要求值作其在極限情況（極限附著力條件）下的限制。前面已經(jīng)求得在驅(qū)動或制動極限情況下的最大末車速或最小末車速，進而由關(guān)系式 ）/2V（VV 0tav er ?? 求出迭代步內(nèi)的平均車速的極限值。最后通過比較限制端口 1 輸出的平均車速，使其不會超過極限附著情況下能產(chǎn)生的平均車速。 2）限制前輪驅(qū)動的最大驅(qū)動力模塊 前面模塊 1是根據(jù)極限附著情況下限制整車模塊傳送來的汽車平均車速，在該模塊中，我們要進一步對從整車模塊傳來的要求驅(qū)動力進行限制 。因為前面已經(jīng)限制了要求的平均車速，在初始車速 0V 下，汽車要么加速，要么減速，因而會由此產(chǎn)生汽車前后軸荷的變化，我們求出驅(qū)動輪的軸荷（前輪），應用驅(qū)動輪軸荷與路面最大附著系數(shù)的乘積為其驅(qū)動附著情況所能提供 的最大驅(qū)動力或在制動情況下所能提供的最大制動力。即要滿足關(guān)系式 maxfmax μ*WF ? /Lm a Hm g b/ L /L)HFma(m g s i n αm g bc os α g bW g gWf ?? ???? （ 419） ADVISOR 軟件中對應的模塊如圖 48。 圖 48 限制最大驅(qū)動力模塊圖 該模塊 有三個輸入端，即迭代步驟初速 0V （端口 3）和從上面模塊 1中限制的平均車速（端口 2），以及從整車傳來的要求驅(qū)動力（端口 1）。建立該模型的目的就是要進一步對驅(qū)動力要求值在打滑或極限附著情況下進行限制，并從右邊端口 1輸出，而輸出端口 2 輸出該步驟內(nèi)的前輪載荷 fW 。 在整車模塊中，制動控制模塊也是關(guān)鍵的一個模塊，它根據(jù)總制動力的需求和驅(qū)動鏈上所能提供的再生制動力的多少，確定前、后制動器上制動力的分配。 前輪制動系數(shù)決定了前輪制動力在所有制 動力（摩擦制動與再生制動之和）中所占的比例。前輪制動力要始終保證前輪制動系數(shù)與設(shè)定值相同，同時不超過最大摩擦力。后輪制動力為總摩擦力減去前輪制動力的差，同樣不能超過最大摩擦力限制值。假設(shè)，當車速為 60mph 時的控制策略為： 40％的制動力由驅(qū)動鏈（再生制動）提供， 30％由前輪制動提供，剩下的 30％由后輪制動力提供。此時，在一個特定的情況下，驅(qū)動鏈只能提供所要求制動力的 20％，這樣，剩下的 80％都要由摩擦制動里來提供。若前輪制動力占所有制動力的一半 [30％ /（ 30％+30％） ]， 40％（認為前后輪能夠提供同樣多 的制動力）。但是如果前輪因為發(fā)熱只能提供所需制動力的 25％，那么剩下的 120％ 25％ =55％，在后輪能夠滿足的情況下都要由后輪來提供，如圖 410 摩擦制動力控制策略模塊圖。 圖 49 前后輪制動控制器模塊 圖 410 摩擦制動力控制策略子模塊 其中，汽車速度用來確定前輪的再生制動分配系數(shù)、摩擦制動分配系數(shù)，從而能夠得出后輪的摩擦制動分配系數(shù)。總的制動力和各個制動力分配系數(shù)相乘后就可得出個制動力的大小。如圖 411 所示，其中 dl 為前輪再生制動力分配系數(shù)，faf 為前輪摩擦制動力分配系數(shù)，則后輪的摩擦 制動力分配系數(shù)為 1dlfaf。 圖 411 制動力分配示意圖 圖 412 制動控制策略模塊 通過圖 412制動控制策略模塊圖，可以對各制動分配系數(shù)進行設(shè)定和修改。 圖 413 驅(qū)動輪制動力分配系數(shù)圖 車輪車軸模塊 車輪車軸模塊傳送來自整車模塊的驅(qū)動力和線速度轉(zhuǎn)換成扭矩和轉(zhuǎn)速（輪胎要求轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩）傳遞到后驅(qū)，并從前饋路線上后驅(qū)傳來的 實際轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成在輪胎上的牽引力和線速度，然后向汽車整車模塊傳送。 車輪模塊包括的“請求”和“實際”兩條數(shù)據(jù)流路線上都受到軸承損失、輪/軸慣量、輪 胎滑動和制動摩擦的影響。轉(zhuǎn)矩損失由測試的汽車質(zhì)量通過檢索表處理，輪胎滑動通過驅(qū)動力 /滑移率檢索表處理。另外，在整車控制模塊中的驅(qū)動力控制子模塊中與“輪 /軸”模塊相關(guān)的驅(qū)動力控制模塊要保證當要求提供的驅(qū)動力太大時要相應地降低它，以防止驅(qū)動打滑?！拜?/軸 ” 塊外的制動力控制模塊實現(xiàn)制動力分配，在驅(qū)動鏈中分配所要求的制動力，前摩擦制動力和后摩擦制動力之間的分配同樣類似于驅(qū)動力控制，以防止制動抱死。下面通過后向路徑和前向路徑分別進行講解。 圖 414 車輪 /車軸模塊 1）后向路徑 在后向路徑中，車輪模塊接受車輛 模塊傳遞的請求，輪胎的驅(qū)動力 tvF 和汽車速度 u ，然后將其轉(zhuǎn)化為車輪的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速（角速度）。這一過程受到兩個限制：一是汽車驅(qū)動力受到路面附著力的限制，其計算公式為 )F,min(FF φtvtw ? （ 420） 式中 tvF — 輪胎驅(qū)動力； twF — 汽車實際可取的驅(qū)動力； φF — 輪胎附著力。 另外，輪胎還受到滑移率限制。車輪轉(zhuǎn)速 ω（單位： rad/s）的計算公式為 ]6[ urωus ?? r 1))s ig n(F*u(sω tw ?? （ 421） 式中 s — 輪胎滑移系數(shù) 。 請求從傳動系統(tǒng)到前輪（假設(shè)該電動汽車為前輪驅(qū)動）的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的計算公式為 i1l1dt TTTT ??? （ 422） 式中 dT — 傳動系統(tǒng)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩（ Nm） ； l1T — 前輪的損失轉(zhuǎn)矩（ Nm）； i1T — 前輪的慣性轉(zhuǎn)矩（ Nm）。 其中， ①傳動系統(tǒng)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的計算公式為 )Fr(FT b1_rtwd ?? （ 423） 式中 r — 輪胎半徑（ m ）； b1_rF — 請求前制動器的制動力（ N ）。 ② l1T 通過查表獲得。 ③ i1T 的計算公式為 dtdωJTi1 ? （ 42