混合动力变速器总成一维动力学系统仿真方法及装置与流程

本技术涉及动力学仿真，尤其涉及一种混合动力变速器总成一维动力学系统仿真方法及装置。

背景技术：

1、混合动力汽车作为新能源汽车的重要发展方向，其动力传动系统的平顺性与振动噪声控制直接影响整车的驾驶品质。在现代混合动力汽车的动力总成中，混合动力变速器总成（简称混动箱总成）包含了发动机曲轴连杆转动系统、飞轮、扭转减振器、花键、多级齿轮副、驱动电机，以及发电机等旋转部件。这些部件通过花键间隙、齿轮侧隙、离合器以及具有非线性刚度与阻尼特性的扭转减振器等进行连接。相关技术中通常采用商用仿真软件（常见的商用仿真软件的运算方式通常为cpu（central processing unit，中央处理器）串行计算），对混合动力变速器总成进行一维动力学系统仿真。

2、然而，混合动力变速器总成的一维动力学系统仿真模型中存在大量的非线性因素，会大幅限制仿真计算的迭代步长（仿真步长）。因此，需设置极小的仿真步长（如微秒量级）方可保证计算精度与收敛性。在cpu串行计算、极小仿真步长的双重约束下，即便是仅为数秒的瞬态工况仿真任务，也会产生海量迭代计算量，导致整体仿真耗时大幅增加，严重降低混合动力变速器总成的仿真分析、模型迭代与性能优化效率。

技术实现思路

1、本技术提供一种混合动力变速器总成一维动力学系统仿真方法及装置，以解决相关技术中对混合动力变速器总成的一维动力学系统仿真效率较低的技术问题。

2、本技术提供的一种混合动力变速器总成一维动力学系统仿真方法，所述方法包括：

3、响应于时间步进循环指令，获取所述混合动力变速器总成的一维动力学系统的初始仿真模型，所述初始仿真模型包括多个惯量盘，以及连接相邻所述惯量盘的传递扭矩单元；

4、将所述传递扭矩单元的计算任务分配至对应的线程执行单元，所述传递扭矩单元与所述线程执行单元一一对应，所述线程执行单元为gpu线程或gpu线程束；

5、并行运行多个所述线程执行单元，以得到多个传递扭矩单元的传递力矩；

6、基于所述初始仿真模型和所述传递力矩，得到惯量盘在多个时间点上的状态向量，完成一维动力学系统仿真，其中，状态向量的仿真步长为动态步长。

7、于本技术一实施例中，所述方法运行于设备端，所述获取所述混合动力变速器总成的一维动力学系统的初始仿真模型，包括：

8、从所述设备端的全局内存中获取所述初始仿真模型，所述初始仿真模型是从主机端拷贝至所述设备端的，所述初始仿真模型于所述主机端完成构建与存储，所述初始仿真模型的构建过程包括：

9、将所述混合动力变速器总成中的多个旋转部件分别等效为所述惯量盘，所述旋转部件与所述惯量盘一一对应，相邻所述惯量盘之间通过所述传递扭矩单元连接；

10、基于所述惯量盘和所述传递扭矩单元，构建所述一维动力学系统的运动方程，所述运动方程、预设的所述混合动力变速器总成的缸压曲线集，以及预设的各个所述旋转部件的初始状态向量均为所述初始仿真模型的模型参数，所述初始状态向量包括所述旋转部件在预设的初始时刻的角位移向量和角速度向量。

11、于本技术一实施例中，所述并行运行多个所述线程执行单元，以得到多个传递扭矩单元的传递力矩，包括：

12、在任一所述线程执行单元的运行过程中，将所述线程执行单元对应的所述传递扭矩单元确定为目标单元，所述目标单元连接的两个所述惯量盘为第一惯量盘和第二惯量盘；

13、获取所述第一惯量盘在当前时刻的第一角位移向量、第一角速度向量、所述第二惯量盘在当前时刻的第二角位移向量及第二角速度向量，若当前循环为时间步进循环的首次循环，则所述当前时刻为预设的初始时刻；

14、根据所述第一角位移向量和所述第二角位移向量，得到所述第一惯量盘和所述第二惯量盘之间的相对位移；

15、基于所述第一角速度向量和所述第二角速度向量，得到所述第一惯量盘和所述第二惯量盘之间的相对角速度；

16、根据所述相对位移、所述相对角速度，以及预设的本构关系函数，得到所述线程执行单元的所述传递力矩。

17、于本技术一实施例中，所述根据所述相对位移、所述相对角速度，以及预设的本构关系函数，得到所述线程执行单元的所述传递力矩，包括：

18、根据所述相对位移和所述本构关系函数中的刚度分段函数，得到所述相对位移对应的目标刚度，所述刚度分段函数中相对位移的不同取值范围对应了不同的刚度值；

19、根据所述相对位移和所述本构关系函数中的阻尼分段函数，得到所述相对位移对应的目标阻尼，所述阻尼分段函数中相对位移的不同取值范围对应了不同的阻尼值；

20、若所述相对位移的绝对值小于预设的间隙阈值，则确定刚度力矩为0；若所述相对位移的绝对值大于或等于所述间隙阈值，则确定所述刚度力矩为所述目标刚度；

21、将所述目标阻尼与所述相对角速度之间的乘积确定为阻尼力矩，所述刚度力矩和所述阻尼力矩之和为所述传递力矩。

22、于本技术一实施例中，在根据所述相对位移、所述相对角速度，以及预设的本构关系函数，得到所述线程执行单元的所述传递力矩之后，所述方法还包括：

23、基于所述第一角位移向量和预设的缸压曲线集中所述第一惯量盘的第一缸压曲线，得到所述第一惯量盘在当前时刻的第一瞬时缸压，所述第一缸压曲线表征所述第一惯量盘的角位移向量与瞬时缸压之间的映射关系；

24、根据所述第二角位移向量和所述缸压曲线集中所述第二惯量盘的第二缸压曲线，得到所述第二惯量盘在当前时刻的第二瞬时缸压，所述第二缸压曲线表征所述第二惯量盘的角位移向量与瞬时缸压之间的映射关系；

25、基于所述第一瞬时缸压，得到所述第一惯量盘的第一气体推力力矩；根据所述第二瞬时缸压，得到所述第二惯量盘的第二气体推力力矩；

26、基于所述第一角位移向量和所述第一角速度向量，得到所述第一惯量盘的第一惯性力矩；根据所述第二角位移向量和所述第二角速度向量，得到所述第二惯量盘的第二惯性力矩；

27、将所述第一气体推力力矩与所述第一惯性力矩之和确定为所述第一惯量盘的第一激励力矩，所述第二气体推力力矩与所述第二惯性力矩之和为所述第二惯量盘的第二激励力矩。

28、于本技术一实施例中，所述基于所述初始仿真模型和所述传递力矩，得到惯量盘在多个时间点上的状态向量，包括：

29、基于所述传递力矩、所述第一激励力矩、所述第一惯量盘在当前时刻的第一状态向量，以及预设的所述一维动力学系统的运动方程，得到所述第一惯量盘在当前时刻的第一角加速度向量；所述运动方程包括第一项、第二项、第三项，以及激励力矩项，所述第一项被配置为惯量矩阵与角加速度向量之间的乘积，所述惯量矩阵基于惯量盘确定，所述第二项被配置为扭转阻尼矩阵与角速度向量之间的乘积，所述第三项被配置为扭转刚度矩阵与角位移向量之间的乘积，所述扭转阻尼矩阵与角速度向量之间的乘积等于所述阻尼力矩，所述扭转刚度矩阵与角位移向量之间的乘积等于所述刚度力矩，所述第一项、所述第二项，以及所述第三项之和等于所述激励力矩项；

30、基于所述传递力矩、所述第二激励力矩、所述第二惯量盘在当前时刻的第二状态向量，以及所述一维动力学系统的运动方程，得到所述第二惯量盘在当前时刻的第二角加速度向量，其中，若当前循环为时间步进循环的首次循环，则所述第一状态向量为预设的第一惯量盘在初始时刻的初始状态向量，所述第二状态向量为预设的第二惯量盘在初始时刻的初始状态向量；

31、根据所述第一状态向量、所述第一角加速度向量，以及当前时刻的仿真步长，得到下一个时间点所述第一惯量盘的新的第一状态向量；

32、根据所述第二状态向量、所述第二角加速度向量，以及当前时刻的仿真步长，得到下一个时间点所述第二惯量盘的新的第二状态向量。

33、于本技术一实施例中，当前时刻的所述仿真步长的确定包括：

34、将所述运动方程转换为一阶常微分方程组，所述一阶常微分方程组的形式为矩阵方程，所述矩阵方程包括第四项、第五项和第六项，所述第四项被配置为状态向量矩阵的一阶导数，所述状态向量矩阵包括多个惯量盘的状态向量，所述第五项为系数矩阵与所述状态向量矩阵之间的乘积，所述第六项为激励向量，激励向量基于激励力矩和惯量矩阵确定，所述第六项与所述第五项之差等于所述第四项；

35、获取当前时刻的目标状态向量矩阵，其中，若当前循环为时间步进循环的首次循环，则所述目标状态向量矩阵为预设的初始状态向量矩阵，所述初始状态向量矩阵包括初始时刻多个所述惯量盘的初始状态向量；

36、基于所述目标状态向量矩阵、所述阻尼力矩、所述刚度力矩，以及所述一阶常微分方程组，进行试探步长求解，得到试探步长；

37、基于所述试探步长，进行误差估计，得到误差估计值；

38、若所述误差估计值大于预设的容差阈值，则确定当前更新无效，并返回当前时刻，重新进行试探步长求解与误差估计，直至得到的新的误差估计值小于或等于所述容差阈值，所述当前更新无效表征基于所述试探步长得到的惯量盘的新的状态向量矩阵无效；

39、若所述误差估计值小于或等于所述容差阈值，则确定当前更新有效，并继续进行一维动力学系统仿真，所述当前更新有效表征基于所述试探步长得到的惯量盘的新的状态向量矩阵有效。

40、于本技术一实施例中，所述基于所述目标状态向量矩阵、所述阻尼力矩、所述刚度力矩，以及所述一阶常微分方程组，进行试探步长求解，得到试探步长，包括：

41、对所述一阶常微分方程组进行化简，得到目标方程，所述目标方程包括所述第四项和第七项，所述第四项为待求解项，所述第七项被配置为包含有待求时刻的函数，所述第四项等于所述第七项；

42、将所述待求时刻的取值确定为任意初值；

43、根据所述目标状态向量矩阵、所述阻尼力矩、所述刚度力矩，以及所述待求时刻的初值，进行试探步长求解，得到所述试探步长。

44、于本技术一实施例中，所述根据所述目标状态向量矩阵、所述阻尼力矩、所述刚度力矩，以及所述待求时刻的初值，进行试探步长求解，得到所述试探步长，包括：

45、根据所述阻尼力矩、所述刚度力矩，以及所述惯量矩阵，得到所述系数矩阵的取值；

46、基于所述惯量矩阵和多个惯量盘的激励力矩，得到所述激励向量的取值；

47、将所述目标状态向量矩阵和所述系数矩阵的取值之间的乘积确定为第一量，所述激励力矩的取值与所述第一量之差为第二量，所述第二量的范数为第三量；

48、将所述目标状态向量矩阵中多个元素的绝对值中的最大值确定为第四量，所述第四量与预设的状态阈值之间的较大值确定为第五量，所述容差阈值的p次幂为第六量，所述第五量、所述第六量，以及预设系数值三者之间的乘积为第七量，所述第三量与所述第七量之间的比值为第八量，0＜p＜1；

49、将当前时刻与所述待求时刻的初值之差确定为第九量，所述第八量的倒数为第十量；

50、将所述第九量与所述第十量之间的最小值确定为所述试探步长。

51、本技术还提供一种混合动力变速器总成一维动力学系统仿真装置，所述装置包括：

52、初始仿真模型获取模块，用于响应于时间步进循环指令，获取所述混合动力变速器总成的一维动力学系统的初始仿真模型，所述初始仿真模型包括多个惯量盘，以及连接相邻所述惯量盘的传递扭矩单元；

53、线程分配模块，用于将所述传递扭矩单元的计算任务分配至对应的线程执行单元，所述传递扭矩单元与所述线程执行单元一一对应，所述线程执行单元为gpu线程或gpu线程束；

54、并行运行模块，用于并行运行多个所述线程执行单元，以得到多个传递扭矩单元的传递力矩；

55、仿真模块，用于基于所述初始仿真模型和所述传递力矩，得到惯量盘在多个时间点上的状态向量，完成一维动力学系统仿真，其中，状态向量的仿真步长为动态步长。

56、本技术的有益效果：本技术提出的混合动力变速器总成一维动力学系统仿真方法及装置，该方法包括：响应于时间步进循环指令，获取混合动力变速器总成的一维动力学系统的初始仿真模型，初始仿真模型包括多个惯量盘，以及连接相邻惯量盘的传递扭矩单元；将传递扭矩单元的计算任务分配至对应的线程执行单元，传递扭矩单元与线程执行单元一一对应，线程执行单元为gpu线程或gpu线程束；并行运行多个线程执行单元，以得到多个传递扭矩单元的传递力矩；基于初始仿真模型和传递力矩，得到惯量盘在多个时间点上的状态向量，完成一维动力学系统仿真，其中，状态向量的仿真步长为动态步长。该方法大大提高了混合动力变速器总成的一维动力学系统的仿真效率，成本较低，可实施性较强。