基于Cruise软件实现串联混动车型发电系统的仿真方法及系统与流程

基于cruise软件实现串联混动车型发电系统的仿真方法及系统
技术领域
1.本发明涉及车辆仿真领域，一种基于cruise软件实现串联混动车型发电系统的仿真方法及系统。


背景技术：

2.由于cruise软件具有便捷通用的模型、直观易懂的数据管理系统、基于工程应用开发设计的建模流程以及软件接口等优点，因此被广泛的应用于传统燃油车辆和纯电动车辆的动力性和经济性的仿真领域。
3.然而，在对串联混动车辆的发电系统进行仿真时，往往需要对发动机采用转速控制、对发电机采用扭矩控制的仿真方案，如市场上某款批量生产的增程式串联混动公交客车，其发电系统由一个发动机及一个发电机组成，其中发动机采用转速控制，发电机采用扭矩控制。由于，现有版本的cruise软件的新能源电机模块及发动机模块只有load signal(负荷信号)和desiredtorque(期望扭矩)两种控制方法，且上述两种控制方式均为扭矩控制。也就是现有版本的cruise软件只支持扭矩控制，而不支持转速控制，因此，无法利用cruise软件对串联混动车辆的发电系统进行仿真。
4.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明提供一种基于cruise软件实现串联混动车型发电系统的仿真方法及系统，解决了现有版本的cruise软件只支持扭矩控制，因此无法对串联混动车型的发电系统进行仿真的技术问题。
6.根据本发明的第一方面，提供一种基于cruise软件实现串联混动车型发电系统的仿真方法，该方法包括：运行cruise软件，其中，cruise软件用于虚拟串联混动车型的发电系统；接收到针对串联混动车型的发电系统的仿真请求；通过pid控制器控制串联混动车型的发电系统中的发动机的转速，使得串联混动车型的发电系统达到目标功率。
7.进一步地，通过pid控制器控制串联混动车型中发电系统的发动机转速，使得串联混动车型的发电系统达到目标功率包括：在控制串联混动车型的发电系统的发电机的扭矩维持目标扭矩的情况下，通过pid控制器控制串联混动车型的发电系统中的发动机的转速达到目标转速。
8.进一步地，通过pid控制器控制串联混动车型中发电系统的发动机转速达到目标转速包括：将目标转速以及发动机的实时转速发送至pid控制器，其中，pid控制器根据目标转速与发动机实时转速的差值生成控制信号并且将控制信号发送至发动机，使得发动机达到目标转速。
9.进一步地，该方法还包括，记录串联混动车型的发电系统在发动机运行时的运行参数。
10.进一步地，运行参数至少包括如下的一项或者多项：发动机转速的动态变化、动力电池soc的动态变化以及发动机的燃油消耗。
11.根据本发明的第二方面，提供一种基于cruise软件实现串联混动车型发电系统的仿真系统，该系统包括：仿真设备，用于运行cruise软件，虚拟串联混动车型的发电系统，接收针对串联混动车型的发电系统的仿真请求；pid 控制器，和仿真设备建立通信关系，用于控制串联混动车型的发电系统中的发动机的转速，使得串联混动车型的发电系统达到目标功率。
12.进一步地，仿真设备还用于控制串联混动车型的发电系统的发电机的扭矩维持目标扭矩；pid控制器还用于控制串联混动车型的发电系统中的发动机的转速达到目标转速。
13.进一步地，仿真设备还用于将目标转速以及发动机的实时转速发送至 pid控制器；pid控制器还用于根据目标转速与发动机实时转速的差值生成控制信号并且将控制信号发送至发动机，使得发动机达到目标转速。
14.进一步地，仿真设备还用于记录串联混动车型的发电系统在发动机运行时的运行参数。
15.进一步地，运行参数至少包括如下的一项或者多项：发动机转速的动态变化、动力电池soc的动态变化以及发动机的燃油消耗。
16.本发明提供一种基于cruise软件实现串联混动车型发电系统的仿真方法及系统，该方法包括：运行cruise软件，其中，cruise软件用于虚拟串联混动车型的发电系统；接收到针对串联混动车型的发电系统的仿真请求；通过pid控制器控制串联混动车型的发电系统中的发动机的转速，使得串联混动车型的发电系统达到目标功率。解决了现有版本的cruise软件只支持扭矩控制，因此无法对串联混动车型的发电系统进行仿真的技术问题。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明实施例提供的一种基于cruise软件实现串联混动车型发电系统的仿真方法的流程图；
19.图2为本发明实施例提供的一种可选的基于cruise软件实现串联混动车型发电系统的仿真方法的流程图；
20.图3为本发明实施例提供的一种可选的基于cruise软件实现串联混动车型发电系统的仿真方法的流程图；
21.图4为本发明实施例提供的一种基于cruise软件实现串联混动车型发电系统的仿真系统的示意图；
22.图5为本发明实施例提供的一种可选的基于cruise软件实现串联混动车型发电系统的仿真系统的示意图；
23.图6为本发明实施例提供的一种基于cruise软件仿真的串联混动车型的发电系统中发动机的万有特性曲线图；
24.图7为本发明实施例提供的一种基于cruise软件仿真的串联混动车型的发电系统中发电机的外特性曲线图。
25.附图中，各标号所代表的部件如下：
26.仿真设备
‑‑
41；pid控制器
‑‑
42。
具体实施方式
27.为了使本发明的上述以及其他特征和优点更加清楚，下面结合附图进一步描述本发明。应当理解，本文给出的具体实施例是出于向本领域技术人员解释的目的，仅是示例性的，而非限制性的。
28.在以下描述中，阐述了许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员来说，明显的是，不需要采用具体细节来实践本发明。在其他情况下，未详细描述众所周知的步骤或操作，以避免模糊本发明。
29.实施例一
30.如图1所示，为本发明实施例提供的一种基于cruise软件实现串联混动车型发电系统的仿真方法，该方法包括：
31.步骤s11，运行cruise软件，其中，cruise软件用于虚拟串联混动车型的发电系统。
32.具体的，本方案中，测试人员可以在仿真设备中控制运行cruise软件，根据测试项目的结构和布置形式，选用模型库中的发动机、发电机以及控制器等模型，并将模型拖入建模窗口，根据汽车配置方案和部件连接关系，建立发动机模型和发电机模型之间的物理连接，其中发动机与发电机通过物理连接在相同转速下转动，根据汽车系统内部件之间的连接和控制关系、信息传递关系等，建立控制器模块与发动机和发电机等模型之间的信号连接关系。需要说明的是，cruise软件是一款汽车专用仿真工具，测试人员可以使用cruise仿真软件来完成汽车模型搭建，了解汽车内部的整体结构。具体的，测试人员可以利用cruise软件优化车辆的燃油经济性，排放性，动力性(原地起步加速能力、超车加速能力)、变速箱速比、制动性能等，也可以利用 cruise软件为应力和传动系的振动生成载荷谱。上述cruise软件虚拟的串联混动车型的发电系统可以包括虚拟的发动机以及发电机。
33.步骤s13，接收到针对串联混动车型的发电系统的仿真请求。
34.具体的，本方案中，仿真设备在运行cruise软件之后，可以接收测试人员输入的针对串联混动车型的发电系统的仿真请求，其中，测试人员可以根据测试项目的需求输入各模块的数据参数，输入数据参数可以采用手动输入或从已有模型中调入；建模和参数输入完成之后，测试人员可以定制需要测试的仿真任务，其中，仿真任务可以为各工况下发动机转速的动态变化、动力电池soc的动态变化以及发动机的燃油消耗等。
35.步骤s15，通过pid控制器控制串联混动车型的发电系统中的发动机的转速，使得串联混动车型的发电系统达到目标功率。
36.具体的，本方案中，pid控制器可以与上述仿真设备建立通信关系，测试人员可以通过pid控制器控制串联混动车型的发电系统中的发动机的转速，使得串联混动车型的发电系统达到目标功率。
37.需要说明的是，针对现有版本的cruise软件的新能源电机模块及发动机模块只有load signal(负荷信号)和desired torque(期望扭矩)两种扭矩控制方法，即现有版本的
cruise软件只支持扭矩的控制不支持发动机转速的控制，而本技术中引入pid控制器，通过pid控制器来控制调整串联混动车型的发电系统中的发动机的转速，使得串联混动车型的发电系统达到目标功率，从而实现对串联混动车型的发电系统的仿真。
38.综上所述，本方案中，通过增加pid控制器，不需要对cruise软件进行二次开发，就可以对cruise软件仿真的串联混动车辆的发电系统中的发动机进行转速控制，使得现有版本的cruise软件可以仿真串联混动车辆的发电系统，从而解决了现有技术中，现有版本的cruise软件的新能源电机模块及发动机模块只有load signal(负荷信号)和desired torque(期望扭矩)两种扭矩控制方法，无法利用cruise软件对串联混动车辆的发电系统进行仿真的技术问题。
39.可选的，如图2所示，通过pid控制器控制串联混动车型的发电系统中的发动机的转速，使得串联混动车型的发电系统达到目标功率包括：
40.步骤151，在控制串联混动车型中发电系统的发电机扭矩维持目标扭矩的情况下，通过pid控制器控制串联混动车型的发电系统中的发动机的转速达到目标转速。
41.具体的，本方案中，结合图7进行说明，在曲线的前段，功率与转速成正比，扭矩为恒定值，也就是本方案中，为了使发电机达到目标功率，只需控制串联混动车型的发电系统的发电机的扭矩维持目标扭矩，通过pid控制器调节串联混动车型的发电系统中的发动机的转速达到目标转速，由于发动机与发电机具有相同的转速，因此也就是调节与发动机物理连接的发电机的转速达到目标转速，从而使得串联混动车型的发电系统达到目标功率。
42.可选的，结合图3和图5进行说明，通过pid控制器控制串联混动车型的发电系统中的发动机的转速达到目标转速包括：
43.步骤31，pid控制器获取发动机的目标转速以及实时转速。
44.步骤32，pid控制器根据发动机的目标转速与实时转速的差值生成控制信号并且将控制信号发送至发动机。
45.步骤33，发动机根据控制信号将发动机的转速调整到第一转速。
46.步骤34，pid控制器实时获取发动机的第一转速。
47.步骤35，pid控制器比较第一转速与目标转速。
48.步骤36，如果第一转速未达到目标转速，则控制返回执行步骤32；如果第一转速已达到目标转速，则停止调控。
49.另外，需要说明的是，pid控制器的作用为通过设置“p”“i”“d”三项参数，使得当前运行数据达到目标运行数据，并维持目标运行数据。具体的，p(比例)调节作用是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用以减少偏差。i(积分)调节作用是使系统消除稳态误差(稳态误差是系统从一个稳态过渡到新的稳态，系统出现的偏差)，提高无差度。d(微分)调节作用是反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。
50.可选的，方法还包括：记录在发动机运行时的运行参数。
51.具体的，本方案中，串联混动车型的发电系统运行的全过程，cruise软件可以记录发动机运行时的运行参数，cruise软件可以根据仿真测试前对串联混动车型的发电系统中的各模块的预设的数据参数，以及记录的串联混动车型的发电系统运行后各参数的变化，
生成测试人员需要的运行参数。其中运行参数可以包括发动机转速的动态变化、动力电池soc的动态变化以及发动机的燃油消耗等。
52.结合图7进行说明，在曲线的前段发电机的功率与转速成正比，比例系数为固定值t/9550(t为目标扭矩)，因此，在cruise软件中的常数模块已标定了发电机的目标扭矩，以及cruise软件可以实时记录发电机的转速变化的情况下，cruise软件可以实时记录发电机的功率(利用公式p＝n*t/9550 计算得出)，也就是cruise软件可以实时记录串联混动车辆的动力电池的动态变化。另外，cruise软件在仿真过程中也可以记录发动机的燃油消耗，从而生成发动机的燃油消耗的仿真结果，进一步地，结合图6进行说明，在图 6中，横坐标为发动机的转速，纵坐标为发动机的扭矩和气缸压力，虚线为发动机的功率曲线，同一条功率曲线对应的功率为相同值，类似等高线的实线为燃油消耗曲线，其中，同一条燃油曲线对应的燃油消耗也为相同值，且越靠近环形中心燃油消耗越低，从而也可以通过对发动机的转速以及扭矩的仿真测试，在满足发电机的目标功率的情况下，确定发动机的最优的燃油方案。
53.综上所述，本方案中，通过增加pid控制器，不需要对cruise软件进行二次开发，就可以对cruise软件仿真的串联混动车辆的发电系统中的发动机进行转速控制，使得现有版本的cruise软件可以仿真串联混动车辆的发电系统。从而解决了现有技术中，现有版本的cruise软件的新能源电机模块及发动机模块只有load signal(负荷信号)和desired torque(期望扭矩)两种扭矩控制方法，无法利用cruise软件对串联混动车辆的发电系统进行仿真的技术问题。
54.实施例二
55.如图4所述，为本发明实施例提供的一种基于cruise软件实现串联混动车型发电系统的仿真系统，该系统包括：仿真设备41，用于运行cruise软件，虚拟串联混动车型的发电系统，接收针对串联混动车型的发电系统的仿真请求；pid控制器42，和仿真设备41建立通信关系，用于控制串联混动车型的发电系统中的发动机的转速，使得串联混动车型的发电系统达到目标功率。
56.具体的，本方案中，测试人员可以在仿真设备41中控制运行cruise软件，根据测试项目的结构和布置形式，选用模型库中的发动机、发电机以及控制器等模型，并将模型拖入建模窗口，根据汽车配置方案和部件连接关系，建立发动机模型和发电机模型之间的物理连接，其中发动机与发电机通过物理连接在相同转速下转动，根据汽车系统内部件之间的连接和控制关系、信息传递关系等，建立控制器模块与发动机和发电机等模型之间的信号连接关系。需要说明的是，cruise软件是一款汽车专业仿真工具，测试人员可以使用cruise仿真软件来完成汽车模型搭建，了解汽车内部的整体结构。具体的，测试人员可以利用cruise软件优化车辆的燃油经济性，排放性，动力性(原地起步加速能力、超车加速能力)、变速箱速比、制动性能等，也可以利用 cruise软件为应力和传动系的振动生成载荷谱。上述cruise软件虚拟的串联混动车型的发电系统可以包括虚拟的发动机以及发电机。
57.仿真设备41在运行cruise软件之后，可以接收测试人员输入的针对串联混动车型的发电系统的仿真请求，其中，测试人员可以根据测试项目的需求输入各模块的数据参数，输入数据参数可以采用手动输入或从已有模型中调入；建模和参数输入完成之后，测试人员可以定制需要测试的仿真任务，其中，仿真任务可以为仿真发动机转速的动态变化、动力电池soc的动态变化以及发动机的燃油消耗等。
58.pid控制器42可以与上述仿真设备41建立通信关系，测试人员可以通过pid控制器42控制串联混动车型的发电系统中的发动机的转速，使得串联混动车型的发电系统达到目标功率。
59.需要说明的是，针对现有版本的cruise软件的新能源电机模块及发动机模块只有load signal(负荷信号)和desired torque(期望扭矩)两种扭矩控制方法，即现有版本的cruise软件只支持扭矩的控制不支持发动机转速的控制，而本技术中引入pid控制器42，通过pid控制器42来控制调整串联混动车型的发电系统中的发动机的转速，使得串联混动车型的发电系统达到目标功率，从而实现对串联混动车型的发电系统的仿真。
60.可选的，仿真设备41还用于控制串联混动车型的发电系统的发电机的扭矩维持目标扭矩；pid控制器42还用于控制串联混动车型的发电系统中的发动机的转速达到目标转速。
61.具体的，本方案中，结合图7进行说明，在曲线的前段，功率与转速成正比，扭矩为恒定值，也就是本方案中，为了使发电机达到目标功率，只需控制串联混动车型的发电系统的发电机的扭矩维持目标扭矩，通过pid控制器42调节串联混动车型的发电系统中的发动机的转速达到目标转速，由于发动机与发电机具有相同的转速，因此也就是调节与发动机物理连接的发电机的转速达到目标转速，从而使得串联混动车型的发电系统达到目标功率。
62.可选的，仿真设备41还用于将目标转速以及发动机的实时转速发送至 pid控制器42；pid控制器42还用于根据目标转速与发动机实时转速的差值生成控制信号，并且将控制信号发送至发动机，使得发动机达到目标转速。
63.具体的，结合图3和图5进行说明，本方案中，pid控制器42获取发动机的目标转速以及实时转速，根据发动机的目标转速与实时转速的差值生成控制信号并且将控制信号发送至发动机，发动机根据控制信号将发动机的转速调整到第一转速，pid控制器42实时获取发动机的第一转速，并且比较第一转速与目标转速，如果第一转速未达到目标转速，则控制继续根据目标转速以及实时转速调整发动机的转速，直至发动机的转速达到目标转速后，pid控制器42停止调整。
64.可选的，仿真设备41还用于记录串联混动车型的发电系统在发动机运行时的运行参数。
65.具体的，本方案中，串联混动车型的发电系统运行的全过程，cruise软件可以记录发动机运行时的运行参数，cruise软件可以根据仿真测试前对串联混动车型的发电系统中的各模块的预设的数据参数，以及记录的串联混动车型的发电系统运行后各参数的变化，生成测试人员需要的运行参数。其中运行参数可以包括发动机转速的动态变化、动力电池soc的动态变化以及发动机的燃油消耗等。
66.结合图7进行说明，在曲线的前段发电机的功率与转速成正比，比例系数为固定值t/9550(t为目标扭矩)，因此，在cruise软件中的常数模块已标定了发电机的目标扭矩，以及cruise软件可以实时记录发电机的转速变化的情况下，cruise软件可以实时记录发电机的功率(利用公式p＝n*t/9550 计算得出)，也就是cruise软件可以实时记录串联混动车辆的动力电池的动态变化。另外，cruise软件在仿真过程中也可以记录发动机的燃油消耗，从而生成发动机的燃油消耗的仿真结果，进一步地，结合图6进行说明，在图 6中，横坐标为发
动机的转速，纵坐标为发动机的扭矩和气缸压力，虚线为发动机的功率曲线，同一条功率曲线对应的功率为相同值，类似等高线的实线为燃油消耗曲线，其中，同一条燃油曲线对应的燃油消耗也为相同值，且越靠近环形中心燃油消耗越低，从而也可以通过对发动机的转速以及扭矩的仿真测试，在满足发电机的目标功率的情况下，确定发动机的最优的燃油方案。
67.应理解，本文中前述关于本发明的方法所描述的具体特征、操作和细节也可类似地应用于本发明的装置和系统，或者，反之亦然。另外，上文描述的本发明的方法的每个步骤可由本发明的装置或系统的相应部件或单元执行。
68.应理解，本发明的装置的各个模块/单元可全部或部分地通过软件、硬件、固件或其组合来实现。各模块/单元各自可以硬件或固件形式内嵌于计算机设备的处理器中或独立于处理器，也可以软件形式存储于计算机设备的存储器中以供处理器调用来执行各模块/单元的操作。各模块/单元各自可以实现为独立的部件或模块，或者两个或更多个模块/单元可实现为单个部件或模块。在一个实施例中，提供了一种计算机设备，其包括存储器和处理器，存储器上存储有可由处理器执行的计算机指令，计算机指令在由处理器执行时指示处理器执行本发明的实施例的方法的各步骤。该计算机设备可以广义地为服务器、终端，或任何其他具有必要的计算和/或处理能力的电子设备。在一个实施例中，该计算机设备可包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、通信接口等。该计算机设备的处理器可用于提供必要的计算、处理和 /或控制能力。该计算机设备的存储器可包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质中或上可存储有操作系统、计算机程序等。该内存储器可为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口和通信接口可用于与外部的设备通过网络连接和通信。该计算机程序被处理器执行时执行本发明的方法的步骤。
69.本发明可以实现为一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序在由处理器执行时导致本发明实施例的方法的步骤被执行。在一个实施例中，计算机程序被分布在网络耦合的多个计算机设备或处理器上，以使得计算机程序由一个或多个计算机设备或处理器以分布式方式存储、访问和执行。单个方法步骤/操作，或者两个或更多个方法步骤/操作，可以由单个计算机设备或处理器或由两个或更多个计算机设备或处理器执行。一个或多个方法步骤/操作可以由一个或多个计算机设备或处理器执行，并且一个或多个其他方法步骤/操作可以由一个或多个其他计算机设备或处理器执行。一个或多个计算机设备或处理器可以执行单个方法步骤/操作，或执行两个或更多个方法步骤/操作。
70.本领域普通技术人员可以理解，本发明的方法步骤可以通过计算机程序来指示相关的硬件如计算机设备或处理器完成，计算机程序可存储于非暂时性计算机可读存储介质中，该计算机程序被执行时导致本发明的步骤被执行。根据情况，本文中对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器的示例包括只读存储器 (rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)、闪存、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光学数据存储装置、硬盘、固态盘等。易失性存储器的示例包括随机存取存储器(ram)、外部高速缓冲存储器等。
71.以上描述的各技术特征可以任意地组合。尽管未对这些技术特征的所有可能组合进行描述，但这些技术特征的任何组合都应当被认为由本说明书涵盖，只要这样的组合不存在矛盾。
72.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。