真·simulink车辆仿真基础教程-让我康康你长啥样：仿真模型的结构与数据流

大家好，我是王浮生不怕生。这里是“真·Simulink车辆仿真基础教程”第三节，本文开始我们介绍模型的构建。

在做模型之前，要先问自己三个问题：你是谁，你从哪里来，要到哪里去。

为什么要这么问？因为车辆仿真模型各模块之间交互的本质是数据的流动，你要搞清楚模型的逻辑，就要搞清楚模块所需要的数据是什么、从哪里输入、处理完成后输出给谁。

根据仿真数据的流动的方式可以将模型分为前向仿真和后向仿真。

老师：你做的这个模型是属于前向还是后向的？

铁子李：啥？！属什么相？！我是龙属相。





前向仿真与后向仿真的模型结构

后向仿真是结果导向，是先假设知道了结果，从结果去反推需要的条件。后向仿真通常不考虑驾驶人意图及动力系统的动态过程，仿真信息沿整车阻力模型、车轮模型、传动系模型最终到达动总模型。

前向仿真是需求导向，是根据目标与实际状态，去控制输出。前向仿真通常考虑驾驶人意图，仿真信息沿驾驶员模型、动总模型、传动系统模型最终到达整车阻力模型，并且将车辆车速实时反馈至驾驶员模型。

常见的前、后向仿真模型结构如下图所示。



前向仿真模型结构



后向仿真模型结构

例如我们当前车速是50km/h，10s匀速加速至100km/h。前向仿真与后向仿真分别如何处理呢？

前向仿真：判断下一时刻需要加速，输出加速指令，电机接收，增加扭矩输出。当速度超过目标车速，输出减速指令，电机接收，减小扭矩输出。

后向仿真：根据下一时刻车速计算阻力，根据阻力计算驱动扭矩，将驱动扭矩从轮端计算至电机端，电机模块接收扭矩指令，并将执行情况向上一级模型（传动系或控制策略）反馈。

前向仿真可以看作是模拟实际驾驶的过程，加减速需求是通过驾驶员判断的。所以一个最直观的判断前、后向仿真模型的方法就是看模型中是否有驾驶员模块。





仿真模型的数据流

我们要建立的模型是前向仿真结构，下面我们分析下模型的数据流。

前面我们提到，前向仿真可以看作是模拟实际驾驶过程。想一下我们实际开车的时候驾驶员负责完成什么动作？踩加速及制动踏板。

铁子：不对啊，还有方向盘、转向灯、换挡……

帅气的老王：你要跟我抬杠是吧。



这个踩加速及制动踏板的需求是根据什么判断出来的？

根据路况及实际车速。

这个加减速的需求直接能输入给电机吗？不能。

电机接收的是扭矩指令，所以需要有个模块将驾驶员的需求处理成扭矩指令。实际车辆中完成这个工作的是VCU（整车控制器），所以模型中也应该包含相应的控制模块来处理驾驶需求。

VCU把扭矩指令发给电机后，电机执行，通过减速器降速增扭后传递到轮端，由车辆模块响应驱动力，表现为车速的变化，并将车速反馈给驾驶员。

以上是驱动需求到实际车速的数据传递过程，除此之外，电动汽车还有一个重要的数据流就是能量流。

实际车辆中的功率流涉及到的系统及零部件比较多，是比较复杂的，在模型里我们只考虑电机与电池之间的能量流动，可以简单理解为：电机是车辆模型中唯一的能耗元件，其所有能量均来自于电池。

所以模型的数据传递的过程就是：驾驶员通过目标与实际的车速差，输出车辆的加减速需求，控制策略通过加减速需求给电机输出扭矩指令，电机接收扭矩指令后，根据自身状态响应扭矩，经过传动系降速增扭后传递给车轮，最后车轮将驱动力传递给车辆，在此过程中电池负责提供能量。

这样我们就明确了模型中的基本结构，模型拓扑图及数据流动可如下图所示。



当然，实际建立的模型，各模块间的数据交互远不止这些，除接收数据外，还需要反馈信息给其他模块调用。但是只要你搞清了主要的数据流，其他的数据无非就是一些功能的扩展。

知欧C

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