基本介紹,主要功能特點,仿真策略,
基本介紹
該軟體從1994年11月份開始開發和使用,最初是用來幫助美國能源部DOE(DepartmentofEnergy)開發某混合動力汽車的動力系統,隨後功能逐漸擴展,可以對傳統汽車、純電動汽車和混合動力汽車的各種性能作快速分析,是世界上能在網站上免費下載和用戶數量最多的汽車仿真軟體。目前最新的免費版本是ADVISOR2002，付費版本為ADVISOR2004，由於該軟體通過大量的實踐被證實具有較好的實用性,現在世界上許多生產企業、研究機構和高校都在使用該軟體做汽車仿真方面的研究。
2003年被其競爭對手年奧地利國李斯特內燃機及測試設備公司 AVL 收購了著作權，自此，AVL公司停止了對Advisor的研發更新，全心研發和銷售其Cruise軟體。
主要功能特點
ADVISOR是MATLAB和SIMULINK軟體環境下的一系列模型、數據和腳本檔案,它在給定的道路循環條件下利用車輛各部分參數,能快速地分析傳統汽車、純電動汽車和混合動力汽車的燃油經濟性、動力性以及排放性等各種性能。此外,該軟體的開放性也允許對用戶自定義的汽車模型和仿真策略做仿真分析。它主要有以下特點:
(1)仿真模型採用模組化的思想設計。ADVISOR軟體分模組建立了發動機、離合器、變速器、主減速器、車輪和車軸等部件的仿真模型,各個模組都有標準的數據輸入/輸出連線埠,便於模組間進行數據傳遞,而且各總成模組都很容易擴充和修改,各模組也可以隨意地組合使用,用戶可以在現有模型的基礎上根據需要對一些模組進行修改,然後重新組裝需要的汽車模型,這樣會大大節省建模時間,提高建模效率。
(2)仿真模型和原始碼全部開放。ADVISOR2002的仿真模型和原始碼在全球範圍內完全公開,可以在網站上免費下載。用戶可以方便地研究ADVISOR的仿真模型及其工作原理,在此基礎上根據需要修改或重建部分仿真模型、調整或重新設計控制策略,使之更接近於實際情形,得出的仿真結果也會更合理。
(3)採用了獨特的混合仿真方法。現在的汽車仿真方法主要有前向仿真和後向仿真兩種,仿真軟體也多採用其中的一種方法,使兩種方法優劣不能互補,而ADVISOR採用了以後向仿真為主、前向仿真為輔的混合仿真方法,這樣便較好地集成了兩種方法的優點,即使仿真計算量較小,運算速度較快,同時又保證了仿真結果的精度。
(4)在MATLAB和SIMULINK軟體環境下開發研製。MATLAB是世界上頂尖的可視化科學計算與數學套用軟體,其語法結構簡單、數值計算高效、圖形功能完備,集成了諸多專業仿真工具包,而且它還提供了方便的應用程式接口(API),用戶可以在MATLAB環境下直接調用C、Fortran等語言編寫的程式。MATLAB內置的計算程式、專業的仿真工具以及與其他應用程式的接口,會減少汽車模型的搭建和仿真計算過程中工作量,同時也方便了熟悉不同程式語言的用戶之間的合作。
(5)能與其他多種軟體進行聯合仿真(Co-simulation)。汽車是一個複雜的系統,其仿真更是涉及機械、電子、控制等多個領域,工作量很大,ADVISOR軟體開發過程中也難以涉及所有領域,這樣就限制了它一些功能的實現。但是ADVISOR設計了開放的軟體接口,能與Saber、Simplorer、VisuaDOC、Sinda/Fluint等軟體進行聯合仿真,為用戶改進和拓展其功能提供了方便。
雖然ADVISOR軟體也有一些缺陷,例如,它的部件模型都是準靜態的(quasi-static),不能預測小於十分之一秒左右時間範圍內的一些現象;機械振動、電磁振盪等許多動態特性也不能通過ADVISOR軟體進行仿真,但它的優越性仍然吸引了國內外的眾多用戶。
要正確使用ADVISOR軟體,就必須深入了解它的仿真策略和掌握它的操作方法,下面將從這兩點著重介紹。
仿真策略
ADVISOR採用了獨特的將後向仿真和前向仿真相結合的混合仿真方法,以後向仿真為主,前向仿真為輔。它首先進行後向仿真,沿著與實際功率流相反的方向,根據道路循環的要求,向整車模組發出速度和轉矩請求,整車模組再向車輪和車軸模組、主減速器模組、變速器模組等逐級發出請求,直到動力源模組(發動機和蓄電池等),計算出動力源所能提供的功率。然後進行前向仿真,沿著實際功率流的方向,從動力源模組出發直至車輪與車軸模組,逐級傳遞當前部件能提供給下一級部件的速度值和扭矩值,最後計算出汽車的實際速度。
下面以傳統汽車模型為例來說明它的整個仿真過程,圖1為SIMULINK環境下某傳統汽車的仿真模型。該模型中箭頭方向代表仿真數據傳遞方向,數據自左向右傳遞代表後向仿真路徑,數據自右向左傳遞代表前向仿真路徑。
ADVISOR首先進行後向仿真。由道路循環模組(drive cycle)提供給汽車所應該滿足的行駛軌跡,向整車模組(vehicle)請求所需的速度,整車模組利用汽車行駛方程式計算出滿足這一速度請求所需的車輪轉速和力,再向車輪和車軸模組(wheel and axle)發出請求,請求沿後向路徑逐級向上級模組主減速器模組(final drive)、變速器模組(gearbox)、離合器模組(clutch)、機械負載模組(Mechanical AccessoryLoads)等傳遞,直到發動機模組(fuelconverter,燃料轉換器),計算出需要發動機提供的實際功率,由此完成了後向仿真過程。後向仿真不需要駕駛員模型,計算速度也很快,但是由於仿真過程中所使用的各種特性參數都是在穩態時測定的,該方法並不能用於實際行駛狀態下汽車的動態仿真。
在完成後向仿真後,ADVISOR便進行前向仿真。它首先從發動機模組開始,將後向仿真計算出的發動機功率沿前向路徑傳遞給機械負載模組,所獲得的扭矩和轉速傳遞給下一級模組,所得仿真數再逐級向下傳遞直到車輪和車軸模組,從而計算出汽車的實際速度。前向仿真包括駕駛員模型,考慮了請求速度和當前速度,更接近於汽車的實際狀況,計算結果較後向仿真更為準確,但這種仿真方法會增加計算量,使運行速度減慢,而且傳動系統的功率計算還要依賴與汽車的實際狀態。
後向仿真和前向仿真各有優缺點,ADVISOR採用後向仿真為主,前向仿真方為輔的混合仿真方法,將兩種仿真方法較好地結合起來,即使計算量較小,同時又保證了仿真結果的精度。
