仿真分析即为模拟实际的运行工况而进行的试验。根据仿真分析所采取的手段,可以分为硬件仿真和软件仿真。硬件仿真是根据实际运行工况设置一定的测试要求,并通过上述的测试设备进行模拟试验来达到仿真测试的目的。软件仿真是对研究对象进行数学建模,并根据实际工况设定模型参数,并通过仿真软件达到分析的目的。两者经常混合使用,来实现复杂的仿真测试。
针对不同的试验要求有不同的仿真软件。对于动力电池的性能仿真,常用的仿真软件有Labview、Matlab/Simulink等;对于动力电池系统与车辆的匹配与运行仿真,常用的软件有Advisor、Matlab/Simulink等;对于动力电池的被动安全性仿真,常用的仿真软件有ANSYS等有限元分析软件。
(1)Matlab/Simulink仿真平台 Matlab是美国MathWorks公司出品的商业数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括Matlab和Simulink两大部分。
Matlab是当今最流行的通用计算软件之一,Simulink是基于Matlab的图形化仿真平台,是Mat1ab提供的进行动态系统建模、仿真和综合分析的集成软件包,Simulink和Matlab之间可以灵活进行交互操作。
Mat1ab语言由于其语法简洁,代码接近于自然数学描述方式,以及具有丰富的专业函数库等诸多优点,吸引了众多科学研究工作者,逐渐成为科学研究、数值计算、建模仿真,以及学术交流的事实标准。
Simulink是Matlab最重要的组件之一,它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。Simulink作为Matlab语言上的一个可视化建模仿真平台,采用方框图建模的形式,更加贴近于工程习惯。Simulink是基于Matlab的框图设计环境,可以用来对各种动态系统进行建模、分析和仿真。它的建模范围广泛,可以针对任何能够用数学来描述的系统进行建模。在该环境中,无须大量书写程序,而只需要通过简单直观的鼠标操作,就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点。基于以上优点,Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计,同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。
目前,Matlab/Simu1ink的应用已经远远超越了数值计算和控制系统仿真等传统领域,在几乎所有理工学科中形成了为数众多的专业工具库和函数库,已成为科学研究和工程设计中常用的工具。
电池模型可以在Matlab/Simulink的环境下编程,以此作为车辆的电源进行仿真。
(2)Labview测试仿真平台 Labview由美国国家仪器(NI)公司研制开发,是一种图形化的编程语言,它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受,被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。Labview集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通信的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器,其图形化的界面使编程及使用过程变得生动有趣。
(3)Advisor软件仿真平台 Advisor是由美国可再生能源实验室在Matlab和Simulink软件环境下开发的车辆仿真软件。该软件从1994年开始开发与使用,是目前世界上能在网站免费下载和用户数量最多的车辆仿真软件。(www.xing528.com)
Advisor主要是在给定的驾驶循环下利用车辆的各部分性能,能快速地分析车辆的燃油经济性、动力性能及排放特性等。它也能为用户自定义的动力驱动系统组成以及整车控制策略进行详细的建模和仿真。其具体功能如下:
①模拟整车在一个或多个循环工况下的经济性能和排放性能。根据输入零部件参数和控制参数的不同,可以得到不同的仿真结果,还可以动态比较各种参数的变化对经济性能和排放性能的影响。
②模拟整车的动力性能(加速性能、爬坡性能),并研究不同的零部件参数及控制参数的变化对车辆动力性能的影响。
③模拟各零部件的输入变量、输出变量(转矩、功率、速度等)对另一变量(循环时间、车速等)的变化历程。
④根据要求车辆达到的加速性能及爬坡性能,自动调整车辆的零部件参数。该功能可用于车辆设计过程的初步设计阶段,用于初步检查车辆零部件的匹配情况。
⑤评价混合动力车辆的能量管理策略(整车控制策略),即以车辆所要求的加速性能及爬坡性能作为约束条件,评价并优化车辆整车的控制策略。
Advisor采用的是后向仿真和前向仿真相结合的建模方法,以后向仿真为主,附加了一些简单的前向仿真计算。在仿真过程中,按照计算步骤,先计算后向模型的结果,即各个仿真变量的需求值,然后计算前向模型的结果,即各个仿真变量的可能值。其最大优点就是各总成模块易于扩充和改进。Advisor模型库里包含几十种车辆Simulink模型,用户可以根据自己的需要,通过修改已有的模型或建立新模型来建立自己所需要的车辆模型。
同时,Advisor是一个图形化面向对象的环境,拥有良好的图形用户界面GUI(Graph-ical User Interface),便于用户操作,而且各种仿真结果能够可视化。Advisor有三个主要的GUI:车型输入界面、仿真设置界面和结果输出界面。通过这三个界面,用户输入要仿真的车型和各种总成的相关参数,选择仿真的试验方案和具体项目,然后进行仿真计算,最后得到所需要的仿真结果。
(4)ANSYS有限元仿真平台ANSYS软件是集结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件,由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发。它能与多数CAD软件接口,实现数据的共享和交换,如NASTRAN、AutoCAD等,是现代产品设计中的高级CADT具之一。ANSYS软件功能强大,包括结构静力学分析、结构动力学分析、结构非线性分析、动力学分析、热分析、电磁场分析、流体动力学分析、声场分析和压电分析等功能模块,可协助设计人员完成多学科仿真分析及产品优化设计。
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