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在动力总成的设计工作中，要面对动力性与经济性、成本之间的矛盾。如何规划总成平台，引入先进技术，在动力性、经济性与成本之间寻找平衡，使产品更具竞争力，同时保证平台的生命周期，配合整车的市场细分战略，是设计人员一直需要面对的问题。
摘要：采用Simulink软件建立了整车动力系统模型，通过计算可以获得给定道路环境和车速条件下的发动机动力性能需求，并与AMESim模型的计算结果进行了对比分析。结果表明：Simulink模型具有较高的仿真精度，比AMESim的建模方式更加自由，并便于细化拓展，为发动机细化研究提供了一个很好的平台。
关键词：Simulink,AMESim,发动机性能,整车动力模型
目前，已逐步摒弃传统的经验设计加公式校核的设计方式，更多的是采用Cruise、AMESim等软件辅助设计。这些软件可以依据输入的整车参数、发动机特性曲线、传动比等参数进行计算，能全面反应设计输入的仿真效果。但是，涉及具体总成及零部件设计时，软件需要输入的排放数据等参数很难获取，若实际设计中并不涉及排放分析，只分析动力性能，那么这些参数并不必要，这些软件的全面性在此时会成为限制，从而无法进行扩展，解决零部件对整体性能的影响等具体问题。
本文利用Simulink软件建立的整车动力系统模型，根据不同道路环境的输入条件，对不同车型搭载发动机的常用工况区间进行明确，并利用Simulink平台的灵活性展开拓展应用探讨。为发动机的动力性能计算，甚至是发动机的能量管理提供一种思路，以便在发动机设计过程中主动引入先进技术，提升竞争力。
1整车动力系统模型的构建原理
Simulink整车动力系统模型的构建以行驶平衡方程为理论基础，以风速、坡度等道路环境参数为输入变量，以不同车型的相关配置参数为输入变量，最终计算出对发动机输出扭矩、功率等动力性的需求。
归纳所需的风速、坡度、等道路环境参数，结合整车相关配置，就可以计算得到整车动力性需要的扭矩、转速、功率等要求。而这些，无疑是发动机设计工作中，动力性能的最直观目标：如果发动机的万有特性曲线能涵盖这些“转速-扭矩”点，那么整车动力性得以保证。根据这些点的分布情况对燃油消耗率及排放能力进行优化，整车燃油经济性及排放能力也得以优化。
2整车动力系统模型建立
2.1行驶平衡模型建立
行驶平衡模型如图2所示。
各项行驶阻力分别建立计算模型，依行驶平衡方程求和，得到整车所需驱动力FT。从模型中所需输入可见，行驶平衡方程FT=Ff+FW+Fi+Fj中各项阻力均与车速以及道路环境有关，即需要“车速-时间”曲线和道路环境参数作为输入。
结合整车数据等参量，并对车辆减速阶段进行处理，可以计算出发动机需要输出的扭矩Ttq。
2.2机械传动模型建立
机械传动模型如图3所示。
在传动系统中，不同的挡位有着不同的传动比，影响着车速与发动机转速的对应关系。因此如何建立图3中“挡位选择”模型，合理选择挡位，对整个模型都有很大的影响。经过多种挡位控制策略的比较与选择，最终选用stateflow构建的换挡模型。
选定两个换挡转速，即升挡转速与降挡转速，剔除掉驾驶员水平差异后，一旦发动机转速高于升挡转速，挡位上升，一旦发动机转速低于降挡转速，挡位下降。在stateflow中，为了更好的模拟实际情况，为每次换挡都设定了一个换挡实际。stateflow流程图如图5所示。
4与AMESim模型计算结果的比较
从图9可以看出，Simulink计算结果的点基本全部处于1100～1300rpm，600～1600Nm的区间内，AMESim计算结果的点大部分也处于这个区间内，但更为分散，从形状上看两者的结果分布状况也大致相同。两者的差别在于Simulink模型建立只考虑了扭矩功率等性能要求，点的分布反映出道路环境对发动机动力性能的需求，而AMESim模型输入了发动机相关参数，点的分布更符合实际DCI11发动机的特性，且反映到车速拟合上会存在高速驱动力性能不够的问题。
5Simulink模型的拓展探讨
以上Simulink模型计算得到的发动机性能需求均是在只考虑道路环境等外界输入的前提下得到的，目的是计算发动机动力性能需求。若发动机万有特性包含计算得到的点区间，那么整车基于此道路环境的动力需求就能得到保证。整个模型输入简洁、目标明确、形式灵活，这也是与AMESim或者Cruise等模型最大的区别。这样的自由度为模型的修改提供了更广阔的空间，在设计工作中可以更加专注于模型的扩展，而无需考虑如何克服软件内固有元件的限制。
等速油耗也可以通过对此Simulink模型进行扩展，加入图10所示模块进行计算获得：结合具体发动机特性数据，处理成be元件进行查表，再通过integrator元件进行积分，就可以得到总油耗。通过与道路试验得到的油耗进行比较，发现油耗拟合度达到97%。可见结合实际发动机数据进行拓展后，此模型与实际值具有较高拟合度。
也可结合发动机附件功率，倒拖扭矩的数据，进一步获得发动机的输出要求，乃至结合热效率获得缸内燃烧的要求，为发动机主动采用新技术，如优化燃烧、提高热效率、回收热能等。
还可以利用Simulink模型的灵活性，对此模型进行拓展，计算整车动力需求的具体分布，再根据发动机输出性能的特性分布，在工况循环中扩大发动机稳态性能的覆盖率，减少处于瞬态变速的时间，使发动机更多时间处于经济区域，降低油耗，优化整车经济性。
6结论
采用Simulink软件工具建立了整车动力系统仿真模型和仿真计算并与AMESim模型的计算结果进行了对比与分析，结果表明Simulink模型计算结果具有较高的可信度。同时此模型有着比AMESim或者Cruise等软件更加自由的建模方式，并可细化拓展，以便深入研究整车动力性能与发动机新技术的直观联系，为发动机的细化研究提供了一个很好的平台。
参考文献：
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