2.1 建模類型選擇

根據仿真過程中數據流的方向，可以把汽車仿真模型分為正向仿真模型和逆向仿真模型兩大類。

正向仿真模型的數據流方向與實際系統能量流方向相同，并且具有駕駛員模型。駕駛員模型將駕駛員踏板信號指令轉化為轉矩、轉速信號輸出，參照整車控制策略，在整車控制模塊中提出對動力系統的轉矩需求，動力總成模型根據轉矩需求，以及本身的轉矩限制，為傳動系統輸出轉矩，該轉矩經轉動系統到達車輪模型后，最終到達車輛模型，從而實現車輛行駛。正向仿真模型能夠集成駕駛員在環仿真，更加真實地模擬車輛的運行狀態，符合真實系統邏輯。

逆向仿真模型的數據流方向與實際系統能量流方向相反，該模型以循環工況為要求，計算動力系統各個部件需要提供的轉矩、轉速、功率等信息。該模型的數據流從車輛阻力模型出發，經過車輪模型、傳動模型，最終反映到動力總成模型。該仿真過程不需要集成駕駛員模型，也不需要考慮動力系統的動態過程，計算速度較快，在系統開發設計階段進行參數匹配、制定能量管理控制策略、進行能量管理控制策略驗證時應用廣泛。

汽車開發過程往往是正向仿真與逆向仿真相結合，首先利用逆向仿真的方法，設計控制策略，確定系統參數，再利用正向仿真的方法，對系統進行仿真和調試，對控制策略進行驗證。

因此，結合汽車動力系統，本書總結了三種仿真模型：

1）將工況速度譜輸入到阻力模型與車輪模型中，得到需求轉矩、功率、轉速信息，將該信息經傳動系統模型傳遞到電機模型，功率需求信息傳遞到燃料電池和蓄電池，得到能量消耗與功率限制信息。該仿真模型為典型逆向仿真模型。

2）由于本書的仿真測試采用了X-in-the-Loop方法，因此當測試中出現部件缺失的情況時，利用模型或代碼替代缺失部件，實現軟硬件結合測試。所以本書在建模過程需考慮動力系統臺架的參與，由于后續參與的實驗臺架為一電機-測功機一體化系統，該一體化系統一側采用轉矩控制，一側采用轉速控制，工況速度譜作為需求車速轉化為電機轉速輸入驅動電機端（轉速控制端），工況速度譜輸入阻力模型生成阻力，該阻力轉化為電機轉矩輸入測功機端（轉矩控制端）。驅動電機一端為達到需求轉速，在存在阻力的情況下，輸出實際轉矩，該轉矩與轉速的乘積即為功率需求，輸入到燃料電池與蓄電池，得到能量消耗與功率限制信息。該模型實質上為逆向仿真模型。

3）考慮動力系統臺架的參與，兩側均為轉矩控制，工況速度譜輸入駕駛員模型，駕駛員模型計算得到期望轉矩輸入到驅動電機端（轉矩控制端），同時該轉矩受到燃料電池與蓄電池的功率限制。該轉矩與測功機端（轉矩控制端）的阻力矩相平衡，得到的實際車速反饋到駕駛員模型。由于該模型中集成了駕駛員模型，該模型實質上為正向仿真模型。

由于本書旨在利用X-in-the-Loop方法，進行動力系統分布式測試，正向仿真模型更為符合仿真測試的客觀需求，因此選擇第三種仿真模型，作為仿真測試的結構。

本書所涉及燃料電池汽車動力系統如圖2.1所示。動力源包括燃料電池和動力蓄電池，以實現快速動態響應和耐久性。燃料電池系統可以驅動電機并同時為電池充電^[114]。

圖2.1 燃料電池汽車動力系統結構圖