GCKontrol在电动汽车动力系统优化与经济性评估中的应用

动力性及经济性仿真是一种综合模拟技术，它通过模拟汽车在不同工况下的动力输出和能耗，评估汽车的最高车速、加速性能、爬坡能力以及百公里油耗或电耗等关键指标。这种仿真技术不仅分析汽车行驶过程中的能量流动和转换，优化能量利用效率，还涉及调整设计参数以寻求性能与经济性的最佳平衡。此外，动力经济性仿真还包括模拟不同的控制策略，如能量回收系统和动力分配策略，以及评估汽车在不同环境条件下的性能适应性。最终，通过与实车测试结果的对比验证，动力经济性仿真为汽车设计和开发提供了一个在早期阶段发现问题、优化设计、降低成本并缩短开发周期的重要工具。

动力性及经济性仿真在汽车设计中面临的主要瓶颈包括确保仿真精度以准确反映物理试验值，满足复杂的仿真需求，提高仿真效率并降低操作复杂性。挑战还涉及能量管理，如双电机扭矩动态分配和整车热管理，以及驾驶性仿真，包括驱动防滑控制和驾驶质量模拟。此外，还涉及前处理和后处理工具的开发以及提升仿真能力和试验/标定/调试能力也是关键问题。为了提高建模进度和保证准确性，需要协同合作和制定计划。解决这些瓶颈对于提高动力性及经济性仿真的准确性和效率至关重要。

GCKontrol采用多物理场的建模仿真技术，通过将车辆动力学、电控系统、电池热管理等多个子系统进行模型构建与联合仿真，提高仿真模型对现实情况的准确性。

图 1 动力性及经济性模型架构图

在动力经济性仿真中，许多复杂的物理现象无法通过简单的数学公式精确建模，而是通过实验数据或高精度仿真结果生成大量数据。例如，电池的SOC（状态电量）与电池温度、充放电电流之间的关系，或者车辆在不同工况下的燃油消耗与车速、负载的关系。这些非线性关系可以通过插值表快速查找和插值计算。插值表通过提供快速的查找和计算机制，有效处理一些复杂且非线性的子系统，而机理模型则为系统提供了基础的物理理论和动力学描述。两者的结合，能够在多物理场耦合、实时优化以及数据驱动建模等方面，显著提升动力经济性仿真的整体精度和可靠性。

需求导入通常以Excel或Plorian形式录入，包括功能需求、性能指标和测试场景等。接着会对需求进行分类、分层，并确定需求的优先级和关键性能指标，同时使用工具（如Excel）进行需求跟踪。根据需求分析结果开发仿真模型，模型通常采用模块化设计，使用GCKontrol进行建模。利用仿真模型进行多场景测试并记录仿真结果，分析初步结果。最后，通过对照需求文档确认仿真结果是否满足需求，若不满足，反馈至建模或需求阶段进行调整，并生成验证报告，确保需求得到满足。

图 2 需求导入及验证图

在仿真效率的提升方面，GCKontrol能够利用其生成的FMU进行批量化仿真，批量仿真与FMU的结合可以加速电动汽车的动力经济性评估，通过批量化仿真来测试不同电池容量、驱动方式、能量管理策略等对车辆综合性能的影响。通过GCKontrol自带的jupyter控制仿真流程的启动、参数配置以及仿真结果的存储。这样可以在不手动干预的情况下，自动进行多次仿真试验。在传统仿真流程中，修改模型参数或改动时，通常需要重新编译整个模型，这不仅耗时，还会影响仿真效率。而使用FMU后，整个系统可以保持模型的稳定性，在无需每次重新编译的情况下，快速加载和执行不同场景的仿真任务，效率提升50%以上。

图 3 利用jupyter实现批量仿真

GCKontrol通过精确的驾驶员行为建模、能量管理策略的优化以及高效的数据处理工具，可以显著提升仿真模型的精度和可靠性，确保仿真结果与实际车辆表现更为一致。在进行能量管理和驾驶性仿真时，GCKontrol通过将多个子系统（如动力传动系统、车辆动力学、热管理系统等）整合在一起，用户能够更方便地进行跨学科的建模与联合仿真。通过2D面板曲线进行数据分析，工程师可以清晰地识别潜在的能效问题或驾驶行为异常，进而对仿真模型或实际车辆进行优化。工程师可以利用jupyter对控制器模型进行快速的参数优化，自动化分析，甚至直接与仿真模型进行交互，以此来提高系统性能或降低能量消耗。GCKontrol高效的数据后处理工具可以处理大量仿真数据并快速生成可视化的结果，如能量消耗、驾驶行为对能量管理的影响、各个系统的运行状态等。

图 4 利用jupyter实现参数寻优

图 5 能量占比分析图

在电动汽车的建模与仿真中，涉及多个子系统（例如动力系统、传动系统、电池管理系统等）的模型设计与开发。不同团队成员可能分别负责不同的子系统模型，GCKontrol能够基于Git让不同开发者可以在不同分支上进行独立的开发工作，减少相互干扰，并记录每次对模型文件的修改和历史版本，将这些不同子系统模型合并成一个完整的仿真系统，并确保各个模型的版本一致性。

通过GCKontrol的数据字典能够实现仿真参数的统一管理。借助数据字典可以将仿真模型中的关键参数进行标定和调试，确保仿真结果与实际表现一致。同时在试验和调试过程中，也能够快速获取和调整相关参数，降低调试难度，提高标定效率。此外，数据字典的应用还增强了仿真和实际试验之间的闭环反馈能力，进一步提升了系统的调试能力，确保仿真与实际表现的高度一致。

图 6 数据字典参数管理界面

综上所述，GCKontrol在电动汽车动力系统优化与经济性评估中的应用展现了显著的优势，推动了电动汽车技术的创新和优化。通过其强大的建模与仿真功能，GCKontrol可以高效地支持电动汽车在动力系统与经济性分析方面的多维度建模和优化，为电动汽车的设计与开发提供了坚实的技术基础。