MWORKS车辆动力性经济性应用篇
全球能源和环境问题日趋紧张，对车辆的油耗（能耗）的要求也日趋严格，如何让车辆在满足必要的动力性的同时又具有良好的油耗（能耗）经济性成为当今汽车领域研究的热点。因此，通过提高系统层面能量利用率，通过整车燃油（能耗）分析，优化能耗较高的系统，对提高汽车领域的能耗利用率研究具有重要的意义。
MWORKS.Sysplorer是一款由同元软控完全自主研发的多领域统一建模仿真软件，在车辆的动力性和油耗（能耗）经济性应用分析中，其模块化建模理念可以方便建立各种不同配置的整车模型（如传统燃油车型、混动车型和纯电动车型），基于同元车辆动力性经济性模型库TAEconomy，通过选择不同车型架构配置和系统模型参数计算不同测试工况下的车辆动力性和经济性（如百公里加速性能、百公里油耗、纯电动续航里程分析等测试工况），为整车系统设计/选型提供数据支撑。
一、车辆动力性分析
车辆的动力性可由最高车速、加速时间和最大爬坡度三个指标来进行评价。
本节分别对传统燃油车型、混动车型和纯电动车型的百公里加速工况以及纯电动车的最大爬坡度进行仿真分析，评估车辆动力性能。
1、百公里加速工况
百公里加速工况目的在于分析车辆从静止开始，达到100 km/h所需要的时间，时间越短，则车辆的动力性能越好，仿真模型如下图所示：
传统燃油车百公里加速仿真模型
P3混动车百公里加速仿真模型
纯电动车百公里加速仿真模型
仿真结果及分析
不同车型仿真结果
通过对比传统燃油车型、P3混动车型与纯电动车型百公里加速仿真结果，可知纯电动车型百公里加速性能最优，在7.5s左右就达到了100 km/h。
2、车辆最大爬坡度分析
车辆最大爬坡度工况目的在于分析车辆在驱动力最大的档位（一般为最低档）能克服的最大坡度，坡度越大，动力性越好，仿真模型如下图所示：
纯电动车型最大爬坡仿真模型
仿真结果及分析
最大爬坡度仿真结果
上图为不同坡度情况下车辆行驶速度随时间的变化，通过仿真结果可知，在爬坡为30%左右时（图中紫色加粗曲线），车辆最终在道路上保持匀速行驶。该曲线下方数据表明，坡度再增加时，车辆速度会减慢，说明车辆动力无法克服当前坡度。因此该车型最大爬坡度为30%左右。若用户有需求，还可继续细分坡度进行实验以求得更精确的仿真结果。
3D动图
二、车辆经济性分析
车辆经济性是在保证动力性的前提下，评估分析车辆的能耗，常见经济性工况有NEDC（新欧洲标准行驶循环）、CLTC（中国汽车行驶工况）等。本节通过对传统燃油车型、混动车型的NEDC工况进行测试，评估车辆的平均百公里油耗、发动机转速、电池SOC变化等，同时对纯电动车的续航里程工况进行测试，分析车辆所能运行的最大续航里程。
1、城市循环工况
燃油经济性主要评估车辆油耗性能，油耗越低，经济性越好，常见循环工况有NEDC循环、WLTC循环、FTP75循环等。
传统燃油车型循环工况仿真模型
P0混动车型循环工况仿真模型
双电机纯电动车型循环工况仿真模型
仿真结果及分析
下图为某小型纯电动车型跑完一个NEDC工况的仿真分析结果，通过分析关键整车和系统指标，评估纯电动车辆经济性性能，如单个NEDC循环工况电池SOC下降了8.72%，耗电量为1.5 kWh，平均百公里耗电量为13.609 kWh。
纯电动车NEDC循环工况仿真结果
（上：车速 [km/h]，下：电池SOC [%]）
除此之外，能够将各系统的输入输出数据做成如下图能量流图，根据结果可得：
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NEDC循环工况电池耗电为13.609 kWh，其中能量回收1.925 kWh；
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驱动电机效率为80.4%，可通过优化电机控制策略或替换电机型号提高电机效率；
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在NEDC工况下，制动能量回收占总能量为12.39%，可通过调整车辆阻力（轮胎/风阻）或优化制动控制策略提高能量回收率。
纯电动车NEDC循环工况能量流分析
燃油车可评估瞬时油耗/平均百公里油耗、发动机输出扭矩/转速、变速器档位等，混动车型可评估能量回收功率、电池SOC等变化，可支持子系统部件控制策略的优化。
2、续航工况
续航工况评估车辆在SOC/燃油耗尽前行驶的距离，如循环若干NEDC工况，直至车辆SOC达到阈值/燃油耗尽。
纯电动车续航里程架构图
以NEDC工况为循环工况，在循环行驶3.59小时后，电池SOC达到阈值，行驶距离为 116 km。
纯电动车型电池SOC仿真结果
纯电动车型续航里程
三、故障注入分析
通过使用故障注入工具箱和故障模型库，能够分析不同故障等级对车辆动力性经济性性能指标的影响。以传统燃油车型百公里加速工况和百公里制动工况为例，评估车辆百公里加速时间和百公里制动距离。分别对发动机和制动系统进行故障建模，评估发动机输出功率和制动系统不同故障等级对指标的影响。
本模型库包含了大部分常见故障模式，用户可改变故障状况和位置，以应对多元化、细致的仿真需求。
发动机和制动系统加入故障点
1、百公里加速工况
仿真分析发动机不同故障等级情况下的百公里加速时间，如下图为发动机输出功率损失分别为0%、30%、60%，百公里加速时间为9.45 s、12.48 s和22.36 s。
百公里加速时间@不同失效等级
2、百公里制动工况
仿真分析制动系统不同故障等级情况下车辆百公里制动距离，如下图为制动扭矩损失分别为0%、30%、60%，制动距离分别为65.8m、73.1m和122.9m。
制动距离@不同失效等级
四、总结
本篇公众号简单的介绍了同元车辆动力性经济性模型库的应用，除此之外，同元车辆模型库还包括了动力电池模型库、电机模型库、车辆电子模型库和车辆热管理模型，这四个模型库能够与车辆动力性经济性模型库联合使用，构建更多的仿真分析工况，如评估分析车辆在各类行驶过程中，低压负载能耗分析、动力电池包/电机/发动机热管理分析等。
如下图所示可分析在动力性、经济性工况中，不同负载工况下的低压能耗，通过分析蓄电池的SOC变化，评估DCDC控制策略的合理性和蓄电池馈电风险。
未来我们也将持续更新此库，所有车辆模型库将统一整理在“同元车辆TA系列模型库”话题，敬请期待。
注：车辆动力性经济性模型库TAEconomy可通过同元软控官网申请license试用，申请时备注“需额外授权 TAEconomy”。