龙工（上海）精工液压有限公司技术部
混合动力系统具有高度的复杂性，而正是这种复杂性为混合动力车辆提供了更大的设计和控制自由度，以及增加燃油经济性和改善排放的可能性。混合动力车辆动力系统的性能匹配及优化一直是阻碍混合动力车辆研发及普及的难题之一，也是混合动力车辆性能进一步改善的重要前提。混合动力车辆动力系统的性能匹配及优化是指根据车辆的行驶工况和性能要求，合理的选择动力系统的各相关参数，如发动机功率，转矩耦合器的传动比，二次元件排量和额定转速，蓄能器容积和初始充气压力等。并且要在满足整车设计要求（如整车布置空间、整车质量和成本等）的基础上，实现整车动力性能、燃油经济性、尾气排放和噪声等设计指标的最优化。
1 参数优化设计方法
虽然混合动力车辆理论上可以在保证使用性能的基础上提高车辆的燃油经济性、降低车辆尾气的排放和噪声，但是如果设计使用的各动力系统元件和控制参数与运行条件及使用要求不匹配，相关参数值过大或过小，会导致动力系统元件负荷率和效率降低，甚至会出现无法满足使用要求的情况。所以，根据混合动力车辆使用条件和使用要求对混合动力车辆动力系统各元件功率和参数进行合理的匹配和优化是需要深入研究的问题，它不仅可以提高混合动力车辆动力系统的整体运行效率，还可以为系统各主要元件的优化设计提供支持。
车辆本身的动力学特性较为复杂，而且混合动力汽车动力系统的动力耦合型式不尽相同，行驶工况变化大，控制系统的控制策略复杂，这些均会给混合动力车辆动力系统性能匹配与优化的实现带来难度。目前有一些针对混合动力系统参数匹配优化的算法，但仍存在以下问题：
（1）由于混合动力系统较复杂，耦合变量较多，采用基于目标函数的数学优化算法难以涵盖其中大部分的变量，在某些系统中，数学优化方法难以找出适合混合动力系统的优化函数。
（2）混合动力系统结构多样，目前的优化算法普遍针对后置式并联混合动力系统，针对前置式结构的研究较少。
（3）优化算法普遍存在于理论层面，应用到实际的工程应用中的技术难度高，应用成本大，实用性较弱。
2AMESim App 的设计及开发
液压混合动力系统属于多变量非线性系统，耦合参数和约束较多，这为系统的优化设计带来很大的难度，很难用简单的函数和算法表达，并且工作量较大，结果准确性无法得到保证。AMESim仿真软件具有强大的仿真功能，特别带有详细的液压仿真模型库，可调控参数多，仿真结果准确，被广泛应用于液压等流体领域的仿真分析工作中。因此本研究开发的App软件数据流原理为通过对AMESim仿真模型中全局参数的调控，模拟不同参数配置和控制策略下混合动力车辆的动力性能和燃油消耗。由于根据混合动力汽车起重机所建立的AMESim模型较复杂，涉及多种模型库中的多种子模型，全部可调控参数多达400余个，并且部分重要参数和仿真结果还需要进入相应复杂的子模型中设定和得出，执行步骤较为繁琐并且易出错。为了减少设计人员输入参数的工作量，提高调控参数时的准确性和针对性，本文基于AMESim仿真软件和Excel的VBA开发技术设计并开发了AMESim App软件，以实现对模型进行准确的实时操作和监控。
AMESim App的主要功能是可以在控制界面上对全局参数进行集中的设定与更改，并且可以独立运行仿真计算，计算结果会显示在可视化界面中。所有工作均在控制界面中完成，无需在AMESim仿真软件中进行繁琐操作，提高了仿真工作的效率和准确性。AMESim App软件的整体架构基于MVC（Model-View-Controller）模式，采用分层次的模块化结构。具体层次可以分为：显示层，控制层，业务层和数据交互层。软件总体架构如图1 所示。
图 1 AMESim App软件架构图
View 主要对应的是显示层，主要负责向使用者展示模型的状态及控制信息，在本软件中是以Excel相关的工作表格、对话框和一些基于VBA宏编译的宏指令控件所展现。 Controller对应为控制层，负责View和Model之间的通信与控制。其既能将操作界面（View）的操作实施到具体的模型（Model）中，又能将模型（Model）处理完毕的业务数据反映到控制界面（View
）上。在AMESim App联合仿真平台上，通过读取和写入对应AMESim模型的通信文件以执行控制层的功能。AMESim仿真模型生成不同的通信文件对应着不同的功能。例如，文件扩展名为param 的是参数通信文件，负责参数的设定与更改；而扩展名为var的文件则负责输出变量之间的通信。Excel需要开启宏编译功能，使Excel在宏编译的功能下准确定位并成功访问AMESim软件所生成的通信文件。Model对应的是业务层和数据交互层，这里包含了软件最核心的业务功能和数据。该模块主要承载于宏指令功能与AMESim仿真模型间的数据交互，在AMESim仿真环境下对宏指令进行的业务执行和反馈，可以把运行结果显示在显示层的页面上。并且可以将仿真结果存入data及xls文件与外界交互。
综上所述，AMESim App为AMESim仿真软件和数据处理与办公软件Excel联合开发而成，兼具AMESim仿真软件的准确性和Excel软件的简洁性和实用性。联合仿真平台AMESim App
系统主要有以下优点：
1）通过控制界面可以方便的对AMESim模型中常用参数进行修改，并进行仿真运算及结果分析。避免了传统仿真工作中需要寻找每个参数的位置再加以修改的过程，增加了仿真工作的效率。
2）该软件具有通用性。任意AMESim仿真模型均可借助该软件进行参数的调控和仿真分析。
3）软件最大化的简化了在AMESim中操作的步骤，使用者无需熟悉AMESim软件的操作流程，也可以快速的进行仿真分析。
4）软件可以对AMESim中重要的仿真数据进行储存，以便进行后续的数据处理及分析。
5）AMESim App 基于Excel和AMESim的联合仿真，两种软件普及性较高，使用者无需为了仿真工作安装其他软件。
论文作者:钱绪
论文发表刊物:《中国电气工程学报》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/24
标签：混合动力论文; 参数论文; 系统论文; 软件论文; 车辆论文; 模型论文; 动力论文; 《中国电气工程学报》2019年第2期论文;