CN111353197B - 一种电动汽车及其起步加速性仿真方法与装置 - Google Patents

Abstract

本公开提出了一种电动汽车及其起步加速性仿真方法与装置，该起步加速性仿真方法通过建立基于人脑耳石结构的仿真三维模型，进而获取该仿真三维模型中仿真耳石器的加速度时间曲线，根据该仿真耳石器的加速度时间曲线和电动汽车的驱动电机转速曲线和扭矩时间曲线，获取电动汽车的多组起步加速度时间曲线，进而根据电动汽车的参数和多组起步加速度时间曲线获取多组起步加速行驱动控制程序，并经过测试后获取最优起步加速性驱动控制程序，大大增加了电动汽车起步加速扭矩驱动程序编制的精准度，并缩短了研发周期和试验资源的占用成本，同时满足电动汽车起步加速的乘坐舒适性、环境友好性、低能耗以及动力性能等指标。

Description

一种电动汽车及其起步加速性仿真方法与装置

技术领域

本公开涉及车辆技术领域，尤其涉及一种电动汽车及其起步加速性仿真方法与装置。

背景技术

近几年来，电动汽车因其噪音低、零排放、能量利用率高等优点成为人们出行的主要交通工具。随着电动汽车逐步市场化、全球化，其起步加速性控制成为电动汽车性能考核之一。目前，现有技术主要通过采用国家标准要求编制的驱动程序，完成样车试制后通过路试试验的确定方法来实现起步加速性控制。

然而，由于不同客车车型的结构重量等区别很大，不同车型驱动电机扭矩特性也差异较大，因此该方法导致试验的时间周期比较长，且需要反复修改重新标定改程序，对程序编制人员、试验人员的人力资源，以及试验车和试验场地等资源占用很大。

此外，通过试验来进行确定的方法，较难精准地编制出驱动电机的起步加速扭矩驱动程序，如此将存在以下主要问题：驱动电机起步扭矩大或过小。扭矩过大，起步加速过快，加速时间过短，导致乘客容易产生头晕、恶心现象，大大降低了乘坐舒适性，并且产生噪声较大，降低了道路上的环境友好性，另外整车刚起步时，处于驱动电机较高功耗区域，扭矩过大容易造成较高的能耗；扭矩过小，将导致整车爬坡性能降低。

综上所述，现有的汽车起步加速性确定方法存在周期长、资源占用大、乘客舒适性和环境友好性低以及功耗高的问题。

发明内容

本公开的目的在于提供一种电动汽车及其起步加速性仿真方法与装置，以解决现有的汽车起步加速性确定方法存在周期长、资源占用大、乘客舒适性和环境友好性低以及功耗高的问题。

本公开是这样实现的，本公开第一方面提供一种电动汽车的起步加速性仿真方法，所述起步加速性仿真方法包括：

建立基于人脑耳石结构的仿真三维模型；其中，所述仿真三维模型中具有仿真耳石器；

对所述基于人脑耳石结构的仿真三维模型进行动力学仿真，以获取所述仿真耳石器的加速度时间曲线；

获取电动汽车的驱动电机转速曲线和扭矩时间曲线，并根据电动汽车的驱动电机转速曲线、扭矩时间曲线以及所述仿真耳石器的加速度时间曲线，获取所述电动汽车的多组起步加速度时间曲线；

获取所述电动汽车的参数，并根据所述电动汽车的参数以及所述多组起步加速度时间曲线，获取多组起步加速性驱动控制程序，并对所述多组起步加速性驱动控制程序进行测试，以获取目标起步加速性驱动控制程序。

本公开第二方面提供一种电动汽车的起步加速性仿真装置，所述起步加速性仿真装置包括：

建立模块，用于建立基于人脑耳石结构的仿真三维模型；其中，所述仿真三维模型中具有仿真耳石器；

第一获取模块，用于对所述基于人脑耳石结构的仿真三维模型进行动力学仿真，以获取所述仿真耳石器的加速度时间曲线；

第二获取模块，用于获取电动汽车的驱动电机转速曲线和扭矩时间曲线，并根据电动汽车的驱动电机转速曲线、扭矩时间曲线以及所述仿真耳石器的加速度时间曲线，获取所述电动汽车的多组起步加速度时间曲线；

第三获取模块，用于获取所述电动汽车的参数，并根据所述电动汽车的参数以及所述多组起步加速度时间曲线，获取多组起步加速性驱动控制程序，并对所述多组起步加速性驱动控制程序进行测试，以获取目标起步加速性驱动控制程序。

本公开第三方面提供一种电动汽车，所述电动汽车包括第二方面所述的起步加速性仿真装置。

本公开提出了一种电动汽车及其起步加速性仿真方法与装置，该起步加速性仿真方法通过建立基于人脑耳石结构的仿真三维模型，进而获取该仿真三维模型中仿真耳石器的加速度时间曲线，根据该仿真耳石器的加速度时间曲线和电动汽车的驱动电机转速曲线和扭矩时间曲线，获取电动汽车的多组起步加速度时间曲线，进而根据电动汽车的参数和多组起步加速度时间曲线获取多组起步加速行驱动控制程序，并经过测试后获取最优起步加速性驱动控制程序，大大增加了电动汽车起步加速扭矩驱动程序编制的精准度，并缩短了研发周期和试验资源的占用成本，同时满足电动汽车起步加速的乘坐舒适性、环境友好性、低能耗以及动力性能等指标，解决了现有的汽车起步加速性确定方法存在周期长、资源占用大、乘客舒适性和环境友好性低以及功耗高的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本公开一种实施例提供的一种电动汽车的起步加速性仿真方法的流程示意图；

图2是本公开一种实施例提供的一种电动汽车的起步加速性仿真方法中人脑耳石结构的结构示意图；

图3是本公开一种实施例提供的一种电动汽车的起步加速性仿真方法中耳石器的微观生理学原理图；

图4是本公开一种实施例提供的一种电动汽车的起步加速性仿真方法中仿真三维模型的结构示意图；

图5是本公开一种实施例提供的一种电动汽车的起步加速性仿真方法中的仿真耳石器的加速度时间曲线示意图；

图6是本公开一种实施例提供的一种电动汽车的起步加速性仿真方法中的电动汽车的多组起步加速度时间曲线示意图；

图7是本公开一种实施例提供的一种电动汽车的起步加速性仿真装置的模块结构示意图。

具体实施方式

为了使本公开的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本公开进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本公开，并不用于限定本公开。

为了说明本公开的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本公开实施例提供一种电动汽车的起步加速性仿真方法，该起步加速性仿真方法用于对电动汽车的起步加速性进行仿真，以获取最优的起步加速性驱动控制程序，如图1所示，该起步加速性仿真方法包括：

步骤S11：建立基于人脑耳石结构的仿真三维模型；其中，所述仿真三维模型中具有仿真耳石器。

其中，在本公开实施例中，由于现有的汽车起步加速性控制方法由于扭矩过大，使得起步加速过快，加速时间过短，进而导致乘客容易产生头晕、恶心现象，因此为了消除该弊端，本公开通过建立基于人脑耳石结构的仿真三维模型，并在该仿真三维模型的基础上进行车辆的起步加速性仿真。

具体的，如图2和图3所示，耳石器官位于人脑部左、右眼球后部。车辆加减速时人们的感受主要与耳石器中的椭圆囊相关，而耳石器官的基本生理过程为：当人们乘坐车辆时，在车辆的加减速作用下，即在直线加速度运动作用下，由于人脑耳石的比重远重于其周围的内淋巴液的比重，其惯性引起耳石膜发生逆作用力方向的位移，牵引毛细胞纤毛，引起毛细胞垂直动或静纤毛弯曲压迫，动或静纤毛毛细胞产生电信号，电信号通过调节传入神经纤维的神经中枢，即可感觉到人体的直线运动加速度，并且耳石器官具有一定的加速度阈值，超过该生理阈值时乘客将会感觉到头晕、恶心。

基于上述人脑耳石结构的原理，本公开通过模仿耳石器的微观生理学原理，加上耳石、液体比重，阈值范围数据，建立基于该人脑耳石结构的仿真三维模型。

具体的，如图4所示，该仿真三维模型包括：1、具有一定壁厚的金属容器，该金属容器开口朝上，可以盛装液体，并且可以钻孔加工；2、一定比重的液体，该液体在金属容器中保持一定的液面；3、一定比重的实心球，并且该实心球淹没在液体中，其中该实心球即为仿真耳石器；4、旋转轴，其中金属容器上具有钻孔，旋转轴水平安装在容器上，并且旋转轴中部带可滑动的轴套；5、细刚性杆，该细刚性杆上端与旋转轴轴套连接，下端与实心球连接，需要说明的是，在本公开中，假定细刚性杆可以忽略弹、塑性变形和质量。

步骤S12：对所述基于人脑耳石结构的仿真三维模型进行动力学仿真，以获取所述仿真耳石器的加速度时间曲线。

其中，在本公开实施例中，在建立了基于人脑耳石结构的仿真三维模型后，便可对该仿真三维模型进行动力学仿真，以获取该仿真三维模型中仿真耳石器的加速度时间曲线。

具体的，可通过将实心球3以一定的角度拉离静止位置(需要注意的是，此时液体2仍然淹没实心球3)，在重力作用下实心球3自动开始摆动，由于液体阻力的存在，最终实心球3会静止在初始位置，进而通过动力学分析，便可得到实心球3即仿真耳石器的加速度时间曲线，即图5所示的曲线；需要说明的是，在本实施例中，在对仿真耳石器进行动力学仿真时，细刚性杆5的质量和阻尼忽略不计，并且该动力学仿真可通过软件进行。

步骤S13：获取电动汽车的驱动电机转速曲线和扭矩时间曲线，并根据电动汽车的驱动电机转速曲线、扭矩时间曲线以及所述仿真耳石器的加速度时间曲线，获取所述电动汽车的多组起步加速度时间曲线。

其中，在本公开实施例中，当获取到仿真耳石器的加速度时间曲线后，便可根据获取的电动汽车的驱动电机转速曲线和扭矩时间曲线以及该仿真耳石器的加速度时间曲线，获取电动汽车的多组起步加速度时间曲线，以便于根据多组起步加速度时间曲线进行车辆的最优化起步加速性仿真。

进一步地，作为本公开一种实施方式，步骤S13中获取电动汽车的驱动电机转速曲线和扭矩时间曲线具体为：

获取所述电动汽车的车型，并根据所述电动汽车的车型获取所述电动汽车的驱动电机转速曲线和扭矩时间曲线。

其中，在本公开实施例中，由于不同车型的车辆其驱动电机转速曲线和扭矩时间曲线是不同的，因此在获取电动汽车的驱动电机转速曲线和扭矩时间曲线时，需要先获取电动汽车的车型，进而根据电动汽车的车型便可获取到电动汽车的驱动电机转速曲线和扭矩时间曲线。

进一步地，作为本公开一种实施方式，步骤S13中根据电动汽车的驱动电机转速曲线、扭矩时间曲线以及所述仿真耳石器的加速度时间曲线，获取所述电动汽车的多组起步加速度时间曲线具体为：

在所述仿真耳石器的加速度时间曲线中截取多段子曲线，并对电动汽车的驱动电机转速曲线、扭矩时间曲线以及截取的多段子曲线进行拟合，以获取所述电动汽车的多组起步加速度时间曲线。

其中，在本公开实施例中，当获取到图5所示的仿真耳石器的加速度时间曲线后，本公开便可在该仿真耳石器的加速度时间曲线中截取多段子曲线，并将截取的多组子曲线与获取的电动汽车的驱动电机转速曲线以及扭矩时间曲线进行拟合，进而得到多组电动汽车的起步加速度时间曲线，如图6所示；需要说明的是，在本实施例中，图6所示的多组起步加速度时间曲线示意图中仅以4段为例进行说明，并且电动汽车的驱动电机转速曲线、扭矩时间曲线以及截取的多段子曲线的拟合过程可参考现有的曲线拟合技术，此处不再赘述。

步骤S14：获取所述电动汽车的参数，并根据所述电动汽车的参数以及所述多组起步加速度时间曲线，获取多组起步加速性驱动控制程序，并对所述多组起步加速性驱动控制程序进行测试，以获取目标起步加速性驱动控制程序。

其中，在本公开实施例中，步骤S13中获取到电动汽车的多组起步加速度时间曲线后，若要获取电动汽车的起步加速性驱动控制程序，还需要获取电动汽车的参数，因此步骤S14中通过获取电动汽车的参数，进而根据该参数以及多组起步加速度时间曲线，获取多组起步加速性驱动控制程序。

进一步地，作为本公开一种实施方式，步骤S14中获取所述电动汽车的参数具体为：

获取所述电动汽车的总重量、车轮直径、速比以及传动效率。

进一步地，作为本公开一种实施方式，步骤S14中根据所述电动汽车的参数以及所述多组起步加速度时间曲线，获取多组起步加速性驱动控制程序具体为：

在每组起步加速度时间曲线中获取多个坐标点，并根据每组起步加速度时间曲线的多个坐标点以及所述电动汽车的总重量、车轮直径、速比、传动效率，获取多组驱动电机扭矩-时间的对应数值关系表，并根据多组驱动电机扭矩-时间的对应数值关系表获取多组起步加速性驱动控制程序。

其中，在本公开实施例中，在每组起步加速度时间曲线中获取多个坐标点指的是在每组起步加速度时间曲线中获取多个纵轴坐标点，即在每组起步加速度时间曲线中获取多个起步加速度a。在获取到每组起步加速度时间曲线中的多个起步加速度a后，本公开通过公式F＝ma获取电动汽车的多个轮胎地面驱动力，其中m为电动汽车的总重量；进而根据公式N＝η*F*L*n得到电动汽车的多个驱动电机扭矩，其中η为电动汽车的传动效率，L为电动汽车的车轮直径，n为电动汽车的速比，F为电动汽车的地面驱动力，N为驱动电机的扭矩；当获取到驱动电机的扭矩N后，本公开便进一步根据驱动电机扭矩-时间的对应数值关系表得到多组起步加速性驱动控制程序。

当获取到多组起步加速性驱动控制程序后，为了获取到最优的起步加速性驱动控制程序(目标起步加速性驱动控制程序)，此时需要对多组起步加速性驱动控制程序进行试验，具体试验过程为将多组起步加速性驱动控制程序导入实车路试，对比多组起步加速性驱动控制程序的起步加速头晕、起步加速性能、爬坡度等试验的测试结果，找到可以同时满足上述性能指标的目标起步加速性驱动控制程序，便可得到所需要的驱动电机加速控制程序。

在本实施例中，本公开通过建立基于人脑耳石结构的仿真三维模型，进而获取该仿真三维模型中仿真耳石器的加速度时间曲线，根据该仿真耳石器的加速度时间曲线和电动汽车的驱动电机转速曲线和扭矩时间曲线，获取电动汽车的多组起步加速度时间曲线，进而根据电动汽车的参数和多组起步加速度时间曲线获取多组起步加速行驱动控制程序，并经过测试后获取最优起步加速性驱动控制程序，大大增加了电动汽车起步加速扭矩驱动程序编制的精准度，并缩短了研发周期和试验资源的占用成本，同时满足电动汽车起步加速的乘坐舒适性、环境友好性、低能耗以及动力性能等指标，解决了现有的汽车起步加速性确定方法存在周期长、资源占用大、乘客舒适性和环境友好性低以及功耗高的问题。

进一步地，图7示出了一种电动汽车的起步加速性仿真装置的结构示意图，该起步加速性仿真装置7中各个模块的功能与图1所示的起步加速性仿真方法中的各步骤相对应。具体的，该起步加速性仿真装置7包括：建立模块71、第一获取模块72、第二获取模块73以及第三获取模块74。

其中，建立模块71，用于建立基于人脑耳石结构的仿真三维模型；其中，仿真三维模型中具有仿真耳石器。

第一获取模块72，用于对基于人脑耳石结构的仿真三维模型进行动力学仿真，以获取仿真耳石器的加速度时间曲线。

第二获取模块73，用于获取电动汽车的驱动电机转速曲线和扭矩时间曲线，并根据电动汽车的驱动电机转速曲线、扭矩时间曲线以及仿真耳石器的加速度时间曲线，获取电动汽车的多组起步加速度时间曲线。

第三获取模块74，用于获取电动汽车的参数，并根据电动汽车的参数以及多组起步加速度时间曲线，获取多组起步加速性驱动控制程序，并对多组起步加速性驱动控制程序进行测试，以获取目标起步加速性驱动控制程序。

进一步地，作为本公开一种实施方式，第二获取模块73具体用于获取电动汽车的车型，并根据电动汽车的车型获取电动汽车的驱动电机转速曲线和扭矩时间曲线。

进一步地，作为本公开一种实施方式，第二获取模块73还具体用于在仿真耳石器的加速度时间曲线中截取多段子曲线，并对电动汽车的驱动电机转速曲线、扭矩时间曲线以及截取的多段子曲线进行拟合，以获取电动汽车的多组起步加速度时间曲线。

进一步地，作为本公开一种实施方式，第三获取模块74具体用于获取电动汽车的总重量、车轮直径、速比以及传动效率。

进一步地，作为本公开一种实施方式，第三获取模块74还具体用于在每组起步加速度时间曲线中获取多个坐标点，并根据每组起步加速度时间曲线的多个坐标点以及电动汽车的总重量、车轮直径、速比、传动效率，获取多组驱动电机扭矩-时间的对应数值关系表，并根据多组驱动电机扭矩-时间的对应数值关系表获取多组起步加速性驱动控制程序。

在本实施方式中，起步加速性仿真装置7通过建立基于人脑耳石结构的仿真三维模型，进而获取该仿真三维模型中仿真耳石器的加速度时间曲线，根据该仿真耳石器的加速度时间曲线和电动汽车的驱动电机转速曲线和扭矩时间曲线，获取电动汽车的多组起步加速度时间曲线，进而根据电动汽车的参数和多组起步加速度时间曲线获取多组起步加速行驱动控制程序，并经过测试后获取最优起步加速性驱动控制程序，大大增加了电动汽车起步加速扭矩驱动程序编制的精准度，并缩短了研发周期和试验资源的占用成本，同时满足电动汽车起步加速的乘坐舒适性、环境友好性、低能耗以及动力性能等指标，解决了现有的汽车起步加速性确定方法存在周期长、资源占用大、乘客舒适性和环境友好性低以及功耗高的问题。

进一步地，本公开还提供了一种电动汽车，该电动汽车包括上述的起步加速性仿真装置7。需要说明的是，由于本公开实施例所提供的电动汽车的起步加速性仿真装置7和图7所示的起步加速性仿真装置7相同，因此，本公开实施例所提供的电动汽车中的起步加速性仿真装置7的具体工作原理，可参考前述关于图7的详细描述，此处不再赘述。

在本公开中，通过建立基于人脑耳石结构的仿真三维模型，进而获取该仿真三维模型中仿真耳石器的加速度时间曲线，根据该仿真耳石器的加速度时间曲线和电动汽车的驱动电机转速曲线和扭矩时间曲线，获取电动汽车的多组起步加速度时间曲线，进而根据电动汽车的参数和多组起步加速度时间曲线获取多组起步加速行驱动控制程序，并经过测试后获取最优起步加速性驱动控制程序，使得整车研发周期短、程序编制、试验资源等占用少、成本大大降低，并且精准地兼顾了电动客车起步加速时的乘坐舒适性、环境友好性、能耗、动力性能等指标；此外，电动客车的加速性研发方法，具有向其它种类电动汽车(比如电动乘用车、电动货车等)推广的价值。

以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电动汽车的起步加速性仿真方法，其特征在于，所述起步加速性仿真方法包括：

建立基于人脑耳石结构的仿真三维模型；其中，所述仿真三维模型中具有仿真耳石器，所述仿真耳石器连接刚性杆的一端，所述刚性杆的另一端连接旋转轴，使得所述仿真耳石器通过所述旋转轴旋转固定，所述仿真耳石器、所述刚性杆、所述旋转轴均设置在液体内；

对所述基于人脑耳石结构的仿真三维模型进行动力学仿真，以获取所述仿真耳石器的加速度时间曲线，所述动力学仿真为控制所述仿真耳石器在液面下做摆动运动，对所述摆动运动进行动力学分析，得到所述加速度时间曲线；

获取电动汽车的驱动电机转速曲线和扭矩时间曲线，并在所述仿真耳石器的加速度时间曲线中截取多段子曲线，并对电动汽车的驱动电机转速曲线、扭矩时间曲线以及截取的多段子曲线进行拟合，以获取所述电动汽车的多组起步加速度时间曲线；

获取所述电动汽车的参数，并根据所述电动汽车的参数以及所述多组起步加速度时间曲线，获取多组起步加速性驱动控制程序，并对所述多组起步加速性驱动控制程序进行测试，以获取目标起步加速性驱动控制程序。

2.如权利要求1所述的起步加速性仿真方法，其特征在于，所述获取电动汽车的驱动电机转速曲线和扭矩时间曲线包括：

获取所述电动汽车的车型，并根据所述电动汽车的车型获取所述电动汽车的驱动电机转速曲线和扭矩时间曲线。

3.如权利要求1至2任一项所述的起步加速性仿真方法，其特征在于，所述获取所述电动汽车的参数包括：

获取所述电动汽车的总重量、车轮直径、速比以及传动效率。

4.如权利要求3所述的起步加速性仿真方法，其特征在于，所述根据所述电动汽车的参数以及所述多组起步加速度时间曲线，获取多组起步加速性驱动控制程序包括：

在每组起步加速度时间曲线中获取多个坐标点，并根据每组起步加速度时间曲线的多个坐标点以及所述电动汽车的总重量、车轮直径、速比、传动效率，获取多组驱动电机扭矩-时间的对应数值关系表，并根据多组驱动电机扭矩-时间的对应数值关系表获取多组起步加速性驱动控制程序。

5.一种电动汽车的起步加速性仿真装置，其特征在于，所述起步加速性仿真装置包括：

建立模块，用于建立基于人脑耳石结构的仿真三维模型；其中，所述仿真三维模型中具有仿真耳石器，所述仿真耳石器连接刚性杆的一端，所述刚性杆的另一端连接旋转轴，使得所述仿真耳石器通过所述旋转轴旋转固定，所述仿真耳石器、所述刚性杆、所述旋转轴均设置在液体内；

第一获取模块，用于对所述基于人脑耳石结构的仿真三维模型进行动力学仿真，以获取所述仿真耳石器的加速度时间曲线，所述动力学仿真为控制所述仿真耳石器在液面下做摆动运动，对所述摆动运动进行动力学分析，得到所述加速度时间曲线；

第二获取模块，用于获取电动汽车的驱动电机转速曲线和扭矩时间曲线，并在所述仿真耳石器的加速度时间曲线中截取多段子曲线，并对电动汽车的驱动电机转速曲线、扭矩时间曲线以及截取的多段子曲线进行拟合，以获取所述电动汽车的多组起步加速度时间曲线；

第三获取模块，用于获取所述电动汽车的参数，并根据所述电动汽车的参数以及所述多组起步加速度时间曲线，获取多组起步加速性驱动控制程序，并对所述多组起步加速性驱动控制程序进行测试，以获取目标起步加速性驱动控制程序。

6.如权利要求5所述的起步加速性仿真装置，其特征在于，所述第二获取模块具体用于：

获取所述电动汽车的车型，并根据所述电动汽车的车型获取所述电动汽车的驱动电机转速曲线和扭矩时间曲线。

7.如权利要求5至6任一项所述的起步加速性仿真装置，其特征在于，所述第三获取模块具体用于：

获取所述电动汽车的总重量、车轮直径、速比以及传动效率。

8.一种电动汽车，其特征在于，所述电动汽车包括如权利要求5至7任一项所述的起步加速性仿真装置。

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