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翻译一：
在ETAS RT环境中使用AVL-CRUISE和CarMaker的协同仿真分析车辆动力学
摘要：模拟是预先了解车辆动力学行为，实现/评估所需功能或调整参数以满足所需行业标准的唯一方法。由于缺乏信息，随着自由度呈指数增长，仿真的复杂度呈指数增长。即使提供了信息，将仿真工具与实时功能进行适当的组合也始终是一个挑战。使用硬件在环（HiL）技术进行的实时仿真带来了复杂动态系统的闭环仿真以及实时功能能力。本文讨论了在ETAS Labcar实时环境中运行CarMaker和AVL-CRUISE，以分析这种复杂的车辆系统。该建议使“实验室到实验室”概念的实现更加接近现实。提议的HiL测试不仅减少了开发时间和成本，而且还消除了道路上潜在的破坏性条件，从而消除了危及生命的可能性。
关键字：AVL-CRUISE，CarMaker，ETAS，LABCAR，HiL，实时
一、引言
近年来，汽车子系统开发的技术复杂性增加了许多倍，与此同时，测试设备的要求也增加了许多倍。由于各种法律和安全要求，各个组件和子系统制造商必须保证从概念到生产的设计要尽快到达OEM。在OEM级别，系统级别的复杂性甚至更具威胁性。当这些子系统集成在一起时，子系统级别的功能就可以得到保证，但是当涉及到系统级别时，它与所有其他子系统的交互以及作为一个完整系统的功能始终是一个挑战。与安全相关的子系统（如防抱死制动系统（ABS）和电子稳定程序（ESP））与系统的扭矩结构如何进行交互，这变得至关重要。设计如此复杂的动态系统所需的工作并非易事，而借助运行在台式机/笔记本电脑上的帮助模拟软件，可以设计和分析其行为。仿真是预先了解车辆动力学行为，实现/评估所需功能或调整参数以满足所需规范的唯一方法[1]。由于缺乏信息，随着自由度的数量呈指数增长，仿真的复杂度呈指数增长。即使信息可用，将仿真工具与实时功能正确组合始终是一个挑战。作为应对这一挑战的第一步，AVL公司开发了CRUISE仿真软件，以解决车辆的纵向动力学仿真[3]。 IPG开发了解决横向动力学仿真的软件系列，但实时仿真仍然充满挑战[6]。使用HiL技术的实时仿真带来了复杂动态系统的闭环仿真以及实时功能[2，7]。本文讨论了在ETAS Labcar实时环境中运行CarMaker和AVL-CRUISE，以分析这种复杂的车辆动态系统。
本文的组织如下：
第二部分介绍了实时仿真工具在工作台水平上分析这种复杂的车辆动态系统的背景。
第三部分通过实时环境中的示例讨论了有关协同仿真方法的更多信息。
第四部分着重于结果。
第五部分着重于结论。
二、背景
车辆动力总成由发动机和动力传动系统组成。动力传动系统的主要部件是变速器，传动轴，离合器，主减速器和车轮。传动系是车辆的基本组成部分之一，其动力可以根据目的以不同的方式建模。具有前置发动机或后置发动机的常规车辆具有其自身的复杂性。当这种配置移至四轮驱动时，动力总成的复杂性进一步增加。当变速器为手动或自动类型时，纵向复杂度进一步增加。毋庸置疑，随着技术朝着车辆混合动力发展，复杂度也随之提高，而混合动力又有更多可能的配置。
在本文中，研究了各种类型的车辆在纵向和横向动力学中对各种现实生活场景的响应。在纵向动力学中，所分析的系统涉及动力总成控制单元，例如发动机控制单元和变速器控制单元。类似地，在系统的横向动力学方面也分析了诸如电子稳定程序（ESP）之类的ECU。
发动机借助发动机控制单元产生驱动车辆车轮所需的扭矩。设计一种控制策略以使所需的扭矩需求与IC发动机传递的扭矩相匹配始终是一项艰巨的任务。甚至在匹配扭矩传递曲线方面存在很小的差异，也会在驱动性能方面表现非常差的性能。当这样的情况出现时，除了性能和驾驶性能外，最重要的因素–安全性也变得更加重要。在这种情况下，就需要测试和校准控制算法中实现的参数，以确保通过发动机控制向车轮传递扭矩的速率。这一部分的实现可以用AVL-Cruise很好地进行仿真，并且可以使用完善的用于纵向动力学的动力总成仿真工具进行测试。但是，当动力总成连接到车辆时，横向动力学就会进入画面。与动力总成相关的控制ECU均未控制相对于转向角传递到车轮的扭矩。为了增加车辆的横向动力学进行仿真研究，IPG-CarMaker出现了。有些测试用例无法在车辆中完成，只能通过模拟来完成，就像用IC发动机测试带有E电机等无可比拟的扭矩曲线的车辆一样。此外，为了接近现实，需要实时环境来进行仿真。选择ETAS实时环境进行仿真，以使其更接近现实。这也确保了通向PC概念的实验室之路，是一种可行的方法。
三、协同仿真
在实时环境中模拟电子控制单元并同时分析动力总成和底盘之间的相互作用至关重要。传统的横向和纵向动力学仿真方法是在非实时MATLAB环境中独立完成的。ETAS HiL[7]系统带来了在真实环境中进行仿真的可能性。选择了仿真工具，他们不仅可以及时合作同步模式，也能够在它们之间共享信息。
所确定工具能够满足期望，而不会损害它们的基本功能。在联合仿真期间AVL-CRUISE模型保持不变，并且还提供了能流图形。CarMaker保留了所有功能以及相关的车辆横向动力学动画，同时与AVL-CRUISE和ETAS RTPC[7]实时交换信息。在上述工具组合中测试控制软件的可能性很大。可以在ETAS LABCAR[7]环境或CarMaker环境中实现驱动程序控制。道路轮廓或速度轮廓和驾驶员轮廓可以在CarMaker中实现。测试用例可以在任何一种环境中实现。
工具的组合提供了另一个优势，即在将它们集成在一起进行协同仿真之前，可以测试在每种环境中单独开发的模型。CoSimulation概念如下所示。 协同仿真的概念可以在模型级别以及HiL级别的开发过程中使用，而ECU可以作为完整的硬件使用。这可以通过MiL和HiL在控制策略实施的各个开发阶段进行测试。用于初始测试基本功能，以及AVL-CRUISE与CarMaker一起在ETAS RT环境中运行。
图1协同仿真
考虑的各种模型是带有手动和自动变速器的四轮驱动以及电动汽车模型。 下面提供了相同的屏幕截图。
图2自动前轮驱动
图3手动前轮驱动
图4电动汽车模型
道路轮廓是在CarMaker环境中定义的。 给出的轮廓使道路具有接近90度的非常急转弯和40米的转弯半径。 目的是研究在车辆转弯时没有ESP或ABS功能的横向动力响应。 油门踏板控制被带到ETAS Labcar环境中，而所有的AVL-CRUISE和CarMaker参数都通过CarMaker IPG Control窗口进行监控，如下所示。
图5道路轮廓
图6 IPG控制窗口
图7实时仿真
以下是可以使用模拟研究的可能方案：
车辆反应:
1.在急转弯半径处的恒定速度和各种速度模式
2.驾驶员对转向角的响应
3.相对于车道的低速和高速车辆响应
在常规车辆中，车辆对加速器踏板需求的变化的响应源自诸如IC发动机的发电源。 当涉及混合动力系统时，传统和电动机共同承担负载分配。 如果控制功能未能正确解决扭矩分配功能和同步问题，则最终可能会出现安全关键条件。 此外，当在道路的急转弯中出现这种需求时，这一点变得更加关键。
四、结果
仿真研究清楚地表明了在各种情况下分析车辆车道偏离的可能性。 同样，有可能研究各种动力总成配置及其对这种情况的响应。
图8模拟车
图9车道偏差
由于车辆的响应取决于动力源，因此对于不同车辆的转向响应也发生变化。 可以预见，对常规车辆转向的响应将小于混合动力或纯电动车辆。 从下面提到的仿真图像中可以明显看出，所需的响应是在传统车辆中实现急转弯远远超过其他车辆。
在急转弯以不同速度驾驶同一车辆时，即使对于相同的驾驶员特性，车辆的道路偏离也会有所不同。 当所驱动的车辆是混合动力或纯电动车辆时，这尤其重要。 下面的模拟结果显示了在下限（大约-30KMPH）和上限（大约–90KMPH）的各种速度下的这种偏差。
图10传统车辆在低速和高速下的响应
图11电动汽车在低速和高速下的响应
此外，可以注意到，混合动力汽车在给定时间内无法达到设定点，描绘了在IC发动机和E电动机之间共享的转矩斜坡结构中识别和调整控制算法的可能性。
五、结论
上面的研究提出了各种可能的用例和将来可能的扩展：
1.常规IC发动机与电动马达之间扭矩共享结构的调整
2.电动机械减速时的负载研究，以进行再生和恢复，以提高驾驶性能
3.实时改善车辆的驾驶性能
4.可视化对车辆安全功能（如ESP，ABS）的需求。
研究表明，由于各种配置的可能性，车辆在纵向和横向动力学方面都有可能以不同的方式表现。必须通过安全机制（如ABS和ESP）解决此问题。通过适当调整控制单元中的控制算法，可以很好地处理这些情况。
这种方法的优势在于，实际的工厂模型不会受到干扰，可以在需要时进行修改或升级。这种方法可以保留并具有在联合仿真中运行的所有软件的功能。
而且，与单独使用上述工具进行车辆动力学分析相比，Road-to-Lab概念的实现变得更加现实。提议的HiL测试不仅减少了开发时间和成本，而且还消除了道路上潜在的破坏性条件，从而消除了危及生命的可能性。测试的结果对于优化动力总成的参数很有用，并且强调了此仿真的必要性，以找出常规和混合动力汽车的问题，性能和驾驶性能。
参考文献
[1]Glielmo, L., “Integrated simulations of vehicle dynamics and control tasks execution by Modelica”, vol. 1, July,2003
[2]R.W.Huang and Chihsiuh Chen, 'A Low-Cost Driving Simulator for Full Vehicle Dynamics Simulation,' vol. 52, No.1, January, 2003 G.
[3]AVL CRUISE v.2009, Technical Documentation
[4]AVL CRUISE - avl.com
[5]http://www.ipg.de/index.php?id=carmaker
[6]CarMaker 4.0.3, Technical Documentation
[7]www.etas.com
翻译二：
基于AVL-Cruise的发动机与车辆变速器匹配研究
摘要：通过对新车设计目标的分析，确定了该新车的基本结构类型。 在给定动力单元的前提下，初步选择了传动系统和发动机的各种匹配方案。 利用AVL-Cruise软件对车辆模型进行了构造，并对动力装置和传动系统的不同组合进行了性能仿真和理论分析，最终选择了满足要求性能的动力总成最佳匹配方式。 实践证明，通过使用AVL-Cruise软件仿真平台，可以缩短新车的开发周期，降低研发成本。
关键词：优化匹配 ；功率；传动系；CRUISE模拟
一、引言
迄今为止，汽车工业的发展，对汽车性能的各个方面的要求和期望越来越严格，如何提高汽车性能已成为重要的课题[1]。车辆的整体性能不仅取决于每个组件和组件的质量，还取决于不同组件之间相互匹配的参数。通常，对车辆的动力性，经济性和排放的评估，在很大程度上取决于发动机和动力系统之间的匹配是否合理，如果所有匹配方案都必须考虑，则发动机和动力传动系统之间的匹配方案可以具有多种。再经过实际测试，将增加新产品的开发成本，延长设计周期，因此，有必要在新产品的设计阶段做电源匹配和性能分析的工作，即没有实验性的原型案例[2]。鉴于这种情况，一些汽车公司试图在设计的早期阶段就使用汽车模拟技术来预测汽车的性能，并研究动力装置与传动系的最佳匹配，并取得了良好的效果[3]。这种方法有助于研发部门快速确定设计方案，不仅可以提高新产品的性能，而且可以缩短开发周期，节省开发成本，因此越来越受到生产企业的重视。
目前，在对典型汽车行驶周期进行测试的前提下，主要的汽车公司或研究机构已经开发了自己的汽车仿真程序，这些仿真程序用于仿真汽车的动力和经济性能，并找到相应的模型以及符合设计要求的匹配参数。例如奥地利AVL公司，它为汽车动力总成设计或制造公司提供建议和技术支持，由AVL公司开发的CRUISE软件可以对汽车的动力，燃油经济性，排放和制动性能进行一些仿真研究[4]。并且该仿真平台通过其方便的通用模型元素，直观的
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