整车与动力学仿真模型介绍
What — 模型简介
整车与动力学仿真模型是专为新能源汽车电驱动系统HIL（硬件在环）测试设计的整车级仿真平台，适用于VCU（整车控制器）、TCU（变速器控制器）、HCU（混动控制器）、BCM（车身控制器）等控制器的测试验证。
模型基于Simulink基础模块搭建，采用100%白盒开源架构，无License绑定，方便用户根据具体项目进行二次开发与定制。模型覆盖纵向动力学、变速箱、驾驶员、环境、电池高压、电机、OBC/DCDC、充电桩及虚拟控制器等完整子系统，可构建从整车动力链到外部环境的闭环仿真测试场景。
Model — 模型结构
模型采用模块化封装设计，各子系统独立可配，可根据测试需求灵活组合。模型主要包含以下子系统：
1. 纵向动力学模型
基于Simulink搭建的整车纵向动力学模型，用于模拟车辆在纵向（加速、制动、爬坡）方向的运动响应。模型计算轮胎-路面附着力、空气阻力、滚动阻力及坡度阻力，输出车速、加速度等关键动力学参数，为VCU/TCU控制策略验证提供准确的被控对象。
图1：纵向动力学模型
2. 变速箱模型
变速器模型接收来自TCU或HIL IO系统的电机行程信号，据此计算拨叉位移。齿轮箱根据拨叉位移判断挡位结合状态，并据此计算输入轴转速和输出轴转矩，精确模拟真实变速器的机械传动特性。
图2：变速箱模型
3. 驾驶员模型
提供手动/自动两种驾驶员模型，支持驾驶循环注入功能。自动驾驶员模型可模拟标准驾驶循环（如WLTC、NEDC、US06等），为控制器提供逼真的驾驶员操作输入。
图3：驾驶员模型
4. 环境模型
环境模块提供大气压、气温、道路坡度、风速等环境参数的设置与注入，模拟不同地理与气象条件对整车动力学的影响，增强HIL测试的场景覆盖度。
图4：环境模型
5. 电池包及高压模型
提供高压电池模型，模拟电池包对外输出的电压、电流特性。在VCU/TCU/HCU的HIL测试中，无需关注电池单体级别的精细特性，采用系统级电池模型即可满足控制策略验证需求。
图3：电池包及高压模型
6. 电机模型
提供线性电机模型和外特性电机模型两种选项。在VCU/TCU/HCU的HIL测试中，无需关注电机的微观/动态特性，可根据测试精度需求选择合适的电机模型。
图4：外特性电机模型
7. OBC/DCDC模型
包含OBC（车载充电机）模型和DCDC（直流变换器）模型。DCDC模型映射车外充电桩信号至车内OBC信号并发送至OBC控制器。在VCU/TCU/HCU的HIL测试中，无需关注OBC/DCDC的动态特性，采用简化模型即可。
图5：OBC/DCDC模型
8. 交直流充电桩模型
提供直流充电桩和交流充电桩模型，模拟真实充电桩与整车之间的充电通信与功率交互过程，支持充电全流程的HIL测试验证。
图6：交直流充电桩模型
9. 虚拟控制器模型
虚拟控制器模型模拟所有与待测控制器有交互的其他控制器。通过构建简单控制逻辑，以总线报文形式实现与待测控制器的交互。可根据待测控制器的功能规范灵活开发虚拟控制器模型，构建完整的整车网络仿真环境。
图6：虚拟控制器模型
How — 建模原理
1. 整车纵向动力学建模
基于牛顿第二定律建立整车纵向运动方程：
m·dv/dt = F_traction - F_aero - F_rolling - F_grade
其中，F_traction为驱动力（由电机/发动机经传动系统传递至驱动轮），F_aero为空气阻力（与车速平方成正比），F_rolling为滚动阻力（与整车重量和路面摩擦系数相关），F_grade为坡度阻力（与道路坡度的正弦值相关）。模型通过实时求解该方程，输出车速、加速度等动力学响应。
2. 变速箱传动建模
变速箱模型根据拨叉位移信号判断当前挡位结合状态，建立输入轴与输出轴之间的传动比关系。模型计算各挡位下的输入轴转速和输出轴转矩，并考虑换挡过程中的动力中断与转矩过渡特性。
3. 驾驶员模型原理
手动驾驶员模型通过外部输入（如HIL系统的操纵杆或按键）模拟驾驶员的油门、制动和转向操作。自动驾驶员模型内置标准驾驶循环（如WLTC、NEDC等），按预设的速度-时间曲线自动输出油门/制动指令，为控制器提供标准化的测试输入。
4. 电池高压系统建模
电池包模型采用系统级等效电路模型，以开路电压（OCV）与内阻（R0）串联的基本结构模拟高压电池的输出特性。模型根据放电/充电电流实时计算端电压变化，并考虑SOC对输出电压的影响，为VCU/TCU等控制器提供逼真的电池供电环境。
5. 电机模型原理
线性电机模型基于电机转速-转矩的线性化外特性曲线，根据当前工作点计算电机输出转矩，计算效率高，适用于VCU/TCU的实车控制策略验证。外特性电机模型则提供更完整的电机转速-转矩-效率三维特性 map，适用于需要更高精度的测试场景。
6. 充电系统建模
OBC/DCDC模型与充电桩模型协同工作，模拟充电过程中整车与充电桩之间的通信握手、参数配置、充电控制及充电结束等全流程交互。模型映射车外充电桩信号至车内OBC信号，实现充电链路的完整仿真。
7. 虚拟控制器与总线交互
虚拟控制器模型根据待测控制器的功能规范开发，通过CAN/CAN-FD总线报文与待测控制器进行实时交互。每个虚拟控制器内部包含简化的控制逻辑，能够根据接收到的总线报文生成合理的响应信号，构建完整的整车网络闭环测试环境。
Why — 核心优势
· 高效数学建模：基于Simulink基础模块搭建，100%白盒交付，无license和加密狗加密，方便用户二次修改。
· 实时仿真：模型计算周期≥1ms，满足实时仿真要求，同时保证计算精度与运行效率的平衡。
· 多动力架构：拥有丰富的纯电、混动、燃油车辆模型开发经验，可提供各种动力架构的车辆模型，覆盖广泛的应用场景。
· 完整子系统覆盖：提供纵向动力学、变速箱、驾驶员、环境、电池高压、电机、OBC/DCDC、充电桩、虚拟控制器等完整子系统，支持灵活组合。
· 驾驶员模型灵活：支持手动/自动驾驶员模型及标准驾驶循环注入，可模拟多种典型工况。
· 电机模型可选：提供线性电机模型和外特性电机模型两种选项，可根据测试精度需求灵活选择。
· 充电系统完整：提供交直流充电桩模型，支持充电全流程仿真验证。
· 虚拟控制器可扩展：虚拟控制器模型可根据待测控制器的功能规范灵活开发，构建完整的整车网络闭环测试环境。
VCU HIL闭环仿真验证
模型已在实际项目中得到广泛验证，支持VCU/TCU/HCU等控制器及与MCU、BMS控制器集成的HIL闭环仿真场景。在"真实控制器 + 整车动力学模型"的测试系统中，模型能够精准模拟整车在各种标准驾驶循环工况下的动态响应，配合虚拟控制器和充电桩模型，可构建从动力链到充电系统的完整闭环测试环境，确保控制器在各类极限工况下的控制策略正确性与系统安全性。
图7：VCU HIL闭环模型示例
