动力系架构设计工具制造技术

提供了一种被配置成设计动力系的计算机实施的设计工具。设计工具使用输入文件和通用动力系部件库，输入文件包括要设计的动力系的架构选择约束和负载要求。通用动力系部件库包括动力系部件的可配置模型。设计工具基于输入文件和通用动力系部件库生成候选动力系架构。设计工具还为每个候选动力系架构中的部件中的每一个生成候选参数。设计工具被配置成针对每个候选动力系架构计算优化的部件参数。然后，设计工具基于所评价的候选动力系架构输出优化的动力系架构。优化的动力系架构。优化的动力系架构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】动力系架构设计工具


[0001]本公开涉及一种动力系。具体地，本公开涉及一种用于动力系的设计的设计工具，该动力系为诸如包括内燃机、氢燃料电池单元或电池中的至少一者的动力系。

技术介绍

[0002]动力系是一种系统，其包括生成功率的一个或多个部件(功率源)和被布置成以所需形式递送该功率的一个或多个部件(功率吸收器)。例如，对于机动车辆，动力系可以包括内燃机、齿轮箱(也称为变速器)、驱动轴、差速器，以及与驱动表面接触的一组车轮。
[0003]作为实例，图1A示出了用于机动车辆的动力系的示意性实例。在该实例中，动力系包括单个功率源—内燃机。内燃机连接到离合器和齿轮箱，齿轮箱又连接到驱动输出(例如车轮)。在其他动力系中，可以不存在诸如离合器和齿轮箱等部件。例如，在图1B中示出了包括内燃机和驱动输出的动力系(即直接驱动动力系)的示意图。
[0004]在其他动力系中，可以存在多于一个的功率源。例如，在混合动力系中，可以存在多个功率源，诸如内燃机和电动机/发电机。例如，图1C和图1D是包括内燃机和电动发电机的混合动力系的实例。在图1C和图1D的实例中，还提供了齿轮箱和离合器。从图1C和图1D可以理解，离合器、齿轮箱和电动发电机的布置可以根据动力系架构而改变。
[0005]从图1A至图1D可以理解，动力系的架构可以从相对简单的设计变化到具有多个功率源和连接部件的更复杂的架构。最终，图1A至图1D所示的所有设计将功率输出到驱动器，诸如车辆的车轮。针对给定的设计问题决定最适当的动力系架构是有挑战性的。对于图1A至图1D所示的动力系架构中的每一个，除了动力系架构的变化之外，还可以选择许多设计参数。
[0006]对于包括多个动力系的动力系，诸如混合动力系，多个功率源的存在增加了设计问题的复杂性。当动力系在不同能量域中工作时，复杂性进一步增加。此外，随着动力系，特别是混合动力系的设计变得更加复杂，动力系部件的可能布置的数量显著增加。例如，对于包括内燃机和电动机的混合动力系，并联或串联的功率源的多种配置是可能的。
[0007]评估特定动力系设计满足设计问题的适用性取决于动力系设计，并且还取决于用于控制动力系的控制器设计。比较不同设计的适用性可能是困难的，因为用于比较设计的度量可能影响结论。通常，关于动力系和控制器的特性的许多假设是作为设计过程的一部分而做出的。照此，遵循并非固有地偏向一种特定形式的动力系设计的设计过程可能是有挑战性的。

技术实现思路

[0008]根据本公开的第一方面，提供了一种用于使用在计算机上实施的设计工具来设计动力系的方法。该方法包括向设计工具提供输入文件，该输入文件包括要设计的动力系的架构选择约束和负载要求。
[0009]第一方面的方法还包括提供通用动力系部件库。该通用动力系部件库包括多个可
配置第一、第二、第三和第四部件模型。基于第一部件参数可从可配置第一部件模型中配置N个功率源模型。每个可配置第一部件模型被配置成接收多个第一部件特定输入中的至少一个并且基于多个第一部件特定输入中的至少一个来计算势输出或流输出。基于第二部件参数可从多个可配置第二部件模型中配置M个功率吸收器模型。每个可配置第二部件模型被配置成接收多个第二部件特定输入中的至少一个并且基于多个第二部件特定输入中的至少一个来计算势输出或流输出。基于第三部件参数可从多个可配置第三部件模型中配置至少一个惯性联轴器模型。每个可配置第三部件模型被配置成接收多个势输入并且基于这些势输入来计算流输出。基于第四部件参数可从多个可配置第四部件模型中配置至少一个基于柔顺性的联轴器模型。每个第四部件模型被配置成接收多个流输入并且计算势输出。可以从多个可配置第三和第四部件模型中配置X个联轴器模型。
[0010]根据第一方面的方法，设计工具基于通用动力系部件库以及输入文件的负载要求和架构选择约束生成多个候选动力系架构。每个候选动力系架构包括具有第一部件特定输入的N个功率源模型、具有第二部件特定输入的M个功率吸收器模型，以及X个联轴器模型。
[0011]根据第一方面的方法，对于每个候选动力系架构：
[0012]i)设计工具生成N个功率源模型、M个功率吸收器模型和X个联轴器模型的连接模型，该连接模型代表包括流权重参数和势权重参数的候选动力系架构。流权重参数定义了从N个功率源模型的流输出、M个功率吸收器模型的流输出和X个联轴器的惯性联轴器模型的流输出到模型架构的X个联轴器的基于柔顺性的联轴器模型的流输入的任何流连接。势权重参数定义了从N个功率源模型的势输出、M个功率吸收器模型的势输出和X个联轴器的基于柔顺性的联轴器模型的势输出到模型架构的X个联轴器模型的惯性联轴器模型的势输入的任何势连接。
[0013]ii)设计工具通过提供候选动力系架构的N个功率源模型、M个功率吸收器模型和X个联轴器模型的候选第一、第二、第三和第四部件参数生成候选动力系架构的模型。
[0014]iii)设计工具基于输入文件的负载要求评价候选动力系架构的模型，并生成与候选动力系架构和候选第一、第二、第三和第四部件参数相关联的成本。
[0015]iv)设计工具通过基于与候选动力系架构和候选第一、第二、第三和第四部件参数相关联的成本优化候选第一、第二、第三和第四部件参数来计算候选动力系架构的优化的第一、第二、第三和第四部件参数。设计工具基于每个候选动力系架构的优化的第一、第二、第三和第四部件参数输出具有优化的第一、第二、第三和第四部件参数的优化的动力系架构。
[0016]根据第一方面的方法，设计工具生成具有优化的部件参数的优化的动力系架构。优化的动力系架构基于输入文件中指定的负载要求和结点动力系架构约束而被优化。
[0017]设计工具被配置成考虑大范围的不同可能设计解决方案，以便实现优化的动力系架构。照此，设计工具可以考虑比“手工”工作的用户所能考虑的显著更多的候选解决方案。此外，设计工具被配置成不带任何先入为主的偏见地考虑解决方案。照此，设计工具能够识别和评价由于过去的经验和传统的动力系设计惯例而不能被“手工”工作的用户考虑的候选解决方案。
[0018]设计工具被配置成基于通用动力系部件库内的部件模型来设计和评价大范围的可能动力系架构。照此，设计工具可以生成包括M个功率源、N个功率吸收器和X个联轴器的
动力系的动力系架构和动力系模型，其中M、N和X都是整数。因此，设计工具可以用于为不同应用设计大范围的动力系。例如，设计工具可以用于设计和优化图1A至图1D所示的动力系中的任一个。
[0019]在一些实施例中，输入文件的负载要求包括动力系的参考负载。
[0020]在一些实施例中，输入文件的架构选择约束包括以下各项中的一者或多者：功率源的最小数量约束、功率源的最大数量约束、功率吸收器的最小数量约束、功率吸收器的最大数量约束、联轴器的最小数量约束，以及联轴器的最大数量约束。
[0021]在一些实施例中，每个可配置第三部件模型包括第一势总和结点，该第一势总和结点可配置成基于以下各项中的至少一者来本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于使用在计算机上实施的设计工具来设计动力系的方法，所述方法包括：向所述设计工具提供输入文件，所述输入文件包括要设计的所述动力系的架构选择约束和负载要求；提供通用动力系部件库，所述通用动力系部件库包括多个可配置第一部件模型，基于第一部件参数能够从所述多个可配置第一部件模型中配置N个功率源模型，其中每个第一部件模型被配置成接收多个第一部件特定输入中的至少一个并且基于所述多个第一部件特定输入中的所述至少一个来计算势输出或流输出；多个可配置第二部件模型，基于第二部件参数能够从所述多个可配置第二部件模型中配置M个功率吸收器模型，其中每个第二部件模型被配置成接收多个第二部件特定输入中的至少一个并且基于所述多个第二部件特定输入中的至少一个来计算势输出或流输出；以及多个可配置第三部件模型，基于第三部件参数能够从所述多个可配置第三部件模型中配置至少一个惯性联轴器模型，其中每个第三部件模型被配置成接收多个势输入并且基于所述势输入来计算流输出，以及多个可配置第四部件模型，基于第四部件参数能够从所述多个可配置第四部件模型中配置基于柔顺性的联轴器模型，其中每个第四部件模型被配置成接收多个流输入并且计算势输出；其中能够从所述第三部件模型和第四部件模型中配置X个联轴器模型，其中所述设计工具基于所述通用动力系部件库以及所述输入文件的所述负载要求和架构选择约束生成多个候选动力系架构，每个候选动力系架构包括具有第一部件特定输入的N个功率源模型、具有第二部件特定输入的M个功率吸收器模型，以及X个联轴器模型；其中对于每个候选动力系架构：i)所述设计工具生成所述N个功率源模型、M个功率吸收器模型和X个联轴器模型的连接模型，所述连接模型代表包括流权重参数和势权重参数的所述候选动力系架构，其中所述流权重参数定义了从所述N个功率源模型的流输出、所述M个功率吸收器模型的流输出和所述X个联轴器的所述惯性联轴器模型的流输出到模型架构的所述X个联轴器的所述基于柔顺性的联轴器模型的流输入的任何流连接；并且所述势权重参数定义了从所述N个功率源模型的势输出、所述M个功率吸收器模型的势输出和所述X个联轴器的所述基于柔顺性的联轴器模型的势输出到所述模型架构的所述X个联轴器模型的所述惯性联轴器模型的势输入的任何势连接；ii)所述设计工具选择所述候选动力系架构的所述N个功率源模型、M个功率吸收器模型和X个联轴器模型的候选第一部件参数、第二部件参数、第三部件参数和第四部件参数，并且基于所述候选第一部件参数、第二部件参数、第三部件参数和第四部件参数、所述N个功率源模型、M个功率吸收器模型和X个联轴器模型以及连接模块生成所述候选动力系架构的模型；iii)所述设计工具基于所述输入文件的所述负载要求评价所述候选动力系架构的所述模型，并生成与所述候选动力系架构和所述候选第一部件参数、第二部件参数、第三部件
参数和第四部件参数相关联的成本；并且iv)所述设计工具通过基于与所述候选动力系架构和所述候选第一部件参数、第二部件参数、第三部件参数和第四部件参数相关联的所述成本优化所述候选第一部件参数、第二部件参数、第三部件参数和第四部件参数来计算所述候选动力系架构的优化的第一部件参数、第二部件参数、第三部件参数和第四部件参数；并且其中所述设计工具基于每个候选动力系架构的所述优化的第一部件参数、第二部件参数、第三部件参数和第四部件参数输出具有优化的第一部件参数、第二部件参数、第三部件参数和第四部件参数的优化的动力系架构。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述输入文件的所述负载要求包括所述动力系的参考负载。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述输入文件的所述架构选择约束包括以下各项中的一者或多者：功率源的最小数量约束、功率源的最大数量约束、功率吸收器的最小数量约束、功率吸收器的最大数量约束、联轴器的最小数量约束，以及联轴器的最大数量约束。4.根据权利要求3所述的方法，其中每个可配置第三部件模型包括第一势总和结点，所述第一势总和结点能够配置成基于以下各项中的至少一者来计算所述第三部件模型的净势输入：来自一个或多个功率源模型的所述势输出、来自一个或多个功率吸收器模型的所述势输出，以及来自一个或多个基于柔顺性的联轴器模型的所述势输出，其中基于所述净势输入来计算所述流输出。5.根据权利要求4所述的方法，其中每个可配置第三部件模型包括势缩放模块，所述势缩放模块能够配置成基于第一缩放参数缩放以下各项中的至少一者：来自一个或多个功率源模型的所述势输出、来自一个或多个功率吸收器模型的所述势输出，以及来自一个或多个基于柔顺性的联轴器模型的所述势输出，并且通过第一互补缩放参数缩放由所述可配置第三部件模型计算的所述流输出，其中所述第一缩放参数由所述设计工具在生成每个候选动力系架构的所述模型时提供；并且所述设计工具基于与所述候选动力系架构和所述候选第一部件参数、第二部件参数、第三部件参数和第四部件参数相关联的所述成本来计算优化的第一缩放参数。6.根据权利要求4所述的方法，其中由所述第一势总和结点计算的所述净势输入基于相同能量域中的势。7.根据权利要求1所述的方法，其中每个可配置第四部件模型包括第一流总和结点，所述第一流总和结点被配置成基于以下各项中的至少一者来计算所述第四部件模型的净流输入：来自一个或多个功率源模型的所述流输出、来自一个或多个功率吸收器模型的所述流输出，以及来自一个或多个惯性联轴器模型的所述流输出。8.根据权利要求7所述的方法，其中每个可配置第四部件模型包括流缩放模块，所述流缩放模块能够配置成基于第二缩放参数缩放以下各项中的至少一者：来自一个或多个功率源模型的所述流输出、来自一个或
多个功率吸收器模型的所述流输出，以及来自一个或多个基于势的联轴器模型的所述流输出，并且通过第二互补缩放参数缩放由所述可配置第四部件模型计算的所述势输出，其中所述第二缩放参数由所述设计工具在生成每个候选动力系架构的所述模型时提供；并且所述设计工具基于与所述候选动力系架构和所述候选第一部件参数、第二部件参数、第三部件参数和第四部件参数相关联的所述成本来计算优化的第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：发明
国别省市：