隨著混合動力、純電動和氫燃料電池等汽車技術(shù)的發(fā)展，汽車的能源正變得多元化，整車能量管理越來越重要。本書以整車能量管理仿真分析為出發(fā)點，結(jié)合作者的軟件使用經(jīng)驗和工程經(jīng)驗，詳述了整車以及各主要系統(tǒng)的建模和仿真分析過程。本書詳細介紹了傳統(tǒng)燃油車和新能源汽車的整車能量管理的基本概念、GT-SUITE軟件的基礎知識、車輛動力學及傳熱學基礎理論、整車動力傳動系統(tǒng)的建模和仿真、動力總成熱管理系統(tǒng)和整車空調(diào)系統(tǒng)的建模，后還介紹了整車能量管理系統(tǒng)的聯(lián)合仿真，以及系統(tǒng)優(yōu)化和DOE。
本書適用于傳統(tǒng)燃油車和新能源汽車的整車動力經(jīng)濟性、整車熱管理、汽車空調(diào)和冷卻系統(tǒng)等技術(shù)領域的產(chǎn)品開發(fā)、仿真、控制標定和試驗等有關(guān)人員學習參考，也可作為汽車相關(guān)專業(yè)師生的參考書。
1.本書面向零基礎讀者，詳細介紹了使用GT-SUITE進行整車能量管理仿真的基礎概念和操作。
2.本書涉及傳統(tǒng)車和新能源汽車的整車能量管理的多個領域，包含整車動力性經(jīng)濟性、整車熱管理以及動力總成熱管理、空調(diào)系統(tǒng)、發(fā)動機/ 電機/電池包的部件級熱管理等。
3.全彩印刷，實例配套模型文件、直播視頻等資源，助力讀者快速進階。
GT-SUITE是由美國Gamma Technologies公司于1994年開發(fā)的多物理場仿真分析系列套裝軟件，剛開始主要集中于整車和動力總成的仿真。GT-POWER是套裝軟件中使用較為廣泛的一個發(fā)動機仿真模塊，全球知名的整車廠和發(fā)動機生產(chǎn)商大都使用GT-POWER進行發(fā)動機性能仿真并指導發(fā)動機設計。隨著技術(shù)的進步和積累，GT-SUITE應用場景和領域也日益豐富，可進行車輛行駛系統(tǒng)分析、發(fā)動機仿真分析、電驅(qū)動傳動系統(tǒng)分析、整車熱管理系統(tǒng)分析、空調(diào)系統(tǒng)分析、鋰離子電池/燃料電池電化學性能分析、多體動力學分析等。除汽車行業(yè)外，GT-SUITE在航空航天、家電等行業(yè)也取得了良好的應用效果。在競爭激烈的工業(yè)應用領域，使用GT-SUITE系列軟件可以明顯地縮短設計開發(fā)周期、降低研發(fā)成本。經(jīng)過近30年的發(fā)展，GT-SUITE已經(jīng)發(fā)展成為一款非常全面的軟件，被全球眾多主機廠廣泛應用。
電動化和智能化使得汽車控制更加復雜，發(fā)動機熱管理、三電（電池、電機和電控）熱管理、空調(diào)系統(tǒng)以及整車能量管理策略對于純電動汽車和混合動力汽車的車輛性能(動力經(jīng)濟性、整車熱管理性能、電池使用壽命等)均有顯著的影響。如何快速建立仿真模型，并且評價不同控制策略對車輛性能的影響，成為汽車行業(yè)面臨的大難題。
GT-SUITE是多物理場的仿真工具，可以完成對機、電、液、熱等系統(tǒng)的建模和計算。基于GT-SUITE仿真平臺，用戶可以搭建整車模型、發(fā)動機模型、電池電機系統(tǒng)模型、空調(diào)系統(tǒng)模型等，還可以耦合控制系統(tǒng)模型，研究不同控制策略對車輛性能的影響。GT-SUITE還提供了優(yōu)化和DOE工具，方便用戶進行設計選型和優(yōu)化匹配，因此它是非常適合整車能量管理分析的仿真軟件。
GT-SUITE軟件本身帶有詳細的操作說明和實例，可供用戶學習，但針對整車能量管理的理論基礎、建模方法和結(jié)果評價等內(nèi)容比較零散，不夠系統(tǒng)全面。因此，本書結(jié)合作者的軟件使用經(jīng)驗和工程經(jīng)驗，詳述了整車以及各主要系統(tǒng)的建模過程和仿真方法。其中，第1章介紹了整車能量管理的基本概念；第2章介紹了GT-SUITE軟件的基礎知識；第3章介紹了車輛動力學及傳熱學基礎理論；第4章介紹了整車動力傳動系統(tǒng)的建模和仿真；第5章介紹了動力總成熱管理系統(tǒng)的建模；第6章介紹了整車空調(diào)系統(tǒng)的建模；第7章介紹了整車能量管理系統(tǒng)的聯(lián)合仿真；第8章介紹了優(yōu)化與DOE。
本書由東風汽車集團有限公司技術(shù)中心王偉民擔任主編，上海汽車集團有限公司乘用車技術(shù)中心徐政、第一汽車集團研發(fā)總院陳海娥擔任副主編，參加編寫的還有艾迪捷信息科技（上海）有限公司的鐘修林、宋波、郭子銳、臧儒振，另外，艾迪捷信息科技（上海）有限公司的施曉光、徐志成、邱鑫、朱田田、王鑫做了仔細的校對工作。初稿完成后，承蒙俄羅斯科學院外籍院士、中國汽車工程學會會士、廣西大學教授、原吉利汽車研究院副院長陳勇先生審閱了書稿，提出了許多寶貴的修改建議，在這里對他表示衷心的感謝。
由于編者水平有限，書中錯誤及不足之處在所難免，敬請廣大讀者不吝指正，也歡迎大家共同探討，可發(fā)郵件至support@atic-cn.cn或1206833496@qq.com進一步聯(lián)系，以便本書再版修訂時參考。
編 者
2023年6月
王偉民：日本東北大學工學博士�，F(xiàn)任東風汽車集團有限公司技術(shù)中心整車技術(shù)總工程師、研究員級高級工程師、中國汽車工程學會汽車空氣動力學分會委員和中國汽車工程學會標準(CSAE標準)專家組成員，多次擔任中國汽車工程學會空氣動力學分會年會熱管理論壇主席。曾任日本自動車技術(shù)會(JSAE)CFD技術(shù)委員會委員、東風汽車集團有限公司CAE專業(yè)技術(shù)委員會主任 委員、集團公司CAE專業(yè)總師和集團公司 CAE學會會長。已經(jīng)獲得了東風汽車集團有限公司以及技術(shù)中心科技進步獎15項，發(fā)表中、英、日科技論文共66 篇，獲得新能源汽車整車熱管理系統(tǒng)開發(fā)方面的授權(quán)發(fā)明專利12項和其他授權(quán)實用新型專利3項。
序言
前言
第1章 緒論01
1.1 整車能量管理概念產(chǎn)生的背景01
1.2 整車能量管理的特點02
1.3 GT-SUITE在整車能量管理仿真分析中的應用03
第2章 GT-SUITE軟件的基礎知識06
2.1 軟件簡介06
2.2 軟件安裝07
2.2.1 適用運行環(huán)境07
2.2.2 適用操作系統(tǒng)07
2.2.3 配置要求08
2.2.4 安裝前準備08
2.2.5 安裝步驟08
2.2.6 許可驗證14
2.3 GT-SUITE基礎操作16
2.3.1 界面啟動與介紹16
2.3.2 新建模型16
2.3.3 GT-SUITE參數(shù)設置19
2.3.4 GT-SUITE部件連接21
2.3.5 GT-SUITE求解設置22
2.3.6 GT-POST結(jié)果查看與結(jié)果后處理26
第3章 車輛動力學及傳熱學基礎理論34
3.1 車輛動力學基礎理論34
3.1.1 汽車動力性指標34
3.1.2 汽車經(jīng)濟性指標34
3.1.3 汽車行駛的阻力35
3.1.4 汽車行駛動力學方程式37
3.1.5 GT-SUITE關(guān)于整車動力傳動系統(tǒng)模型的動力學方程37
3.1.6 建立車輛模型所需的基本數(shù)據(jù)38
3.1.7 GT-SUITE中車輛仿真的分析模式39
3.2 傳熱學基礎理論40
3.2.1 熱量傳遞的基本方式及基本原理40
3.2.2 傳熱過程、傳熱系數(shù)及邊界條件43
3.2.3 換熱器分類及傳熱計算基本原理44
3.2.4 GT-SUITE對于換熱器的處理46
第4章 整車動力傳動系統(tǒng)的建模和仿真49
4.1 整車動力傳動系統(tǒng)概述49
4.2 傳統(tǒng)燃油車動力傳動系統(tǒng)建模和仿真49
4.2.1 固定檔加速過程建模49
4.2.2 駕駛過程建模71
4.2.3 循環(huán)工況建模77
4.2.4 穩(wěn)態(tài)過程建模83
4.2.5 手動檔結(jié)構(gòu)建模85
4.3 純電動汽車動力傳動系統(tǒng)建模91
4.3.1 定轉(zhuǎn)矩加速過程建模91
4.3.2 循環(huán)工況建模98
4.3.3 簡易制動能量回收系統(tǒng)建模104
4.3.4 簡易電池控制系統(tǒng)建模113
4.4 混合動力汽車傳動系統(tǒng)案例講解以P2架構(gòu)為例117
4.4.1 并聯(lián)式混合動力架構(gòu)概述117
4.4.2 GT-SUITE模型講解118
4.4.3 狀態(tài)控制模型講解119
4.4.4 離合器控制模型講解124
4.4.5 變速器控制模型講解126
4.4.6 電池控制模型講解128
4.5 混合動力電動汽車策略優(yōu)化算法講解以P0~P4架構(gòu)為例128
4.5.1 DP和ECMS介紹129
4.5.2 GT-SUITE中的ECMS130
4.5.3 GT-SUITE中的DP131
4.5.4 P0~P4案例132
4.6 流程化建模向?qū)T-DRIVE 137
4.6.1 GT-DRIVE 建模向?qū)?37
4.6.2 創(chuàng)建GT-DRIVE 架構(gòu)142
第5章 動力總成熱管理系統(tǒng)的建模157
5.1 動力總成熱管理系統(tǒng)概述157
5.2 車輛動力總成熱管理系統(tǒng)仿真的主要內(nèi)容157
5.3 發(fā)動機熱管理系統(tǒng)建模158
5.3.1 模型架構(gòu)158
5.3.2 建模流程159
5.3.3 建模常用模塊159
5.3.4 水泵161
5.3.5 散熱器167
5.3.6 發(fā)動機機體182
5.3.7 節(jié)溫器185
5.3.8 模型計算相關(guān)設置188
5.4 電驅(qū)動、電池熱管理系統(tǒng)193
5.4.1 建模原理193
5.4.2 熱源建模193
5.4.3 電子水泵建模203
5.4.4 電子風扇建模204
5.4.5 換熱器建模206
5.4.6 節(jié)溫器218
5.4.7 膨脹水壺219
5.4.8 電驅(qū)動、電池熱管理系統(tǒng)模型介紹222
5.5 拓展介紹229
5.5.1 準3D發(fā)動機229
5.5.2 準3D電池231
5.5.3 準3D電機235
5.5.4 換熱器縮放239
第6章 整車空調(diào)系統(tǒng)的建模240
6.1 空調(diào)系統(tǒng)概述240
6.2 空調(diào)系統(tǒng)仿真的主要內(nèi)容240
6.3 空調(diào)系統(tǒng)相關(guān)模塊介紹242
6.3.1 PID控制模塊242
6.3.2 膨脹閥244
6.3.3 換向閥247
6.3.4 旁通閥250
6.3.5 壓縮機252
6.3.6 乘員艙254
6.3.7 風門260
6.3.8 循環(huán)初始化262
6.3.9 壓焓圖、溫熵圖（Ph-Ts）輸出263
6.4 空調(diào)系統(tǒng)建模流程264
6.4.1 空調(diào)系統(tǒng)模型介紹264
6.4.2 拓展：熱泵系統(tǒng)273
6.5 使用GT-TAITherm進行舒適性分析273
6.5.1 GT-TAITherm概述273
6.5.2 GT-TAITherm模型處理274
6.5.3 乘員艙COOL-3D建模284
6.5.4 GT-ISE模型建立294
6.5.5 高級建模功能306
第7章 整車能量管理系統(tǒng)的聯(lián)合仿真312
7.1 整車能量管理系統(tǒng)的仿真模型概述312
7.2 動力艙COOL-3D建模313
7.2.1 COOL-3D建模原理313
7.2.2 COOL-3D建模需求參數(shù)313
7.2.3 COOL-3D建模流程314
7.2.4 COOL-3D標定流程327
7.2.5 COOL-3D其他應用336
7.3 整車與各子系統(tǒng)模型的連接338
7.3.1 整車傳動系統(tǒng)與發(fā)動機冷卻系統(tǒng)連接339
7.3.2 車輛動力系統(tǒng)與電驅(qū)冷卻系統(tǒng)連接344
7.3.3 空調(diào)系統(tǒng)與電池冷卻系統(tǒng)連接348
7.4 整車能量管理聯(lián)合仿真實例349
7.4.1 混合動力汽車的整車能量管理聯(lián)合仿真實例350
7.4.2 純電動汽車的整車能量管理聯(lián)合仿真實例360
第8章 優(yōu)化與DOE367
8.1 優(yōu)化和DOE概述367
8.2 優(yōu)化相關(guān)概念367
8.2.1 設計優(yōu)化定義367
8.2.2 局部優(yōu)化和全局優(yōu)化368
8.2.3 Independent變量和Sweep變量368
8.2.4 單目標與多目標優(yōu)化369
8.2.5 優(yōu)化目標定義370
8.2.6 搜索算法372
8.3 GT-SUITE集成設計優(yōu)化375
8.3.1 集成設計優(yōu)化介紹375
8.3.2 集成設計優(yōu)化設置375
8.3.3 快速計算選項（Faster Runtime）377
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