西门子AMESim在制动系统半实物仿真的应用.pdf
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AMESim在制动系统半实物仿真的应用
温从溪
（中车唐山机车车辆有限公司，唐山 063000）
摘要：为了将搭建系统仿真模型应用于半实物仿真，需要对模型进行实时化，对
系统仿真模型采取针对性的实时化措施，在不影响模型性能的前提下，减小模型
的计算量，利用AMESim的模型编译功能生成模型动态链接库文件，应用于半实
物仿真，仿真结果能够满足实际系统的需求，对实际制动控制系统及执行部件的
研究有重要的指导意义，可用于深入研究既有产品的功能特性，包括部件的动静
态响应、控制特性、可靠性等。
关键词：制动系统；实时化；半实物仿真；AMESim软件
0 引言
制动系统实现其制动功能的前提条件是制动气路系统与制动控制系统组成
一个完整的整体，由气路系统执行控制系统发出的指令最终才能够完成制动功
能。因此如果对制动系统进行仿真分析必定同时具备控制系统与气路系统。
通过AMESim实现对气路系统的仿真，采取针对性措施对模型进行实时化，
控制器采用实际的制动控制系统硬件，通过HIL硬件在环半实物仿真测试对制动
系统进行完整的仿真分析和研究。控制系统采用与实车相同的制动系统控制器
真实硬件通过HIL硬件在环半实物仿真测试技术与AMESim建立的气路系统仿真
模型对接，形成完整的制动系统功能测试环境。
1 模型实时化方法
假设非实时化模型模型元件超过1000个，单个模型未编译已有约120M（普通
气动模型约为10M左右），状态变量个数接近900个（普通气动模型<100），这意味
着每一个瞬态都会有接近900次积分运算同时进行，这是最占设备计算资源的部
分，20秒的工况需要计算约2个半小时，这也是非实时模型计算速度低的主要原
因。此外，由于气动系统的模型最终在计算时需要求解刚度方程，因此模型的计
算效率还取决于方程刚度的最高阶，模型越复杂，其可能存在的高阶频率也越多
，计算速度越低。
在气动系统中，积分主要来自压力和机械运动的计算，以压力积分计算为主
。而容腔、管路、阀门等部件的模型的主要功能就是计算压力的输入输出关系，
模型的计算量和计算效率与模型的总体架构和这些模型的参数设置相关。因此，
从模型参数入手，可以通过优化模型参数如容腔的容积来改变积分计算的效率，
通过适当的权衡，在误差允许的情况下，简化后的模型可以替代原模型进行计算
，同时大大提高计算效率，直至用于实时定步长仿真。
实时模型在架构上和原模型一致，在简化模型中，模型架构及模型组成和原
模型一致，没有用功能模型进行替换，保留原有模型能够最大程度保证模型的物
理正确性。实时简化的过程如下：
1）寻找最小计算步长对应的时刻
加入 模块（来自simulation库），设置仿真final time =
2s（第1s开始施加常用制动），算完后得到计算步长的瞬态变化，如图1所示。
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