混合動力汽車動力系統(tǒng)匹配優(yōu)化仿真實驗研究

王云龍，張洪田，孫遠濤

(黑龍江工程學院，黑龍江 哈爾濱 150050)

隨著能源危機的日益加重、環(huán)境污染的不斷惡化，世界各國對汽車排放限制要求越來越嚴格，混合動力汽車是傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車與電動汽車的有機結合，有效整合了傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車和電動汽車的優(yōu)點，具有良好的性能和低排放、低油耗，是當前一個時期最具可行性的新能源車輛之一，是汽車行業(yè)節(jié)能減排的重要方案之一?；旌蟿恿ζ嚨膭恿鲃酉到y(tǒng)是其核心總成部件，決定了混合動力汽車的動力性、經(jīng)濟性、排放性、平順性等重要性能，對車輛的綜合性能影響極大[1-3]。本文主要以最佳燃油經(jīng)濟性和排放性為目標，針對混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的發(fā)動機與電動機在低度混合、中度混合、高度混合情況下的匹配，運用歐洲CYC_ECE_EUDC_LOW循環(huán)工況進行建模仿真，通過對仿真實驗結果的對比分析，確定合理的匹配方案，實現(xiàn)混合動力系統(tǒng)的優(yōu)化匹配[4-10]。

1 混合動力系統(tǒng)設計與建模

基于ADVISOR仿真軟件以混聯(lián)式混合動力汽車為基礎，構建混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)匹配實驗平臺，依據(jù)混聯(lián)式混合動力汽車技術參數(shù)進行動力系統(tǒng)優(yōu)化設計，車輛具體參數(shù)見表1。

表1 車輛主要技術參數(shù)

在不同混合度下選擇不同技術參數(shù)的發(fā)動機與電動機，對發(fā)動機、電動機的功率進行調整，底盤及其他的部件固定不變，在標準循環(huán)仿真測試過程中進行優(yōu)化分析。根據(jù)表1車輛主要技術參數(shù)，確定低、中、高混合度的混合動力系統(tǒng)的發(fā)動機與電動機匹配組合，不同混合度的混合動力系統(tǒng)發(fā)動機與電動機匹配組合見表2。

表2 不同混合度發(fā)動機和電動機匹配

2 不同混合度的混合動力系統(tǒng)匹配測試

在ADVISOR2002仿真環(huán)境下，選擇歐洲CYC_ECE_EUDC_LOW循環(huán)工況下進行混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的測試，歐洲CYC_ECE_EUDC_LOW循環(huán)工況相關參數(shù)見表3。

表3 CYC_ECE_EUDC_LOW循環(huán)工況參數(shù)

在ADVISOR2002仿真環(huán)境下，按照表1的整車技術參數(shù)進行車輛整車模型的開發(fā)，根據(jù)低、中、高混合度，進行混合動力系統(tǒng)匹配，搭建混合動力系統(tǒng)匹配優(yōu)化測試平臺。圖1為低混合度混合動力汽車仿真模型基本參數(shù)的界面。

圖1 發(fā)動機低混合度匹配

按照歐洲CYC_ECE_EUDC_LOW循環(huán)工況，根據(jù)表2中發(fā)動機和電動機型號和功率，進行不同混合度的組合，進行仿真實驗分析。圖2為發(fā)動機萬有特性曲線，圖2(a)、圖2(b)分別代表FC_SI102、FC_SI41兩個發(fā)動機工作情況。

圖2 發(fā)動機工作曲線

根據(jù)表2中發(fā)動機與電動機的組合，在構建的混合動力系統(tǒng)仿真平臺上進行仿真實驗，圖3為低混合度動力系統(tǒng)匹配時，按照歐洲CYC_ECE_EUDC_LOW循環(huán)工況對低混合度混合動力系統(tǒng)進行仿真測試，記錄不同車速下，電池SOC值、車輛尾氣主要污染物的排放量、發(fā)動機的燃油消耗等瞬時變化情況，仿真實驗結束后再計算整個測試循環(huán)車輛的百公里燃油消耗情況、尾氣四類主要污染物的排放平均值。圖3中SOC值變化先是降低到最低點后開始上升，在運行時間800 s時出現(xiàn)拐點，此時車輛運行進入市郊模式，需求功率變大，發(fā)動機開始對蓄電池進行充電。從整個測試循環(huán)周期不難看出，發(fā)動機燃油消耗和排放曲線均維持在一個相對平穩(wěn)的范圍內(nèi)，控制策略使得發(fā)動機保持在較平穩(wěn)、高效的區(qū)域內(nèi)運轉。圖3(a)和圖3(b)相比，圖3(a)的發(fā)動機排放性和燃油經(jīng)濟性均不如圖3(b)，也就是發(fā)動機FC_SI102與電動機MC_PM8的匹配不如發(fā)動機FC_SI41與電動機MC_PM8。中混合度和高混合度仿真實驗結果如圖4、圖5所示，中混合度和高混合度匹配情況的仿真分析與低混合度仿真實驗分析步驟和方法相同，不再贅述。

圖3 低混合度車輛燃油經(jīng)濟性和排放性仿真實驗結果

圖4 中混合度車輛燃油經(jīng)濟性和排放性仿真實驗結果

圖5 高混合度車輛燃油經(jīng)濟性和排放性仿真實驗結果

3 混合動力系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化

通過對低、中、高混合度的混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)進行仿真測試后，不同混合度的混合動力系統(tǒng)下車輛燃油經(jīng)濟性和排放性表現(xiàn)不盡相同，詳情見表4。

表4 不同混合度情況下車輛油耗及尾氣排放值

通過仿真實驗數(shù)據(jù)對比分析， FC_SI41型號發(fā)動機與MC_PM32型號電動機匹配的高混合度混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)不論在燃油經(jīng)濟性還是尾氣排放性以及尾氣排放的主要污染物排放量均優(yōu)于其他組合。

4 結 論

本文利用ADVISOR2002軟件構建了混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)匹配優(yōu)化仿真平臺，以車輛燃油經(jīng)濟性和排放性為優(yōu)化目標，比較不同混合度下的混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)車輛燃油經(jīng)濟性和排放性，從而優(yōu)化混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)，具有方便、快捷、高效的優(yōu)點，能夠有效縮短混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)優(yōu)化設計的周期，為企業(yè)節(jié)省開發(fā)時間和節(jié)約研發(fā)成本。

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