基于雙電機(jī)多?；旌蟿?dòng)力系統(tǒng)的CRUISE和SIMULINK聯(lián)合仿真建模

周康　權(quán)飛　柳建新　黃桂東

摘 要：本文針對雙電機(jī)多模混合動(dòng)力總成系統(tǒng)進(jìn)行研究，利用SIMULINK與CRIUSE軟件建立整車的仿真平臺，并進(jìn)行了NEDC工況的仿真分析，為整車的動(dòng)力總成的設(shè)計(jì)與分析提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：雙電機(jī)多?；旌蟿?dòng)力總成系統(tǒng);CRUISE-SIMULINK聯(lián)合仿真平臺;經(jīng)濟(jì)性仿真;NEDC

1 引言

汽車行業(yè)的持續(xù)發(fā)展受到能源匱乏和環(huán)境污染兩大難題的困擾。新能源汽車的發(fā)展可以有效的緩解環(huán)境與能源的壓力，推動(dòng)汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。新能源汽車的開發(fā)可以通過計(jì)算機(jī)仿真去模擬整車的實(shí)際工作過程，從而降低實(shí)車的開發(fā)成本與開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，提高新車的開發(fā)效率。CRUISE仿真軟件建立整車模型準(zhǔn)確方便;SIMULINK建立的控制策略與實(shí)車策略一致，符合功能安全對控制策略的開發(fā)流程;CRUISE-SIMULINK聯(lián)合仿真成為新能源汽車開發(fā)的重要工具。

2 整車基本參數(shù)

2.1 整車基本參數(shù)

本文研究雙電機(jī)多模混合動(dòng)力總成系統(tǒng)應(yīng)用于乘用車，以國內(nèi)某品牌的乘用車為原型車，確定整車的基本參數(shù)如表1所示。

本文所研究的雙電機(jī)多?；旌蟿?dòng)力總成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。該系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、發(fā)電機(jī)和行星排變速箱組成。

2.2 整車行駛循環(huán)工況選擇

汽車行駛循環(huán)工況由勻速、加速、減速和怠速等不同的運(yùn)動(dòng)區(qū)組成。不同的循環(huán)工況，運(yùn)行速度、總的運(yùn)行時(shí)間和里程都不相同，因而采用不同的行駛工況對整車的設(shè)計(jì)有重要的影響。由于我國城市、郊區(qū)和高速道路與歐洲相似，故采用歐洲的NEDC循環(huán)工況。該循環(huán)工況由1個(gè)市郊循環(huán)和4個(gè)市區(qū)循環(huán)組成，總的運(yùn)行時(shí)間為1180s，總的循環(huán)里程為11.022km。其工況曲線如圖2所示。

2.3 整車仿真平臺選擇。

仿真是在整車設(shè)計(jì)開始階段運(yùn)用理論計(jì)算方式模擬整車的實(shí)際運(yùn)行工況，從而縮短整車的開發(fā)周期，降低整車的開發(fā)成本和開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。目前整車的仿真軟件很多，常用的仿真方法有前向仿真和后向仿真。前向仿真是通過駕駛員模型獲得動(dòng)力需求，更有利用整車控制策略開發(fā)。本文選用前向仿真方法，借助AVL CRUISE 成熟的商業(yè)整車仿真軟件，利用其建模便捷、模型精度高的特點(diǎn)，建立整車模型;借助SIMULINK開發(fā)控制策略，與實(shí)車控制策略一致，同時(shí)符合功能安全對控制策略的開發(fā)流程。

3 CRUISE-SIMUINK仿真模型建立

3.1 AVL CRUISE建立整車模型

CRUISE是AVL公司開發(fā)的專門為整車仿真分析的軟件。該軟件擁有完整的部件模塊庫，各模塊通過物理和信號連接，內(nèi)置大量計(jì)算任務(wù)方便優(yōu)化計(jì)算，與SIMULINK、C++、FORTRAN等高級語言全集成接口。

雙電機(jī)多模混合動(dòng)力總成系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、發(fā)電機(jī)和行星排變速機(jī)構(gòu)組成。其在CRUISE中建立的整車模型如圖3所示。

整車的仿真模型包括：整車參數(shù)模型、電池模型、發(fā)動(dòng)機(jī)模型、行星排變速箱模型、后橋主減模型、差速器模型、制動(dòng)器模型、輪胎模型、駕駛員模型、循環(huán)工況、控制策略模型（SIMULINK生成）。各部件通過物理連接和部件信號連接。

3.2 整車控制策略模型

合理有效的控制策略是實(shí)現(xiàn)雙電機(jī)多?；旌蟿?dòng)力總成系統(tǒng)最佳經(jīng)濟(jì)性與最佳動(dòng)力性的關(guān)鍵。本文利用SIMULINK建立整車的控制策略，在不同的檔位不同的整車工作模式下控制發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作在最佳工作區(qū)域，在兼顧整車動(dòng)力性的前提下，達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)性。其建立的整車控制策略如圖4所示。

整車的控制策略模型主要包括：輸入信號處理模塊、整車上下電模塊、能量限制模塊、發(fā)動(dòng)機(jī)啟停機(jī)模塊、附件控制模塊、能量分配模塊、故障處理模塊、輸出信號處理模塊。

4 仿真結(jié)果分析

利用工況法仿真分析雙電機(jī)多?；旌蟿?dòng)力總成系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能，在仿真過程中通過標(biāo)定控制策略參數(shù)，使得循環(huán)工況結(jié)束時(shí)，保持整車電量平衡。

在NEDC工況下，整車的工況跟隨情況如圖5所示，從圖中可以看出需求車速和當(dāng)前車速吻合，循環(huán)工況的跟隨情況較好。整個(gè)循環(huán)工況的燃油消耗量為4.98L/100km。同類型的傳統(tǒng)燃油車，在相同仿真平臺的循環(huán)工況下燃油消耗量為7.21L/100km。雙電機(jī)多?；旌蟿?dòng)力總成系統(tǒng)相比傳統(tǒng)燃油車，其節(jié)油率達(dá)到30.93%，極大的提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。

5 結(jié)論

本文研究分析了雙電機(jī)多?；旌蟿?dòng)力總成系統(tǒng)。在CRUISE中建立了整車仿真模型;同時(shí)在SIMULINK中建立了整車的控制策略，與后期的實(shí)車控制共用一個(gè)控制平臺。選用NEDC循環(huán)工況，進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性仿真分析。仿真的百公里油耗為4.98L/100km，相比同類型的傳統(tǒng)車，節(jié)油率達(dá)到30.93%，極大的提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。

基金項(xiàng)目：新型高性價(jià)比乘用車混合動(dòng)力總成開發(fā)與整車集成（2017YFB0103201）

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