基于Advisor氫燃料電動(dòng)汽車(chē)仿真研究

王蘭紅

摘要：隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，導(dǎo)致全球能源消耗以及環(huán)境破壞污染等問(wèn)題日漸嚴(yán)峻。氫燃料電動(dòng)汽車(chē)在排放和動(dòng)力等方面尤為突出，本文以氫燃料電動(dòng)汽車(chē)為研究對(duì)象，在Advisor汽車(chē)仿真軟件建立氫燃料電池、汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)部件以及車(chē)身模型，選定中國(guó)城市工況以及UDDS城市仿真工況，對(duì)氫燃料電動(dòng)汽車(chē)模型進(jìn)行仿真，從仿真結(jié)果來(lái)看，汽車(chē)動(dòng)力性能仿真結(jié)果明顯優(yōu)于同類(lèi)型傳統(tǒng)車(chē)輛動(dòng)力性能，整車(chē)燃料經(jīng)濟(jì)性能有很大提升，排放基本達(dá)到零排放，仿真結(jié)果同時(shí)也證明了模型的準(zhǔn)確性。

Abstract： With the continuous development of the automotive industry， global energy consumption and environmental damage and pollution are becoming increasingly serious. Hydrogen fuel electric vehicles are particularly prominent in terms of emissions and power. This article takes hydrogen fuel electric vehicles as the research object， establishes hydrogen fuel cells， automotive power system components and body models in advisor car simulation software， and selects Chinese city operating conditions and UDDS cities Simulate the working conditions to simulate the hydrogen fuel electric vehicle model. From the simulation results， the simulation results of the vehicle's power performance are significantly better than the power performance of the traditional vehicles of the same type. The simulation results also proved the accuracy of the model.

關(guān)鍵詞：Advisor;氫燃料;電動(dòng)汽車(chē)

Key words： Advisor;hydrogen fuel;electric vehicles

0 ?引言

隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，導(dǎo)致全球能源消耗以及環(huán)境破壞污染等問(wèn)題日漸嚴(yán)峻。新能源汽車(chē)解決上述問(wèn)題越來(lái)越受到各國(guó)研究者的青睞，氫燃料電動(dòng)汽車(chē)在排放和動(dòng)力等方面尤為突出[1]，一方面氫燃料汽車(chē)克服了純電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程短的缺陷;另一方面又克服了傳統(tǒng)汽車(chē)排放污染環(huán)境的問(wèn)題。2015年豐田首次推出Mirai氫燃料電動(dòng)汽車(chē)之后，各車(chē)企也陸續(xù)推出不同類(lèi)型的氫燃料電動(dòng)汽車(chē)，如寶馬、梅賽德斯-奔馳、本田以及近年來(lái)快速竄起的韓系車(chē)商現(xiàn)代[2]。本文以氫燃料電動(dòng)汽車(chē)為研究對(duì)象，重點(diǎn)研究氫燃料電動(dòng)汽車(chē)的一維建模過(guò)程，并基于某道路工況進(jìn)行模型仿真和數(shù)據(jù)分析。

1 ?汽車(chē)模型建立

1.1 整車(chē)模型建立

基于Advisor建立氫燃料電動(dòng)汽車(chē)仿真模型[3]，如圖1所示，其中包括車(chē)身子模型、燃料轉(zhuǎn)換器（燃料電池、內(nèi)燃機(jī)以及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)燃機(jī)）子模型、排放后處理器子模型、能量?jī)?chǔ)存器（動(dòng)力蓄電池和超級(jí)電容）子模型、驅(qū)動(dòng)電機(jī)子模型、傳動(dòng)系統(tǒng)子模型、扭矩耦合器子模型、車(chē)軸庫(kù)輪以及配件等仿真子模型。Advisor是比較開(kāi)放的汽車(chē)仿真系統(tǒng)，對(duì)于不同的車(chē)型可以選擇不同的子模型，從而搭建不同的仿真模型?？梢酝ㄟ^(guò)下拉框來(lái)選擇版本、類(lèi)型或者通過(guò)修改對(duì)應(yīng)文件中參數(shù)值進(jìn)行選擇。

1.2 氫燃料電池模型的建立

Advisor仿真程序有三種不同類(lèi)型的燃料電池建模方法，本文選用的氫燃料電池功率-效率模型，如圖2所示，氫燃料電池系統(tǒng)效率特性圖，如圖3所示。

1.3 鋰離子電池模型的建立

蓄電池模型在電動(dòng)汽車(chē)仿真過(guò)程中非常重要[4]，本文選擇鋰離子蓄電池組子模型，如圖4所示，共有30節(jié)單電池組成，每個(gè)單電池電壓為12V，蓄電池總電壓為360V。模型以蓄電池荷電狀態(tài)（SOC）為控制依據(jù)，設(shè)置SOC上限值和下限值來(lái)切換充放電狀態(tài)。

1.4 氫燃料汽車(chē)車(chē)身模型及其它子模型的建立

本文氫燃料汽車(chē)車(chē)身模型參照某傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)模型[5]，根據(jù)汽車(chē)行駛平衡方程建立車(chē)身模型，建立模型如圖5所示。

Ft=Ff+Fw+Fi+Fj

式中：Ft為汽車(chē)驅(qū)動(dòng)力;Ff為汽車(chē)行駛的滾動(dòng)阻力;Fw為汽車(chē)行駛的空氣阻力;Fi為汽車(chē)行駛的坡度阻力;Fj汽車(chē)行駛加速阻力。

2 ?仿真參數(shù)

本文選擇某款氫燃料電動(dòng)汽車(chē)為研究對(duì)象，具體仿真參數(shù)如表1所示。

3 ?仿真結(jié)果與分析

根據(jù)第二小節(jié)建立的仿真模型，在中國(guó)城市工況以及體現(xiàn)典型城市行駛特征的UDDS工況下，對(duì)氫燃料電動(dòng)汽車(chē)模型進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖6所示。Advisor仿真結(jié)果可以導(dǎo)出很多關(guān)于汽車(chē)性能參數(shù)的指標(biāo)，本文選擇動(dòng)力蓄電池SOC的變化、等效燃油消耗、加速測(cè)試、坡度測(cè)試、動(dòng)力系統(tǒng)各部件工作效率點(diǎn)等。仿真的相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)于分析動(dòng)力系統(tǒng)相關(guān)部件設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)控制策略的合理性、為車(chē)輛的改型提供參考價(jià)值。

4 ?總結(jié)

本文以氫燃料電動(dòng)汽車(chē)為研究對(duì)象，在Advisor汽車(chē)仿真軟件建立氫燃料電池、汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)部件以及車(chē)身模型，選定中國(guó)城市工況以及UDDS城市仿真工況，對(duì)氫燃料電動(dòng)汽車(chē)模型進(jìn)行仿真，從仿真結(jié)果來(lái)看，汽車(chē)動(dòng)力性能仿真結(jié)果明顯優(yōu)于同類(lèi)型傳統(tǒng)車(chē)輛動(dòng)力性能，整車(chē)燃料經(jīng)濟(jì)性能有很大提升，排放基本達(dá)到零排放，仿真結(jié)果同時(shí)也證明了模型的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋錦明，宋錦剛.燃料電池汽車(chē)VMS測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)建[J].汽車(chē)電器，2016，12：60-63.

[2]侯明，衣寶廉.燃料電池的關(guān)鍵技術(shù)[J].科技導(dǎo)報(bào)，2016（6）：52-61.

[3]Wang， Guangjin; Yu， Yi;Liu， Hai; Gong， Chunli;Wen， Sheng; Wang， Xiaohua; Tu， Zhengkai..Progress on design and development of polymer electrolyte membrane fuel cell systems for vehicle applications： A review.[J].2018，179：203-228.

[4]陳明偉.燃料電池城市客車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)基本技術(shù)方案研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2005.

[5]李可.燃料電池混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能量利用效率優(yōu)化的研究[D].西南交通大學(xué)，2011.