基于ADVISOR二次開發(fā)的混合動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真研究

基于ADVISOR二次開發(fā)的混合動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真研究環(huán)境愛護(hù)部最近公布的《2023年中國(guó)機(jī)動(dòng)車污染防治年報(bào)》顯示，機(jī)動(dòng)車的尾氣排放已成為我國(guó)空氣污染的重要來源?；旌蟿?dòng)力汽車和電動(dòng)車是當(dāng)前改善或解決汽車尾氣污染的一個(gè)行之有效的方法之一。計(jì)算機(jī)仿真是討論混合動(dòng)力汽車的重要手段，有利于縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)本錢。目前，國(guó)內(nèi)外討論者討論混合動(dòng)力汽車使用的計(jì)算機(jī)仿真軟件主要有CRUISE、CarSim、PSAT和ADVISOR，其中ADVISOR是在MATLAB/SIMULINK環(huán)境下采納模塊化的編程語言，最大的優(yōu)點(diǎn)在于其代碼完全公開，便于使用者自主把握和二次開發(fā)。ADVISOR是由美國(guó)NationalRenewableEnergyLaboratory開發(fā)，采納后向仿真為主、前向仿真幫助的混合仿真方法，主要可以實(shí)現(xiàn)車輛總成參數(shù)匹配與優(yōu)化、車輛動(dòng)力性能與經(jīng)濟(jì)性仿真分析、車輛能量治理策略評(píng)價(jià)等功能。但是，ADVISOR軟件也有自身的缺陷，它供應(yīng)的汽車仿真模型是有限的，只適合于單軸前輪驅(qū)動(dòng)的車輛仿真。本文針對(duì)某后輪驅(qū)動(dòng)的混合動(dòng)力城市客車，以MATLAB/SIMULINK為平臺(tái)，利用其開放的代碼和內(nèi)部通用的子模塊，對(duì)ADVISOR軟件進(jìn)展二次開發(fā)，建立整車仿真模型，并進(jìn)展仿真分析，為該車的研制供應(yīng)了有力的依據(jù)。

1ADVISOR混合動(dòng)力仿真系統(tǒng)二次開發(fā)

1.1混合動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)造與工作原理

文中所討論的混合動(dòng)力汽車是一后輪驅(qū)動(dòng)的城市公交車，其動(dòng)力系統(tǒng)采納并聯(lián)式構(gòu)造，系統(tǒng)構(gòu)造組成如圖1所示。動(dòng)力系統(tǒng)中采納了ISG電機(jī)，ISG是起動(dòng)發(fā)電一體機(jī)，在混合動(dòng)力汽車有較多的應(yīng)用。動(dòng)力系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多種工作模式，如：1)在車輛起步或低速運(yùn)轉(zhuǎn)，且蓄電池的荷電狀態(tài)SOC值大于下限值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，由蓄電池組給ISG電機(jī)供電驅(qū)動(dòng)車輛;2)當(dāng)車輛在中高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)效率較高，蓄電池組停頓工作，由發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛;3)當(dāng)需求轉(zhuǎn)矩大于發(fā)動(dòng)機(jī)能供應(yīng)的轉(zhuǎn)矩時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)與蓄電池組同時(shí)工作，共同供應(yīng)轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)車輛;4)車輛在怠速、制動(dòng)、下坡時(shí)，機(jī)械能經(jīng)ISG電機(jī)產(chǎn)生電能并存儲(chǔ)于蓄電池組中。

1.2混合動(dòng)力系統(tǒng)仿真模型的二次開發(fā)

混合動(dòng)力系統(tǒng)采納的是后輪驅(qū)動(dòng)形式，而ADVISOR軟件原有的仿真模型只有前輪驅(qū)動(dòng)，差異性較大。為了到達(dá)討論目的，因此需要對(duì)ADVISOR中相關(guān)的仿真模塊進(jìn)展二次開發(fā)。

ADVISOR中前驅(qū)仿真模型的建立思路是，首先建立并求解出車輛在坡度路面的動(dòng)力學(xué)方程，再依據(jù)動(dòng)力學(xué)方程創(chuàng)立SIMULINK模型。下面對(duì)坡度路面的后輪驅(qū)動(dòng)車輛進(jìn)展受力分析，如圖2所示，假設(shè)此時(shí)車輛是極限附著，車輛初始速度為V0，在最大附著力Fmax下產(chǎn)生的最大末速度為Vt。其中，F(xiàn)W、Ff、Fi分別是車輛所受的空氣阻力、滾動(dòng)阻力和坡度阻力，F(xiàn)n是驅(qū)動(dòng)輪所受的垂直載荷。

1.3混合動(dòng)力系統(tǒng)掌握策略模型設(shè)計(jì)

ADVISOR中的局部模型是以閱歷數(shù)據(jù)為根底建立的穩(wěn)態(tài)模型，仿真效果不佳;并且本文討論的仿真車輛的掌握策略與ADVISOR中現(xiàn)有的掌握策略不同。因此，在此需要對(duì)掌握策略進(jìn)展重新設(shè)計(jì)。由于車輛本身是一個(gè)非線性系統(tǒng)，若采納傳統(tǒng)的PID掌握，需要將非線性系統(tǒng)進(jìn)展線性化，掌握器的設(shè)計(jì)很費(fèi)時(shí)間。故文中并聯(lián)式混合動(dòng)力車輛采納的是模糊規(guī)律掌握，主要利用車輛的踏板開度、車速和SOC之間的關(guān)系作為動(dòng)力安排的主要依據(jù)，經(jīng)過模糊規(guī)律動(dòng)力安排掌握器模組，使發(fā)動(dòng)機(jī)和馬達(dá)的動(dòng)力保持最正確安排。

2仿真與結(jié)果分析

在進(jìn)展ADVISOR仿真分析時(shí)，選擇不同的道路循環(huán)工況會(huì)較大的影響仿真結(jié)果。為了讓仿真分析更趨近實(shí)際狀況，本文將中國(guó)城市公交典型工況導(dǎo)入ADVISOR，并選用該工況對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)展經(jīng)濟(jì)性能仿真分析。圖7是中國(guó)城市公交典型工況圖。由于該工況下的仿真車速上限是60km/h，因此在進(jìn)展混合動(dòng)力系統(tǒng)最高車速仿真時(shí)，又選擇了美國(guó)環(huán)境愛護(hù)署城市道路循環(huán)工況CYC-UDDS進(jìn)展車速仿真。

3結(jié)論

1)本文充分利用了ADVISOR軟件代碼開放的特性，在其現(xiàn)有仿真模型的根底上，進(jìn)展二次開發(fā)建立了混合動(dòng)力客車的后驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)模型和掌握模型，并將中國(guó)城市公交典型工況導(dǎo)入ADVISOR，這使仿真討論與實(shí)際工況更加吻合。

2)仿真結(jié)果說明，所建立的動(dòng)力系統(tǒng)和掌握策略能夠較好的仿真該混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力性能和燃油經(jīng)濟(jì)