ISG轻混汽车加速扭矩补偿策略与仿真.doc

ISG轻混汽车加速扭矩补偿策略与仿真摘要本文针对吉利某车型搭载ISG系统加速扭矩补偿策略进行探讨。计算0-100km/s加速过程，其结果表明，本车型搭载的ISG系统能够提供扭矩补偿，在降低燃油消耗的基础上提高了加速性能。关键词：ISG系统；加速扭矩；补偿策略；仿真计算Compensation Strategy of Accelerating Torque and Simulation of a Mild HEV with ISG SystemAbstract: The compensation strategy of accelerating torque on a specific Geely car with ISG system is discussed in this paper. A 1-100km/s acceleration process is calculated. The result indicates that this car equipped with ISG system can provide torque compensation and improve the accelerating performance on the basis of reduction of fuel consumption. Keywords: ISG System, Accelerating Torque, Compensation Strategy, Simulation 前言内燃机在低速大负荷时的燃油经济性和排放性能均不佳 通常情况下内燃机在此工况下的转矩输出有限 如果需要内燃机在低速大负荷时能够提供较大的功率就必须选用更大排量的内燃机这样虽然满足了动力性的要求 但牺牲了燃油经济性，ISG可以在内燃机低速大负荷时工作在电动机状态提供一部分辅助功率提高低速时内燃机的动力性能1。本文针对吉利某车型上安装ISG动力系统，研究其加速扭矩补偿控制策略并进行仿真研究。1车型参数本仿真应用的是吉利某畅销车型。ISG动力系统部件是在不改变原车型的布置方案而增加上去的，其结构如图1所示。ISG部件布置在发动机和离合器之间，ISG电机转子和发动机曲轴输出端刚性连接，其余的动力传动系统保持不变。其基本参数见表1所示。发动机ISG变速器主减速器差速器图1汽车结构简图表1 基本参数长/mm宽/mm高/mm整备质量/kg轴距/mm主减速比变速箱速比463517891470128026504.3083.182/1.895/1.25/0.909/0.78空气阻力系数迎风面积/m滚动阻力系数滚动半径/m发动机排量/L最大功率Kw/r/min0.322.160.0120.3121.792102/62002策略开发ISG可以在发动机低速大负荷和急加速时工作处在电动机状态 提供一部分辅助功率 提高发动机的性能。其主要策略为需求力矩大于发动机的输出力矩时，在SOC大于某一限定值的时候，ISG处在电动机状态，电机的输出力矩为需求力矩与发动机输出力矩的差值。当这个差值大于ISG的最大输出力矩时，ISG按最大力矩输出。SOC没有达到限定值时，ISG还是不工作。3 系统建模3.1车辆模型根据汽车行驶方程式2可以计算车辆性能。Ttqigi0Tr=Gf+CDA21.15ua2+Gi+mdudt式中：Ttq为发动机转矩Nm；ig为变速器传动比；i0为主减速器的传动比；T为传动系的机械效率；r为车轮半径m；G为整车重力N； f为滚动阻力系数；CD为空气阻力系数；A为迎风面积m2；ua为汽车行驶车速km/h； i为道路坡度；m为汽车质量kg；dudt为行驶加速度m/s2。3.2发动机模型根据GT软件帮助文件中提供的发动机模型为；pe=Ttqn9550 BMEP=2TtqnrV式中：pe为功率kW；Ttq为发动机转矩Nm；n为发动机转速r/min；nr为2；V为发动机排量L。3.3 ISG模型在整车运行过程当中，ISG电机既可能工作在电动状态，也可能工作在发电状态，仿真模型中假定电机在发电状态时的效率和外特性曲线与电机在电动状态的效率和外特性曲线完全对称，将电动状态的数据同样用于发电状态，并假设在规定的电压范围内都能实现电机MAP图内工作点的运行。电机转矩平衡方程式如下：ImdWmdt=Tm-Tm,load式中：Im为电机输出轴转动惯量kg.m2； Wm为电机输出轴转速rad/s；Tm为电机输出转矩Nm；Tm,load为电机负载转矩Nm。电动机的转矩可Tm表示为：电动时，即Tm0 Tm=min(Tm，Tm-max ，Tdis-max)m1S+m2发电时，即Tm0 Tm=max(Tm，Tm-min ，Tchg-max)m1S+m2式中：Tm-max为电机允许的最大转矩；Tm-min为电机允许的最小转矩；Tdis-max为蓄电池允许的最大转矩；Tchg-max为蓄电池允许的最小转矩；m1、m2为电机的动态特性参数。3.4电池模型蓄电池的输出受电压、电流、电解液成分、温度、荷电状态（SOC）等多种物理化学相互因素影响，很难对蓄电池建立精确的数学模型，一般通过等效电路的方法模拟电池的工作特性。电池的SOC按安时累积法计算：SOC=SOCini-QusedQcap式中：SOCini为初始的SOC值；Qused为分别为使用的电量；Qcap为电池的安时容量。Qused=Iessdt式中：ess为电池的充电或放电效率3。根据上述模型和GT软件提供模块，搭建计算仿真模型如图2所示。图2 仿真模型4 结果分析 本文仿真汽车在搭载ISG和不搭载ISG情况下0-100km/s加速的工况，对比加速时间，分析在0-100km/s加速过程中发动机工作状况。表2 0-100km/s加速时间的对比ISG汽车传统汽车0-100km/s加速时间s11.7812.31图2 发动机工作状态分析图2可以得出，在0-100km/s加速过程中，搭载ISG和无ISG的发动机油门都全开，发动机的输出扭矩变化不大。在加速过程中ISG是有扭矩输出的。这表明，在加速过程中ISG提供了辅助动力。同时也说明加速扭矩补偿控制策略正确。在0-100km/s加速时间上，搭载ISGI动力系统的汽车加速时间有所缩短，这证明搭载ISG系统能提高汽车的加速性能。但是加速时间缩短的很少，这是因为本车型是配载1.8L的发动机，动力充足，需要ISG提供的动力很少。于是可以得出应用这一技术可以配置较小排量的发动机达到同样的性能指标，油耗能进一步降低。5.结论本文分析了汽车某车型搭载ISG系统的结构，功能和加速扭矩补偿控制策略并进行仿真计算。计算0-100km/s加速过程，计算结果表明，在加速过程中，ISG系统提供了部分动力使加速时间缩短。同时说明加速扭矩补偿策略得当，提高了加速性能。参考文献1 李鹏，左建令. IS