插电式混合动力车基于最佳燃油效率的能量管理策略及仿真分析

1、插电式混合动力车基于最佳燃油效率的能量管理策略及仿真分析    关键词：Plug-in；能量管理；Cruise前言：插电式混合动力汽车可以利用夜间的市电低谷进行充电，平时在市区行驶时可以以纯电动方式工作，完全不消耗燃油，有效降低使用成本和污染。而当行驶距离较长或需高速行驶时，又可以像普通混合动力汽车一样，通过发动机来提供主要动力输出。文中介绍了一种以最佳燃油效率为基础的PHEV能量管理策略，并在Cruise所建立的车辆模型环境中对策略进行了仿真，最后与传统车辆的仿真结果进行了比较分析。 1 PHEV工作模式介绍 本文中的驱动控制策略包括以下三种驱动模式：

2、 1.1 纯电动模式：插电式混合动力汽车由于可以外接充电，所以其可用纯电动模式行驶。在电量充足且电机功率满足需求的条件下，该车均工作于纯电动模式。 1.2 传统模式：在某些情况下，需要发动机单独驱动车辆行驶。比如在较高车速下，发动机工作在高效负荷区，而此时电池电量又比较充足无需进行充电，为了保持整个系统的高效，仅需发动机单独工作。另外，当电驱动系统出现故障时，为了保证车辆能够继续行驶，也要求发动机单独驱动车辆。 1.3 混合模式：当电池电量较低或车辆需求功率较大时，车辆工作于混合模式中，根据需求转矩与发动机工作于高效区时发出的转矩进行比较，混合模式又可以分成以下几种子模式： 2 使用Cruis

3、e进行仿真 Cruise是由AVL公司发布的一款整车性能仿真分析软件，其自带多种车辆标准零部件模块，通过拖放的方法可以迅速建立车辆的整车模型，并对其进行动力性和经济性仿真。并可与Simulink软件进行通信，方便使用Simulink建立控制策略模型。图1是本文使用Cruise 3.0建立的PHEV整车模型。该车具有发动机和电机两套动力装置，采用并联式结构，发动机和电机可以分别或同时驱动车辆。发动机通过超越离合器与电机机械连接。由于超越离合器只能单向传递扭矩（从发动机向电动机）所以当由电机单独驱动车辆时，电机无需反拖发动机，减少了无谓的能量消耗及机械磨损。模型中发动机参数为1.1L、额定功率48

4、kW，电机最大功率25kW，电池组容量330V/22Ah。 本文中为了表现车辆在行驶时，各个部件的工作情况，特地选取了代表车辆的中高速行驶的EUDC工况，可以反映PHEV在混合工作模式下的表现；以及代表市区内行驶的UDC工况，可以反映PHEV在城市内以纯电动模式行驶时的表现。 PHEV与对照的传统车辆在EUDC工况下的发动机工作点分布见图2。 从图中我们可以看出，在动力电池电量充足的条件下，插电式混合动力汽车发动机的工作点主要分布在高效区，范围集中，工作转速范围在20003500转之间。低速时，发动机不工作。在EUDC循环工况中，发动机仅有28.39%的时间工作。在怠速和低速工况时，控制策略能

5、够成功关闭发动机。而传统车辆的发动机工作点分布较为分散，工作转速范围较宽。车辆有12.96%的时间处于怠速状态，且有43.3%的时间工作在低负荷区域，这对发动机的燃油经济性有很大的影响。从仿真结果来看，在EUDC工况下，PHEV与同排量的传统车相比，燃油消耗降低21.05%。 而在UDC工况中，最高车速为50km/h，可以用来测试插电式混合动力汽车平时的主要工作模式-纯电动模式。从仿真结果来看，当PHEV工作在纯电动模式下时，与传统汽车相比可以显著降低油耗，等效百公里油耗仅有1.59L，降低了78.24%。体现出了巨大的节能优势。按照现在的93号汽油6.56元/升的价格来计算，传统车每百公里燃

6、油成本为50元；PHEV在纯电动模式下行驶时百公里耗电14.586度，按当前0.49元每度的电价计算，考虑充放电损失，成本约在10元/百公里左右。 总结。根据仿真结果可以看出，本控制模型可以有效降低车辆的油耗。但尚存在一些不足：当车速波动时，可能造成发动机频繁启动；控制策略对发动机等的实验数据要求较高，并且无法及时反应参数的变化，导致控制效果降低；本策略计算量较大，需要使用成本较高的芯片。        因此本策略尚有改进空间：加入发动机起动频率的控制，减少发动机短时间内起动的次数；加入道路预判断功能，优化发动机的工作时间；加入参数自动校正功能。 参考文献 1汪斌，李峥，彭红涛，朱禹.CRUISE 软件在混合动力汽车性能仿真中的应用J.汽车科技，2007，(5):38-40. 2王锐，何洪文.基于Cruise的整车动力性能仿真分析J.车辆与动力技术，2009，1