混合动力汽车的发展现状

摘要随着科技的发展进步，环境污染在人们的生活中日益严重，汽车作为人类日常生活中不可或缺的交通工具，在给人类提供便捷出行的同事，也给环境带来了无法避免的污染。近年来兴起的纯电动汽车虽然绿色、环保，但是其续驶里程的局限性决定其在目前的发展阶段不可能大范围地推广，因而更兼顾续航和环保的混合动力汽车应运而生。相对的，混合动力汽车不仅具有传统汽车续驶里程长的良好优点，而且具有可比拟纯电动汽车环保性能，具有取代传统汽车成为人们日常生活用车的潜力，有很强的研究意义。混合动力系统，作为混合动力汽车中的关键部分，其工作模式方案和布置方案受到越来越多国内外学者的关注。本文通过分析介绍以及分析一种常见的混合动力系统的行星式动力耦合机构的工作模式，以及对混合动力系统的性能仿真，来说明混合动力系统的优越性。具体分析了混合动力汽车的几种工作模式，如纯电动驱动模式，混合动力驱动模式，发动机驱动模式，再生制动模式等。最后运用了基于MATLAB平台的Advisor软件对整车混合动力系统进行了性能仿真。关键词：混合动力汽车，混合动力系统，工作模式，性能分析AbstractWiththedevelopmentandprogressofscienceandtechnology,environmentalpollutionisbecomingmoreandmoreseriousinpeople'slife.AsanindispensablemeansoftransportationinPeople'sDailylife,carsbringinevitablepollutiontotheenvironmentaswellasthecolleagueswhoprovideconvenienceforpeopletotravel.Inrecentyears,althoughthepureelectricvehicleisgreenandenvironmentalprotection,thelimitationsofitsdrivingrangemakeitimpossibletobewidelypromotedinthecurrentstageofdevelopment.Therefore,hybridelectricvehiclewithbothenduranceandenvironmentalprotectioncomesintobeing.Incontrast,hybridelectricvehiclesnotonlyhavethegoodadvantagesoflongdrivingrangeoftraditionalvehicles,butalsohavetheenvironmentalperformancecomparabletopureelectricvehicles,andhavethepotentialtoreplacetraditionalcarsasvehiclesforPeople'sDailylife,whichhasastrongresearchsignificance.Hybridpowersystem,asakeypartofhybridelectricvehicle,hasattractedmoreandmoreattentionfromdomesticandforeignscholars.Thispaperintroducesandanalyzestheworkingmodeofplanetarydynamiccouplingmechanismofacommonhybridpowersystem,andtheperformancesimulationofhybridpowersystem,toillustratethesuperiorityofhybridpowersystem.Thispaperanalyzesseveralworkingmodesofhybridelectricvehicle,suchaspureelectricdrivemode,hybridelectricdrivemode,enginedrivemode,regenerativebrakingmode,etc.Finally,theAdvisorsoftwarebasedonMATLABplatformisusedtosimulatetheperformanceofthevehiclehybridpowersystem.Keywords:hybridelectricvehicle,hybridsystem,workingmode,performanceanalysis1绪论1.1混合动力汽车的发展现状随着石油资源的减少和科技的飞速发展，全球变暖和燃料能源危机已经成为世界需要解决的两大难题。世界各国对环境保护的重视程度越来越高，治理措施越来越严格，汽车尾气作为排出温室气体二氧化碳的大头，各国都在设法降低汽车的燃料消耗，寻求替代能源，并且投入大量资金开发新能源汽车，以减轻对燃油资源的过分依赖，降低汽车尾气对环境造成的破坏。近几年，我国已经成为世界上最大的汽车产销国，未来几年，我国的汽车产量还将继续增长，因此，我国面对的石油危机问题和环境问题比一般的汽车饱和国家形势更加严峻。为了应对这严峻的问题，我国在新能源汽车的研究上投入的资金和支持力度也比其他国家大得多。图1.1为我国十数年来新能源汽车的发展历程。图1.1我国新能源汽车的发展历程2010年以来，随着国产自主品牌对新能源汽车的研究成熟，我国的新能源汽车市场进入发展期，中低工薪阶层越来越多地会考虑新能源汽车，加上国家将新能源汽车的发展提高到国家战略级，国内自主品牌的新能源汽车市场占有份额逐年提高。我国提出到2020年新能源汽车销量突破500万辆的目标，而其中的中度和重度混合动力乘用车将占比达到百分之50以上。图1.2为2018年我国新能源汽车各季度的销量，可以看到2018一年已经卖了270万辆，而产销量更是在98%以上，而2019年第一季度，卖出的新能源汽车达到了23.8万辆，同季度比增长42.9%，可以看到我国对新能源汽车的需求是有增无减的，而新能源汽车市场的潜力也是巨大的。图1.22018年各季度新能源汽车销售量混合动力耦合系统，取代了传统燃油汽车的变速箱，通过动力耦合功能，能够实现传统汽车意义上的无级变速的功能，典型的耦合系统有丰田普锐斯的THS（ToyotaHybridSystem），能够轻易地使发动机在最佳燃油区域工作，还能通过同轴的发电机将多余能量转化为电能存储在车辆搭载的电池组，因此，混合动力汽车的研发和产业化越来越受到各大车企的关注。动力耦合系统作为混合动力汽车关键部件，其构型设计也是目前的研究难点。行星齿轮机构具有两自由度，能将发动机和电机的转速转矩进行耦合，并且能够实现发动机、电机转矩转速与车轮转矩转速解耦，同时具有电子无级变速等优点，目前被广泛应用于动力耦合系统设计中。动力耦合系统主要工作模式为：纯电动驱动模式，混合动力驱动模式，发动机驱动模式，再生制动模式等。1.2混合动力耦合系统的几种基本构型混合动力汽车中，对内燃机和电机动力进行耦合输出的动力耦合系统的研究也是目前汽车行业的热点。动力耦合系统的结构直接决定了混合动力汽车的运行模式，也是整车控制策略制定的依据，直接关系到整车经济性，驱动模式和动力性。目前市场上主要的混合动力汽车也有着不同的动力耦合系统方案和技术路线。一是行星齿轮的动力耦合系统，如丰田THS、通用Volt。二是采用定轴齿轮的动力耦合系统，如本田i-MMD，比亚迪秦的混合动力系统。本节主要对行星式和定轴齿轮式两种动力耦合系统进行介绍和对比，分析其优缺点。1.2.1定轴齿轮的动力耦合系统定轴式动力耦合系统是指所有轴的旋转中心固定不变的机电耦合系统，根据集成电机数量，可分为单电机式定轴式动力耦合系统和双电机式定轴动力耦合系统。国内的的单电机定轴式动力耦合系统主要有舍弗勒P2、比亚迪秦等混合动力系统，而双电机定轴式机电耦合系统主要有本田i-MMD、欧蓝德PHEV前驱系统等。采用定轴式动力耦合系统的混合动力汽车，其缺点是可实现的驱动模式较少，主要耦合方式有电耦合和转矩耦合。电耦合时，可独立控制发动机运行工况，控制发动机工作在最经济区域。但能量经二次转化后，总体传动效率将有所降低。转矩耦合时，发动机的转矩可控，转速不可独立控制，因而可以通过控制电机转矩，使发动机工作在经济区域，为定速比传动，这就使得转矩耦合时不可变速。但采取增加多挡位的设置，能够使发动机运行在更小更精确的经济区域。相对的，定轴式动力耦合系统最大的优点是它的结构简单，混动驱动模式动力传递路径比较单一，控制相对简单，传动效率高，也方便在传统车现有结构上进行改装。1.2.2行星式动力耦合系统行星式动力耦合系统是指采用行星齿轮进行动力耦合和传动的动力耦合系统。采用行星齿轮式机电耦合系统的混合动力汽车一般会搭载双电机。常见的丰田THS、通用Volt、科力远CHS等均为行星式动力耦合系统。不同的行星式动力耦合系统的主要差异是在行星齿轮的型式和数量。一是单行星式动力耦合系统，如丰田的THS系统。二是双行星式动力耦合系统，如通用Volt系统。行星式动力耦合系统相对于定轴式动力耦合系统来说，可实现更多的混合驱动模式，以转速耦合为主，发动机转速可独立控制。即通过调节电机转速，在不改变发动机转速的情况下，使发动机工作在经济区域。也可通过连续调整电机转速使车速连续变化，实现无级变速。通过不同的混动模式，改变动力传递路径，以实现在不同工况下均保持较高的系统效率。相对地，行星式动力耦合系统的缺点是其结构和控制相对复杂。但是同时地，它具有更多的工作模式和动力传递路径的设置方式，系统效率可维持在一个较高的水平，还可以实现无级变速功能，相比与定轴式耦合系统，无须再单独设置变速器。1.3课题来源及本文主要内容近年混合动力汽车越来越受到关注，研究混合动力系统和动力耦合模式，对其做出性能仿真研究对本科阶段来说也变得有必要性。本课题主要研究内容如下：因行星式动力耦合系统的可塑性以及创新性比起定轴式动力耦合系统要高的多，本文将分析一种双行星式混合动力系统，对其工作原理进行简单地介绍，并分析它的各种工作模式。选取一种车型，参考其性能指标要求，在满足其要求的情况下，对其进行参数匹配，匹配参数的部件具体有，发电机，发动机，行星排的特征参数等。在（2）此基础上，运用基于MATLAB平台的Advisor仿真软件，对整车在不同工况下进行性能仿真，对比传统燃油汽车，分析其经济性和动力性。

2混合动力系统工作模式分析根据不同工况的动力需求，配合上动力分配系统来切换适合的工作模式。使得发动机工作一直工作在最经济区域，从而改善汽车的油耗特性与排放性能，是混合动力汽车相比于传统燃油汽车最大的优势。本节将简单讲述行星式混合动力系统的原理，并且举例一种行星式混合动力系统的构型，就其在各工作模式，如纯电动驱动、发电机驱动、混合驱动、再生制动等多种典型工作模式下的功率分流与转速转矩特性进行分析。2.1行星式混合动力系统原理2.1.1行星式混合动力耦合系统的工作原理行星轮系结构简图，由内而外分别是太阳轮、行星齿轮、行星架和齿圈。其中，行星齿轮固定安装在行星架上，太阳轮与行星齿轮啮合，行星齿轮与齿圈啮合。如下图2.1所示。图2.1行星齿轮机构2.1.2行星式混合动力系统的转速特性和转矩合成特性行星机构3个构件的转速满足式子（2.1）：上式中，在满足行星机构各构件之间的摩擦条件时，即各构件的摩擦小到可以忽略不计时，由行星式混合动力系统满足转矩平衡（式2.2）和功率平衡（式2.3） （2.2）（2.3）可以得到，转矩合成关系（式2.4）：（2.4）上式中，2.1.3混合动力系统布置构型方案现给一种出双行星排式动力耦合系统构型图，如图2.2所示。图2.2双行星排式动力耦合系统构型图1-发动机2-扭转减振器3-电机MG14a-动力分配行星齿轮排4b-电机减速行星齿轮排5-电机MG26-复合齿圈7-主减速器齿轮8-驱动桥由图可见，系统中包含负责前排动力分配的行星齿轮和负责后排电机减速行星齿轮。电机MG1和前排太阳轮相连，行星架通过扭转减振器和发动机相连，后排太阳轮和电机MG2相连，且后排行星架固定不动，前后排共用复合齿圈，系统的动力最终通过复合齿圈输出到减速齿轮驱动车辆。为了便于分析，对其结构做出简化，画出其结构简图。如图2.3，S，C，R分别表示行星排的太阳轮、行星架、齿圈。图2.3双行星排动力耦合系统结构简图下面将依托结构简图，对该种行星式混合动力系统的工作模式进行分析。2.2纯电动驱动模式纯电动驱动模式适用于混合动力汽车起步、倒车或者是小负荷的行驶工况，特别是城市市区低速的行驶工况。该模式下可以实现无污染，零排放。当车辆需求转矩较低且电池SOC大于预先设定值时，进入纯电动运行模式。纯电动机驱动模式下，制动器工作，MG1和MG2工作状态根据负载相应调整，可以选择MG2单独驱动车轮，也可以是MG1和MG2共同驱动车轮，使得两个电机均工作在最佳效率区域。纯电动驱动模式的动力传递路线如图2.4所示。图2.4纯电动驱动工作模式的动力传递图2.3发动机驱动模式发动机启动后，当车辆以较高车速行驶时，所需的驱动功率处于发动机的高效工作区，此时汽车工作在发动机单独驱动模式下。该模式下，MG1用以调速，输出功率很小，MG2空转。该模式的动力传递路线如图2.5所示。图2.5发动机驱动工作模式的动力传递图2.4混合动力驱动模式当车辆需求转矩大于设定值或电池SOC小于等于设定值时，仅靠发动机驱动会使发动机的工作点不在其高效区。而混合动力模式能够改善这种大负荷工况(如超车、加速等)下的燃油经济性和排放性。此时混合动力汽车进入混合驱动模式，发动机、电机MG1和电机MG2同时作为动力源协调工作，其中发动机为主要驱动源，电机MG1和电机MG2进行辅助驱动，经行星机构动力耦合之后，使发动机工作在高效率区域。该模式的动力传递路线如图2.6所示。图2.6混合动力驱动工作模式的动力传递图2.5驻车发电电模式当汽车短暂停车时，如过红绿灯，短时拥堵的情况下，为了避免发动机频繁起停，或者是当发动机处于怠速工况下，当发动机处于怠速状态时，此时发动机燃油经济性最差，同时对空气的污染也最为严重。此时开启驻车充电模式可以有效的解决这一问题，同时提高整车燃油经济性，同时维持电量水平，车辆工作在驻车发电模式下。该模式常用于城市交通拥挤的情况，MG2停转，发动机带动MG1发电。该模式的动力传递路线如图2.7所示。图2.7驻车发电工作模式的动力传递图2.6再生制动模式汽车制动减速过程，电机MG1和MG2可进行动力回收，将车辆动能转化为电能存储至电池。根据减速前的行车状况．再生制动分为无发动机拖动再生制动（低速）和有发动机拖动再生制动（高速）两种形式。2.6.1低速行驶工况车辆低速行驶减速时，只有电机参与驱动，发动机停转时，制动器工作，MG1和MG2同时发电，提高能量回收效率。该模式的动力传递路线如图2.8所示。图2.8低速减速再生制动工作模式的动力传递图2.6.2高速行驶工况车辆高速行驶减速，汽车发动机、电机都参与工作时，为保护行星齿轮组，发动机不停机并保持一定的转速；或车辆下长坡、短暂制动时，采用电动机发动机联合制动，此时汽车工作在能量再生制动模式。在该工作模式下，发动机保持转动，两个电机作为发电机为电池充电。该模式有效地将汽车多余动能进行能量转化，降低汽车的燃油消耗。该模式的动力传递路线如图2.9所示。图2.9高速减速再生制动工作模式的动力传递图2.7控制策略车辆在运行的过程中，由于工况的实时变化情况十分复杂，为了保持系统较高的效率，必须要有控制系统来控制MG1、MG2和发动机的开合，来将系统分为纯电动、混合驱动、再生制动、驻车充电等工作方式。常用的控制策略的有：基于逻辑门限的电辅助控制策略、模糊控制策略、动态自适应控制策略，这几种控制策略都可以基于上述要求和目标来进行整车优化控制。不同的控制策略有不同的优点，为了充分发挥混合动力汽车的优势，使其性能得以充分发挥，采取基于逻辑门限的电辅助控制策略。表2.1是车辆在不同模式下，各个部件的工作状态。表中，“1”表示部件处于工作状态，“0”表示部件处于未工作状态。表2.1不同模式对应的部件工作状态

工作模式发动机MG1MG2纯电动001发动机驱动100混合驱动111再生制动101/01再生制动2111驻车充电1103整车参数匹配设计3.1整车主要技术参数本文选取广汽丰田生产的雷凌1.8HGS作为参考车型，其主要参数如表3.1表3.1雷凌1.8HGS的主要参数长x宽x高（mm）4630x1775x148轴距（mm）2700前/后轮距（mm）1535/1535整备质量（kg）1380最小转弯半径（m）5.4油箱容积（L）45轮胎尺寸195/65R15本车的结构性能指标如表3.2所示表3.2整车主要技术参数参数指标整备质量（kg）1380满载质量（kg）1800滚动阻力系数f0.015迎风面积A（㎡）2.42风阻系数0.29轮胎滚动半径（m）0.317传动系效率0.943.1.1其他技术参数表3.3其他技术参数指标参数指标纯电动驱动最高车速（km/h）≥120混合动力驱动最高车速（km/h）≥180百公里加速时间（s）7-10s发动机单独驱动最高车速（km/h）≥150最大爬坡度（%）35

3.2行星排特征参数的确定行星齿轮机构的结构固定时，其太阳轮转速、行星架转速、齿圈转速与特征常数满足关系式（2.1）。所以，空间上，太阳轮、行星架和齿圈的运动面构成了一个转速平面，我们称之为特征转速平面。将行星齿轮系统中外齿圈的转速、发动机转速和电机转速分别作为空间的轴，构建直角坐标系，则这三个转速的转速范围可以确定一个立方体。行星排参数，可由转速平面在立方体中的截面和该立方体的最大截面的最小夹角来确定。也就是说，使得特征转速平面的法向量n和最大截面的法向量b与的夹角最小。两向量中，分别表示发动机最大转速、MG1最大转速和外齿圈的最大转速，而由最高车速时对应的外齿圈转速与MG2最大转速时对应的外齿圈转速决定，而。下节将会提到rpm，，在MATLAB上编程得到夹角和特征参数的变化关系图，如图3.1所示。图3.1夹角和特征参数的变化关系图中显示，当大约在2.5时夹角最小，考虑实际结构中各个部件的影响，对行星排特征参数进行优选，来获得最佳的。，代人最高发动机转速、最大车速时外齿圈的转速可得MG1电机的行星排的特征参数=2.68。由于MG2电机行星排的行星架固定，其特征参数的确定相对简单，由MG2的最大工作转速以及最高车速时外齿圈转速确定，即得=2.62。3.3发动机的选择3.3.1选择发动机类型目前汽车上搭载的常见发动机有：四冲程汽油发动机、柴油发动机、燃气轮机、斯特林发动机以及转子发动机。转子发动机缺点为油耗不低、容易磨损、污染大。燃气轮机虽然结构紧凑、振动小，但运行时噪声过。相对的，四冲程汽油发动机重量不大、启动性能较好、工作稳得、热功率大、升功率高，故本文选用四冲程汽油发动机。3.3.2发动机参数匹配本节选取的车辆对象主要用于市区代步，在交通拥堵的时候选择纯电动驱动，在高速巡航的时候发动机单独驱动或是混合驱动。根据车型的主要用途，选择发动机的主要原则是在发动机单独驱动时，提供的动力要满足最高车速时瞬时功率的要求。因此有 参考《汽车理论》，有其中，式中，其他参数参考3.1进行选择，代入求得此外，根据最大爬坡度计算，有式中v=30km/h，，代入参数求得，考虑到附件功率，以及额外的一些负载所消耗的功率，还有预留10%左右的充电功率裕量，因此选择的发动机最大功率应该大于计算出来的最大功率。最终选择的发动机参数如下表3.1所示。表3.1选型的发动机参数名称参数指标最大功率（kW）78最高转速（rpm）5200排量（L）1.5最大转矩（N·m）1443.4驱动电机的选型和参数匹配3.4.1选择电机类型本文说研究的混合动力系统为双电机行星式动力耦合系统，在面对不同的复杂工况时，电机需要频繁地开启或者关闭，对电机的安全性和性能优劣有着较高的要求。此外，混合动力系统不但要求驱动电机在纯电动工作模式下驱动汽车行驶，在爬坡和加速等工况下，协同发动机调速，提供不同工况工作下所需的功率。制动时，还要满足再生制动要求。因此，为了应对各种不同的工况，电机需要满足的性能要求有：（1）可靠性好，过载能力强，抗震性好，稳定性强；（2）具有较大范围的启动转矩以及较宽的调速范围，以满足车辆需求的加速性能要求；（3）考虑安全性、经济性等条件，在满足上述条件的情况下应尽量减小电机尺寸和质量，合理选择电机电压等级。汽车里常见的几种不同电机主要有：直流电动机、交流异步电动机、永磁同步电机以及开关磁阻电机。表3.2对几种电机的性能做出了分析比较。表3.2主流电机的性能对比类型直流电动机交流异步电动机开关磁阻电动机永磁同步电机功率密度低中较高高过载能力200300~500300~500300转速范围4000~600012000~20000＞150004000~10000可靠性一般好好很好价格低高中高尺寸大中小小对比表格可知，交流异步电动机、永磁同步电机以及开关磁阻电机均具有电机质量轻、外形尺寸小、可靠性能好以及操作性能好等优点。由于永磁同步电机相对其它电机质量轻，功率密度较高和操作性能好等优点。能够满足混合动力系统对电机工作环境的要求。因此选用永磁同步电机作为本文选型电机。3.4.2电机参数匹配驱动电机所需要匹配参数为：电机的额定功率、最大功率、最高转速、额定转速以及最大扭矩等。根据混合动力汽车的最高车速、最大爬坡度、百公里加速等指标要求进行驱动电机主要参数匹配。结合利用整车动力性能进行电机参数匹配，计算过程如下纯电动驱动时，应该满足最高车速要求，由此计算电机最高功率式中，其他性能指标参数参考3.1，将以上参数代入式中计算可得。纯电动驱动时，应该满足最大爬坡度，由此计算电机最高功率式中v=30km/h，，代入参数求得。纯电动驱动加速时，应能使汽车在规定的时间指标内完成百公里加速，式中，t=10s，k为时间擦行数，取k=0.6即10s内要求纯电动驱动模式能加速到100km/h，代入数据计算得26.6kW。综上所诉，驱动电机的额定功率应该大于18kW，最大功率应不低于42.8kW。故选取的电机基本参数如表3.3所示。表3.3驱动电机的基本参数参数名称参数值额定功率（kW）25最大功率（kW）53最高转速（rpm）9000最大扭矩（N·m）2073.5电池组功率的确定3.5.1动力电池的类型选择动力电池作为混合动力汽车上重要的储能部件，承担着纯电动工作模式下提供动力源、为车上的电气设备提供电源、再生制动工作模式下回收能量等功能。所以，动力电池要较高的比能量、比功率、较大的充放电效率和安全环保等优点。目前，应用比较广泛的电池有：铅酸电池、镍氢电池以及锂离子电池。铅酸电池应用最为广泛，具有技术成熟、价格低廉以及可靠性能好等优点。但是它的比能量、比功率低、自放电率高以及循环寿命低等，同时，铅酸电池容易对环境产生危害。镍氢电池是新一代绿色电池，不含有铅、铬等重金属污染元素，不会对环境带来污染。该电池具有较高的比能量和比功率，充放电效率高，具有较高的使用安全性以及循环寿命高等优点。镍氢电池的唯一缺点是价格较高，使得汽车整体生产成本提高。锂离子电池则是具有无记忆性、比能量和比功率高、循环寿命高以及安全可靠等优点。动力电池性能的优劣在一定程度上影响汽车的最大行驶里程。对动力电池性能要求主要有：比能高量、比功率高、安全性能高、寿命长以及生产成本相对低，易于回收利用。表3.4为几种常见电池的性能及优缺点对比表3.4三种动力电池对比锂离子电池镍氢电池铅酸电视比能量（Wh/kg）100-16060-9030-50比功率（W/kg）250-400160-230150-200寿命（次）800-1200600-1200500-700污染性无无有记忆效应无有有自放电率%6-930-353通过对比发现，锂离子电池在比能量、比功率、充放电寿命等方面都优于铅酸电池和镍氢电池。锂离子电池也是被常用于混合动力汽车和纯电动汽车上，所以本文动力电池选用锂离子电池。3.5.2动力电池的功率参数为了保证用电安全，确保电池放电不超过允许的最大值，取电池电压等级为330V。动力电池为电动机提供输入功率，因此动力电池的功率参数由电机的额定功率决定，电池功率参数计算公式为：其中，代入计算得，kW，考虑到额外负载需要消耗一定的功率，取。3.5.3动力电池容量参数动力电池容量参数关系到汽车在动力电池参与驱动下，能行驶的最大里程。动力电池可用能量可通过对汽车行驶循环工况计算出，然后根据电池放电深度可求得动力电池总容量，其计算公式为：其中，代入数值计算得电池容量参数。最终选定的电池基本参数如表3.5所示表3.5锂离子电池参数参数名称数值电池参数锂离子电池电池模块数92电池容量（KWh）7.5单体额定电压（V）3.6

4混合动力汽车的参数仿真及分析在新能源汽车如电动汽车，混合动力汽车的改良、研制和创新中，为了节约成本和时间，加快进度，一般都需要采用仿真软件，其已经成为必不可少的重要工具，尤其是在信息、计算机技术飞速发展的今天。利用计算机的仿真与分析，用户可以方便地通过整车及部件建模，行驶工况的仿真分析，来检验产品的相关性能，从而减少了样车的制作与真车实验的开展，减短了新产品的开发时长，使研发成本大大下降。电动汽车的仿真软件在上世纪70年代开始在国外得到了快速发展。目前，主要的汽车仿真软件有以下几种：源于USA的ADVISOR软件、CarSim软件、由Austria的公司开发的AVL-Cruise软件、由美国MSC公司推出的虚拟样机分析软件ADAMS等。其中ADVISOR软件是免费对外的，使用者可以直接容易地分析ADVISOR的模型与工作过程，具有一定的优越性，因此本文采用ADVISOR软件来进行混联式混合动力汽车的仿真分析。4.1整车模型的建立Advisor软件建立了发动机、离合器、变速器、动力电池和电动机等仿真模型且各个模型都有标准的数据输入/输出端口，用于模型间的数据传递，此外，用户可以在现有模型的基础上，按需对一些模块进行参数的修改，然后重新组装汽车模型，从而可大大提高建模效率。混联式混合动力汽车的整车模型见图4.1。在该图内，若其中箭头的方向为由左指向右，则这一仿真方法属于后向仿真；若其中箭头的方向为由右指向左，则这一仿真方法属于前向仿真。图4.1混联式混动汽车仿真模型4.2整车仿真参数的输入在Advisor软件中，整车参数的输入界面如下图4.2所示。在选择了汽车的部件之后，可以进一步改变参数值。有两种方法可改变参数值：一是通过整车参数输入窗口底部的Variable栏，与参数编辑键[EditVar]共同修改参数值；二是在部件的右边的编辑框内直接输入参数值。在参数设定好之后，单击Continue键，即可进入下一步的操作。图4.2整车参数输入界面4.2.1整车与轮胎参数的设置在ADVISOR软件中，可以通过修改.m文件来修改整车参数：VEH_PRIUS_JPN，参数修改如下：Veh_mass=1800Veh_CD=0.29Veh_FA=2.42Veh_wheelbase=2.700车轮与轮胎的控制文件为：WH_PRIUS_JPN,参数修改为：Wh_1st_rrc=0.015Wh_radius=0.3174.2.2发动机与驱动电机参数的设置燃料转换器控制文件:FC_PRIUS_JPN，参数修改如下：Fc_inertia=0.15Fc_max_pwr=78Fc_eff_scale=2.44电动机控制文件：MC_PRIUS_JPN，参数修改为：Mc_trq_scale=1.64Mc_max_pwr=534.2.3动力电池与发电机参数设置能量存储系统的type选择为li，其控制文件为：ESS_LI7_temp，参数修改如下：Ess_module_num=40Ess_max_volts=12Ess_max_ah_cap=[454545]发电机的控制文件为：GC_PRIUS_JPN,参数修改为：Gc_trq_scale=1.66Gc_max_pwr=25图4.3仿真条件参数界面4.3仿真条件的设置在图4.3的界面的右边使用者可以对工况进行选择以及对试验的条件进行设置。另外，使用者还可以对3个参数进行分析，以观察不同参数对汽车性能的影响。选择标准循环行驶工况为了得到更加准确的仿真结果，显示混联式混合动力汽车的特点和优势，选择美国城市驱动工况CYC_UDDS作为循环工况。该工况的行驶条件设计如图5.4所示。图4.4UDDS循环工况数据设定整车初始状态选择循环工况之后，点击图4.3中的InitialConditions按钮，可出现如图4.5所示的设置界面，设定汽车初始状态参数如下：设定空阻系数air_cp=1009；设定ess_init_soc=1.0；选择其他各部件的工作温度为20。图4.5整车初始状态设置界面设定加速性能测试条件在设定整车初始状态条件后，需要设置加速性能测试的条件，以测试汽车的动力性指标，准确地得出仿真结果。在图4.3的仿真参数设置界面中勾选AccelerationTest选项，点击AccelOptions按钮即可进入加速性能测试条件设置界面，如图4.6所示；设定汽车加速性能的测试条件如下：设置变速器换挡延迟时间ShiftDelay为0.2s；选择全混合动力运行（选择AllSystemsEnableda)，即发动机与驱动电机同时工作；当测试汽车纯电续航里程时，则选择FuelConverterDisabled；动力电池初始SOC值（lnitialSOC）设置为1。设置整车装备质量为180