【混合动力汽车控制策略仿真分析案例2900字】

混合动力汽车控制策略仿真分析案例1.1ADVISOR概述ADVISOR（AdvancedVehIcleSimulatOR,高级车辆仿真器）是由美国可再生能源实验室NREL（NationalRenewableEnergyLaboratory）在MATLAB和Simulink软件环境下开发的高级车辆仿真软件。该软件可以对纯电动汽车，混合动力汽车和传统汽车的各种性能如汽车动力性、经济性、排放性及制动性作快速分析。它的优势和特点是模块化，仿真模型，图形化和源代码完全免费开放。目前，ADVISOR已经成为世界汽车行业使用最普遍的电动汽车仿真平台之一[4]。ADVISOR2002是在MATLAB/Simulink软件中开发的，该软件是工程领域最广泛使用的软件，它提供了强大的图形建模和分析功能。因为ADVISOR2002采用了汽车子系统的模块化设计理念，并且仿真模型和源代码是完全免费开放的，所以为国内自主开发各种新的传统和电动车辆提供了极大的帮助和便利。ADVISOR2002软件为用户提供了一系列广泛的汽车组件和电子控制应用程序库，特别是在电动汽车领域应用最为广泛。如今，我国每年都有大量的汽车工程师、研究生和学生加入到ADVISOR2002软件的学习和应用中来。他们围绕ADVISOR软件平台，对电动汽车性能预测、方案设计和控制系统的进行深入的应用研究，并不断创新。1.2

ADVISOR的仿真过程分析车辆仿真主要有两种方法，分别为前向仿真方法和后和仿真方法。前向仿真方法与后向仿真方法的主要区别在于前向仿真方法中的程序中包括驾驶员模型，该模型可以考虑汽车需求速度和当前速度来生成节气门和制动指令；后向仿真则不需要驾驶员模型，而是根据所需的速度直接计算功率需求。在前向仿真中，车辆仿真程序会根据所需的速度和当前速度，使用每个组合元件的数学模型模拟计算来产生节气门指令或制动指令。节气门指令通过仿真计算转换为电机或发动机机的转矩和转速，并根据传动系统效率和传动速度计算转矩和转速。然后根据车辆实际运行中的功率方向传递得出转矩和转速，直至得出车轮的驱动力和车辆行驶速度。前向仿真可以在实际传动系统中处理测量数据，部件各部分之间的关系更接近车辆的实际请况，适合硬件电路系统的开发；但是，前向仿真的缺点是计算量大，从而计算速度慢，传动系统的功率计算还取决于车辆当前状。前向仿真中缺少所需的功率的控制，计算精度相对较低，是一种开放回路控制。在后向仿真中，假定车辆可以满足当前行驶工况的行驶速度需求，并计算出车辆中每个零件的性能。此方法不需要驾驶员参数，而是根据请求的速度路径直接计算车辆所需的动力，该路径将动力向后传输给各个零件以计算所需的扭矩，并将速度转换为转速。后向仿真方法计算沿传动轴的能量消耗时，逐个部件进行计算，方向与车辆功率流动的实际方向相反，然后计算满足驾驶路径要求的能量消耗。后向仿真方法可以测量处于不同转速和转矩下的每个部件的效率特性，从而加快计算速度。缺点是后向仿真必须假定它能够满足道路工况，若系统超过车辆的实际能力，仿真无法实时响应；同时，由于后向仿真方法中使用的每个部件的特性一般是在稳定的条件下测量的，因此在实际计算中不具有动态效果；后向仿真序仍为开放回路控制。前向和后向仿真都各有优缺点，而前向和后向仿真都有一个共同的缺点，即都为单向开放回路控制，无法保证其工作的准确性。

1.3

ADVISOR仿真方法考虑到前向仿真和后向仿真各自的优点和缺点，ADVISOR采用了前向仿真和后向仿真相结合的混合仿真方法，以结合两者各自的优势并弥补各自的劣势。ADVISOR混合仿真时，车辆组合元件必须遵循以下原则:较高层级组合元件所需的扭矩、转速或功率不得超过它们实际需要的扭矩、转速或功率；不考虑影响仿真的非重要因素，例如在前向仿真和后向仿真计算中每个部件的效率相同，同时不考虑某些元件的惯性矩等。仿真过程为纯数学的计算，仿真结果与实际试验结果有偏差的，应通过实际车辆试验验证结果[2]。首先，通过后向仿真方法，ADVISOR根据运行状态要求，以相反于实际功率流的方向，可以计算当前每个组件相对于上一层组件所需的转矩、转速和功率，并将它们逐层向上传递，直到计算出蓄电池模型可以提供的实际功率。ADVISOR在后向仿真计算后，会采用前向仿真方法，从电池模型和发动机模型，以相同于实际动力传输方向的方向，计算目前零件可提供给下一个层级零件的可用转速、扭矩或功率，逐层传递，直到车轮模型，然后得出汽车当前行驶速度。与此同时，在实现了反向仿真获得的汽车速度和正向仿真所需的速度的加权平均值后，ADVISOR将前向仿真所需车速与后向仿真过程计算得到的车速加权平均后，再次将该值作为请求车速输入后向仿真过程，并在一系列重复计算后重新获得前向的计算速度。根据实际需要，将速度与所需速度进行比较，以确定是否需要进一步迭代。图1.1显示

ADVISOR仿真流程，实线表示动力需求方向，虚线表示反馈的方向。ADVISOR混合仿真方法以后向仿真方法作为基础，前向仿真为辅助，采用了闭环控制的思想，大幅提高了仿真的精确性。图1.1ADVISOR仿真流程图1.4车辆模型建立本文采用的车辆结构为并联结构，车辆模型参数如表1.1表1.1车辆模型参数部件参数参数值车辆（VEH_SMCAR）整车整备质量(kg)1935长×宽×高(mm)4756×1850×1681车辆迎风面积(m)2风阻系数0.41轴距(mm)2707前轴轴荷比0.58车轮（WH_SMCAR）前轮滚动阻力系数0.015发动机（FC_SI102_emis）排气量(L)3最大功率(W)102最大转矩(Nm)217电动机（MC_AC59）最大功率(W)59最大转矩(Nm)200过载系数1电池组（ESS_PB25）电池容量(Ah)26最大电压(V)16.5最低电压(V)9.5单体质量(kg)11单体数目25整车的仿真模型如图1.2图1.2整车仿真模型该模型主要包括由发动机模块、整车控制器模块、变速箱及其控制器模块、蓄电池模块、总线模块及其控制器模块、驾驶员模块、车辆模块、离合器及其控制器模块、一体化电动机及环境模块、工况模块。该仿真过程以循环工况为输入端，驾驶员模块根据车辆运行状态和当前工况需求确定车辆需求转矩，并将其转化为加速踏板和制动踏板信号。控制系统通过分析车辆各部件的运行参数，确定车辆的工作模式。且各系统之间是通过数据总线和控制总线进行数据交换的。

上述仿真模型有助于验证和优化现有的控制策略，探索发动机和电动机的控制过程，并评估汽车的经济性、动力性和排放性能。1.5仿真结果本文选用NEDC工况来验证控制策略的可行性,NEDC工况由市区运转循环和市郊运转循环两个部分构成，市区循环包括四个城区循环，每个城区循环又包括加速、减速、怠速、匀速等15个工况，整个循环工况实验距离为4.052km，平均车速19km/h。市郊循环则包括加速、减速、怠速、匀速等13个工况，整个循环工况实验距离6.955km，平均车速62.6km/h。如图1.2为NEDC循环工况车速[1]。图1.2NEDC循环工况车速并联电机助力型控制策略的仿真结果如图1.3，修改后控制策略仿真结果如图1.4。图1.3并联电机助力型控制策略的仿真结果图1.4修改后控制策略仿真结果图中可以看出修改前控制策略燃油消耗为9.9L/100km,修改后控制策略燃油消耗为9.6L/100km，百公里耗油量减少了0.3L，燃油经济性略有提升。1.6修改后控制策略可行性分析图1.5修改前发动机输出转矩图1.6修改后发动机输出转矩图1.5和1.6分别为控制策略修改前后发动机的输出转矩图，可以看出控制策略修改后，发动机的输出转矩在某些时段较修改前大，此时发动机工作在最优转矩曲线上。图1.6修改前控制策略燃油工作点分布图1.7修改后发动机燃油工作点分布图1.8修改前发动机效率图图1.9修改后发动机效率图如图1.6和