【混合動力汽車控制策略仿真分析案例2900字】

混合動力汽車控制策略仿真分析案例1.1ADVISOR概述ADVISOR（AdvancedVehIcleSimulatOR,高級車輛仿真器）是由美國可再生能源實驗室NREL（NationalRenewableEnergyLaboratory）在MATLAB和Simulink軟件環境下開發的高級車輛仿真軟件。該軟件可以對純電動汽車，混合動力汽車和傳統汽車的各種性能如汽車動力性、經濟性、排放性及制動性作快速分析。它的優勢和特點是模塊化，仿真模型，圖形化和源代碼完全免費開放。目前，ADVISOR已經成為世界汽車行業使用最普遍的電動汽車仿真平臺之一[4]。ADVISOR2002是在MATLAB/Simulink軟件中開發的，該軟件是工程領域最廣泛使用的軟件，它提供了強大的圖形建模和分析功能。因為ADVISOR2002采用了汽車子系統的模塊化設計理念，并且仿真模型和源代碼是完全免費開放的，所以為國內自主開發各種新的傳統和電動車輛提供了極大的幫助和便利。ADVISOR2002軟件為用戶提供了一系列廣泛的汽車組件和電子控制應用程序庫，特別是在電動汽車領域應用最為廣泛。如今，我國每年都有大量的汽車工程師、研究生和學生加入到ADVISOR2002軟件的學習和應用中來。他們圍繞ADVISOR軟件平臺，對電動汽車性能預測、方案設計和控制系統的進行深入的應用研究，并不斷創新。1.2

ADVISOR的仿真過程分析車輛仿真主要有兩種方法，分別為前向仿真方法和后和仿真方法。前向仿真方法與后向仿真方法的主要區別在于前向仿真方法中的程序中包括駕駛員模型，該模型可以考慮汽車需求速度和當前速度來生成節氣門和制動指令；后向仿真則不需要駕駛員模型，而是根據所需的速度直接計算功率需求。在前向仿真中，車輛仿真程序會根據所需的速度和當前速度，使用每個組合元件的數學模型模擬計算來產生節氣門指令或制動指令。節氣門指令通過仿真計算轉換為電機或發動機機的轉矩和轉速，并根據傳動系統效率和傳動速度計算轉矩和轉速。然后根據車輛實際運行中的功率方向傳遞得出轉矩和轉速，直至得出車輪的驅動力和車輛行駛速度。前向仿真可以在實際傳動系統中處理測量數據，部件各部分之間的關系更接近車輛的實際請況，適合硬件電路系統的開發；但是，前向仿真的缺點是計算量大，從而計算速度慢，傳動系統的功率計算還取決于車輛當前狀。前向仿真中缺少所需的功率的控制，計算精度相對較低，是一種開放回路控制。在后向仿真中，假定車輛可以滿足當前行駛工況的行駛速度需求，并計算出車輛中每個零件的性能。此方法不需要駕駛員參數，而是根據請求的速度路徑直接計算車輛所需的動力，該路徑將動力向后傳輸給各個零件以計算所需的扭矩，并將速度轉換為轉速。后向仿真方法計算沿傳動軸的能量消耗時，逐個部件進行計算，方向與車輛功率流動的實際方向相反，然后計算滿足駕駛路徑要求的能量消耗。后向仿真方法可以測量處于不同轉速和轉矩下的每個部件的效率特性，從而加快計算速度。缺點是后向仿真必須假定它能夠滿足道路工況，若系統超過車輛的實際能力，仿真無法實時響應；同時，由于后向仿真方法中使用的每個部件的特性一般是在穩定的條件下測量的，因此在實際計算中不具有動態效果；后向仿真序仍為開放回路控制。前向和后向仿真都各有優缺點，而前向和后向仿真都有一個共同的缺點，即都為單向開放回路控制，無法保證其工作的準確性。

1.3

ADVISOR仿真方法考慮到前向仿真和后向仿真各自的優點和缺點，ADVISOR采用了前向仿真和后向仿真相結合的混合仿真方法，以結合兩者各自的優勢并彌補各自的劣勢。ADVISOR混合仿真時，車輛組合元件必須遵循以下原則:較高層級組合元件所需的扭矩、轉速或功率不得超過它們實際需要的扭矩、轉速或功率；不考慮影響仿真的非重要因素，例如在前向仿真和后向仿真計算中每個部件的效率相同，同時不考慮某些元件的慣性矩等。仿真過程為純數學的計算，仿真結果與實際試驗結果有偏差的，應通過實際車輛試驗驗證結果[2]。首先，通過后向仿真方法，ADVISOR根據運行狀態要求，以相反于實際功率流的方向，可以計算當前每個組件相對于上一層組件所需的轉矩、轉速和功率，并將它們逐層向上傳遞，直到計算出蓄電池模型可以提供的實際功率。ADVISOR在后向仿真計算后，會采用前向仿真方法，從電池模型和發動機模型，以相同于實際動力傳輸方向的方向，計算目前零件可提供給下一個層級零件的可用轉速、扭矩或功率，逐層傳遞，直到車輪模型，然后得出汽車當前行駛速度。與此同時，在實現了反向仿真獲得的汽車速度和正向仿真所需的速度的加權平均值后，ADVISOR將前向仿真所需車速與后向仿真過程計算得到的車速加權平均后，再次將該值作為請求車速輸入后向仿真過程，并在一系列重復計算后重新獲得前向的計算速度。根據實際需要，將速度與所需速度進行比較，以確定是否需要進一步迭代。圖1.1顯示

ADVISOR仿真流程，實線表示動力需求方向，虛線表示反饋的方向。ADVISOR混合仿真方法以后向仿真方法作為基礎，前向仿真為輔助，采用了閉環控制的思想，大幅提高了仿真的精確性。圖1.1ADVISOR仿真流程圖1.4車輛模型建立本文采用的車輛結構為并聯結構，車輛模型參數如表1.1表1.1車輛模型參數部件參數參數值車輛（VEH_SMCAR）整車整備質量(kg)1935長×寬×高(mm)4756×1850×1681車輛迎風面積(m)2風阻系數0.41軸距(mm)2707前軸軸荷比0.58車輪（WH_SMCAR）前輪滾動阻力系數0.015發動機（FC_SI102_emis）排氣量(L)3最大功率(W)102最大轉矩(Nm)217電動機（MC_AC59）最大功率(W)59最大轉矩(Nm)200過載系數1電池組（ESS_PB25）電池容量(Ah)26最大電壓(V)16.5最低電壓(V)9.5單體質量(kg)11單體數目25整車的仿真模型如圖1.2圖1.2整車仿真模型該模型主要包括由發動機模塊、整車控制器模塊、變速箱及其控制器模塊、蓄電池模塊、總線模塊及其控制器模塊、駕駛員模塊、車輛模塊、離合器及其控制器模塊、一體化電動機及環境模塊、工況模塊。該仿真過程以循環工況為輸入端，駕駛員模塊根據車輛運行狀態和當前工況需求確定車輛需求轉矩，并將其轉化為加速踏板和制動踏板信號。控制系統通過分析車輛各部件的運行參數，確定車輛的工作模式。且各系統之間是通過數據總線和控制總線進行數據交換的。

上述仿真模型有助于驗證和優化現有的控制策略，探索發動機和電動機的控制過程，并評估汽車的經濟性、動力性和排放性能。1.5仿真結果本文選用NEDC工況來驗證控制策略的可行性,NEDC工況由市區運轉循環和市郊運轉循環兩個部分構成，市區循環包括四個城區循環，每個城區循環又包括加速、減速、怠速、勻速等15個工況，整個循環工況實驗距離為4.052km，平均車速19km/h。市郊循環則包括加速、減速、怠速、勻速等13個工況，整個循環工況實驗距離6.955km，平均車速62.6km/h。如圖1.2為NEDC循環工況車速[1]。圖1.2NEDC循環工況車速并聯電機助力型控制策略的仿真結果如圖1.3，修改后控制策略仿真結果如圖1.4。圖1.3并聯電機助力型控制策略的仿真結果圖1.4修改后控制策略仿真結果圖中可以看出修改前控制策略燃油消耗為9.9L/100km,修改后控制策略燃油消耗為9.6L/100km，百公里耗油量減少了0.3L，燃油經濟性略有提升。1.6修改后控制策略可行性分析圖1.5修改前發動機輸出轉矩圖1.6修改后發動機輸出轉矩圖1.5和1.6分別為控制策略修改前后發動機的輸出轉矩圖，可以看出控制策略修改后，發動機的輸出轉矩在某些時段較修改前大，此時發動機工作在最優轉矩曲線上。圖1.6修改前控制策略燃油工作點分布圖1.7修改后發動機燃油工作點分布圖1.8修改前發動機效率圖圖1.9修改后發動機效率圖如圖1.6和