ADVISOR二次開發(fā)的混合動力系統(tǒng)設(shè)計與仿真研究論文

　　 引言

　　環(huán)境保護部最近發(fā)布的《2013年中國機動車污染防治年報》顯示，機動車的尾氣排放已成為我國空氣污染的重要來源�；旌蟿恿ζ�車和電動車是當(dāng)前改善或解決汽車尾氣污染的一個行之有效的方法之一。計算機仿真是研究混合動力汽車的重要手段，有利于縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。目前，國內(nèi)外研究者研究混合動力汽車使用的計算機仿真軟件主要有CRUISE、CarSim、PSAT和ADVISOR，其中ADVISOR是在MATLAB/SIMULINK環(huán)境下采用模塊化的編程語言，最大的優(yōu)點在于其代碼完全公開，便于使用者自主掌握和二次開發(fā)。ADVISOR是由美國NationalRenewableEnergyLaboratory開發(fā)，采用后向仿真為主、前向仿真輔助的混合仿真方法，主要可以實現(xiàn)車輛總成參數(shù)匹配與優(yōu)化、車輛動力性能與經(jīng)濟性仿真分析、車輛能量管理策略評價等功能。但是，ADVISOR軟件也有自身的缺陷，它提供的汽車仿真模型是有限的，只適合于單軸前輪驅(qū)動的車輛仿真。本文針對某后輪驅(qū)動的混合動力城市客車，以MATLAB/SIMULINK為平臺，利用其開放的代碼和內(nèi)部通用的子模塊，對ADVISOR軟件進行二次開發(fā)，建立整車仿真模型，并進行仿真分析，為該車的研制提供了有力的依據(jù)。

　　1 ADVISOR混合動力仿真系統(tǒng)二次開發(fā)

　　1.1 混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

　　文中所研究的混合動力汽車是一后輪驅(qū)動的城市公交車，其動力系統(tǒng)采用并聯(lián)式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。動力系統(tǒng)中采用了ISG電機，ISG是起動發(fā)電一體機，在混合動力汽車有較多的應(yīng)用。動力系統(tǒng)可以實現(xiàn)多種工作模式，如：1)在車輛起步或低速運轉(zhuǎn)，且蓄電池的荷電狀態(tài)SOC值大于下限值時，發(fā)動機關(guān)閉，由蓄電池組給ISG電機供電驅(qū)動車輛;2)當(dāng)車輛在中高速運轉(zhuǎn)時，發(fā)動機效率較高，蓄電池組停止工作，由發(fā)動機單獨驅(qū)動車輛;3)當(dāng)需求轉(zhuǎn)矩大于發(fā)動機能提供的轉(zhuǎn)矩時，發(fā)動機與蓄電池組同時工作，共同提供轉(zhuǎn)矩驅(qū)動車輛;4)車輛在怠速、制動、下坡時，機械能經(jīng)ISG電機產(chǎn)生電能并存儲于蓄電池組中。

　　1.2 混合動力系統(tǒng)仿真模型的二次開發(fā)

　　混合動力系統(tǒng)采用的是后輪驅(qū)動形式，而ADVISOR軟件原有的仿真模型只有前輪驅(qū)動，差異性較大。為了達到研究目的，因此需要對ADVISOR中相關(guān)的仿真模塊進行二次開發(fā)。

　　ADVISOR中前驅(qū)仿真模型的建立思路是，首先建立并求解出車輛在坡度路面的動力學(xué)方程，再依據(jù)動力學(xué)方程創(chuàng)建SIMULINK模型。下面對坡度路面的后輪驅(qū)動車輛進行受力分析，如圖2所示，假設(shè)此時車輛是極限附著，車輛初始速度為V0，在最大附著力Fmax下產(chǎn)生的最大末速度為Vt。其中，F(xiàn)W、Ff、Fi分別是車輛所受的空氣阻力、滾動阻力和坡度阻力，F(xiàn)n是驅(qū)動輪所受的垂直載荷。

　　1.3 混合動力系統(tǒng)控制策略模型設(shè)計

　　ADVISOR中的部分模型是以經(jīng)驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立的`穩(wěn)態(tài)模型，仿真效果不佳;并且本文研究的仿真車輛的控制策略與ADVISOR中現(xiàn)有的控制策略不同。因此，在此需要對控制策略進行重新設(shè)計。由于車輛本身是一個非線性系統(tǒng)，若采用傳統(tǒng)的PID控制，需要將非線性系統(tǒng)進行線性化，控制器的設(shè)計很費時間。故文中并聯(lián)式混合動力車輛采用的是模糊邏輯控制，主要利用車輛的踏板開度、車速和SOC之間的關(guān)系作為動力分配的主要依據(jù)，經(jīng)過模糊邏輯動力分配控制器模組，使發(fā)動機和馬達的動力保持最佳分配。

　　2 仿真與結(jié)果分析

　　在進行ADVISOR仿真分析時，選擇不同的道路循環(huán)工況會較大的影響仿真結(jié)果。為了讓仿真分析更趨近實際情況，本文將中國城市公交典型工況導(dǎo)入ADVISOR，并選用該工況對混合動力系統(tǒng)進行經(jīng)濟性能仿真分析。圖7是中國城市公交典型工況圖。由于該工況下的仿真車速上限是60km/h，因此在進行混合動力系統(tǒng)最高車速仿真時，又選擇了美國環(huán)境保護署城市道路循環(huán)工況CYC-UDDS進行車速仿真。

　　3 結(jié)論

　　1)本文充分利用了ADVISOR軟件代碼開放的特性，在其現(xiàn)有仿真模型的基礎(chǔ)上，進行二次開發(fā)建立了混合動力客車的后驅(qū)動力系統(tǒng)模型和控制模型，并將中國城市公交典型工況導(dǎo)入ADVISOR，這使仿真研究與實際工況更加吻合。

　　2)仿真結(jié)果表明，所建立的動力系統(tǒng)和控制策略能夠較好的仿真該混合動力汽車的動力性能和燃油經(jīng)濟性，且與原車型相比，混合動力汽車的燃油經(jīng)濟性提高較明顯，動力性能也能達到設(shè)計要求。這為混合動力汽車的實用化、產(chǎn)量化提供了技術(shù)支持，減少了產(chǎn)品的開發(fā)周期和成本。