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        基于AMESim的純電動汽車動力性能仿真

        2015-05-30 04:41:24陳凱華高欽和
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2015年34期
        關(guān)鍵詞:純電動汽車仿真

        陳凱華 高欽和

        摘 要:純電動汽車研發(fā)需要多領(lǐng)域建模仿真工具支持。文章分析了AMESim高級工程建模與仿真平臺在建立多物理領(lǐng)域系統(tǒng)級模型方面優(yōu)勢,在AMESim中以圖像化建模方式搭建了純電動汽車整車模型,主要包括電池組、動力系統(tǒng)、控制器及行駛工況等模型,并對該模型進行動力性能仿真。仿真結(jié)果表明該純電動汽車模型具有較高的精確度和較短的建模周期,能夠為純電動汽車的研制提供參考。

        關(guān)鍵詞:AMESim;純電動汽車;動力性能;仿真

        引言

        電動汽車是一個復(fù)雜的系統(tǒng),它集成了多個子系統(tǒng)如車身、電力驅(qū)動、能源及能量管理等。電動汽車技術(shù)涉及多個學(xué)科領(lǐng)域,包括電力電子學(xué)、機械動力學(xué)工程、控制理論和化學(xué)等,在開發(fā)電動汽車初期,采用計算機建模與仿真的方法可以有效降低研發(fā)成本與縮短研發(fā)周期[1]。

        AMESim是一種高級工程建模與仿真平臺,它提供了一個完整的時域仿真建模環(huán)境和強大而完備的多物理領(lǐng)域圖形化模型元件庫,相對其他諸多汽車專用仿真軟件如ADVISOR等,AMESim具有更強大的擴展性,且能夠自動選擇最優(yōu)算法進行仿真計算,大大提高了建模仿真的效率[2]。

        電動汽車以電能作為驅(qū)動能量,因其零排放,零污染的優(yōu)勢使其成為開發(fā)和研究綠色汽車的主流。用于發(fā)電的一切能源都可以作為電動汽車的使用能源,擺脫了對石油資源的依賴,從而緩解了日益嚴(yán)重的石油危機。與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車相比,電動汽車雖然節(jié)能環(huán)保,但車輛的動力性能不是很好。因此,研究電動汽車的動力性能十分必要[3]。

        1 純電動汽車整車仿真模型

        純電動汽車整車模型由電源、電機、控制單元、變速及減速單元、車輛、模擬駕駛等子系統(tǒng)模型組成,仿真模型如圖1所示。

        主要子系統(tǒng)模型描述如下。

        1.1 電源模型

        當(dāng)電機的電功率Pelec大于損失功率Plost時,電機處于電動機模式;當(dāng)電機的機械功率Pmec大于損失功率Plost時,電機處于發(fā)電機模式。

        1.3 控制單元模型

        控制單元模型負(fù)責(zé)接收來自模擬駕駛模型的信息(加速、制動命令)以及電機模型的信息(速度)并進行分析計算,以實現(xiàn)電池能量消耗的最小化。當(dāng)模擬駕駛發(fā)出剎車的命令信息時,控制單元發(fā)出指令使電動機可以作為發(fā)電機在制動的同時給電池充電。

        同時該控制單元模型也接收來自車輛、電池的信息,文章采用的控制單元模型為不帶優(yōu)化的基本模型,用戶可根據(jù)需要對其改進并創(chuàng)建一個新的控制單元。

        1.4 模擬駕駛模型

        模擬駕駛模型是在汽車整車仿真過程中模擬駕駛員操作的模型。在汽車行駛過程中,駕駛員的操作習(xí)慣是影響汽車行駛性能的一個重要因素。文章采用AMESim自帶的模擬駕駛模型,該模型接收車輛速度信息,發(fā)出加速/減速的命令信息。加速與減速控制各有三種預(yù)設(shè),分別是:預(yù)設(shè)值加速度控制、線性加速度控制和積分增益加速度控制。

        1.5 車輛模型

        車輛模型是一個有恒定負(fù)載,采用前后輪軸建模的模型。用戶可以選擇兩個車輛配置:

        (1)路:主要考慮滾動摩擦,道路坡度和空氣動力阻力;(2)壓路機試驗臺:用戶定義的滾筒試驗臺摩擦系數(shù)。

        此外,用戶可以選擇兩個縱向滑動的配置:(1)沒有滑動:輪胎和地面之間的滑動;(2)有滑動:用戶定義的輪胎縱向滑移參數(shù)。

        當(dāng)選擇“道路”選項時可進行風(fēng)速的設(shè)置與道路坡度的設(shè)置。

        用戶必須設(shè)置以下參數(shù):(1)車輛初始條件:初始線性速度(米/秒)和位移[m]的車輛;(2)車輛配置:道路或滾筒試驗臺;(3)縱向滑動配置:沒有/有滑動;(4)汽車質(zhì)量總量(噸)和前后車軸之間的質(zhì)量分布(%);(5)制動系統(tǒng)特點:最大制動力矩在前后輪軸(Nm)等。

        2 仿真與分析

        2.1 NEDC工況仿真

        純電動汽車的能耗仿真計算使用的道路循環(huán)工況為新歐洲標(biāo)準(zhǔn)行駛循環(huán)NEDC工況。整個循環(huán)由4個城區(qū)循環(huán)和一個城郊循環(huán)組成,總里程11km。純電動汽車的主要參數(shù)如表1所示[4]。

        將表1給出的車型參數(shù)帶入模型中,并選擇NEDC工況作為模型輸入進行仿真。

        2.2 仿真結(jié)果圖與分析

        如圖2所示為一個NEDC工況循環(huán)中模型參數(shù)變化曲線。

        由圖2(a)所示的速度-時間曲線可看出,模型運行結(jié)果與工況數(shù)據(jù)基本吻合,跟隨特性較好。圖2(b)和圖2(c)所示的電動機的轉(zhuǎn)矩與旋轉(zhuǎn)速度曲線可看出,電動機的有效轉(zhuǎn)矩曲線與控制單元輸出的計算轉(zhuǎn)矩曲線基本吻合,跟隨特性也比較好;同時電動機旋轉(zhuǎn)速度曲線與圖2(a)中車輛速度曲線是成比例的。由圖2(d)所示的司機制動命令信號曲線與控制單元制動命令信號曲線可看出,當(dāng)司機產(chǎn)生制動命令時,控制單元接收該命令信號,并使用該命令信號曲線的一部份對電動馬達進行控制,使其對電池組進行充電,從而實現(xiàn)了一部分有效制動。

        3 結(jié)束語

        文章基于AMESim建立了一個純電動汽車整車模型,并使用NEDC工況進行了動力性能仿真,仿真結(jié)果較為理想,達到預(yù)期目的。采用AMESim平臺搭建的模型具有建模周期短、模型出錯率低等優(yōu)點,但不足之處在于AMESim元件模型的修改重用很困難,僅能從有限的子模型中選擇使用,改進的方法即是采用陳述式建模語言Modelica進行二次開發(fā)。

        參考文獻

        [1]伍慶龍,劉忠途,宗志堅.基于ADVISOR的純電動汽車動力性能仿真[J].輕型汽車技術(shù),2010(10):13-16.

        [2]周愛國,王聞莉,陸亮,等.基于AMESim中Modelica模塊的汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真[J].機床與液壓,2011(6):91-94.

        [3]王興,秦東晨,裴東杰.電動汽車動力性能仿真分析[J].機械設(shè)計與制造,2012(12):114-116.

        [4]陳業(yè)函,熊會元,宗志堅,等.基于Dymola的ECUV純電動汽車能量流仿真[J].計算機工程與設(shè)計,2011(12):4241-4245.

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