宮喚春 徐勝云 任寧寧 薛冰 吳冬冬

（燕京理工學(xué)院）

電動汽車是以電池為儲能單元，以電動機為驅(qū)動系統(tǒng)的車輛[1]。在廣義上電動汽車可分為混合動力電動汽車（HEV）、燃料電池電動汽車（FCEV）及純電動汽車（BEV）3類。BEV的特點是結(jié)構(gòu)相對簡單，生產(chǎn)工藝相對成熟；缺點是充電速度慢，續(xù)駛里程短。目前電動汽車測試試驗臺比較缺乏，還處于研究階段。文章利用ADVISOR軟件建立電動汽車虛擬試驗平臺，用于電動汽車研發(fā)與設(shè)計，分析電動汽車相關(guān)技術(shù)參數(shù)的變化關(guān)系，為優(yōu)化與改善電動汽車使用性能提供依據(jù)。

1 基于ADVISOR建立純電動汽車的整車模型

ADVISOR2002是在Matlab/Simulink軟件環(huán)境下開發(fā)的模型，是目前應(yīng)用最廣泛的仿真軟件之一[2]。使用該軟件能夠快速分析傳統(tǒng)汽車、BEV和HEV的動力性、燃油經(jīng)濟性及排放性等各種性能，為進一步理解Simulink、用戶定義傳動系部件、車輛的數(shù)據(jù)以及算法提供了依據(jù)[3]。文章利用ADVISOR軟件特點，基于該軟件自行組合電動汽車虛擬試驗平臺，通過對電動汽車的一系列結(jié)構(gòu)技術(shù)參數(shù)進行改裝設(shè)計和對各個軟件模塊進行修改，建立自己的汽車虛擬試驗?zāi)K，組成需要的汽車模型。應(yīng)用ADVISOR對設(shè)計的模塊進行仿真計算，在短時間內(nèi)快速測試汽車的綜合性能。建立電動機、車身及蓄電池等純電動汽車主要組成部件的虛擬試驗?zāi)Ｐ蚚4]。

ADVISOR軟件是采用后向仿真和前向仿真相結(jié)合的仿真方法[5]。后向車輛仿真回答“假設(shè)車輛滿足請求的動力，每個部件應(yīng)怎樣執(zhí)行”，這種類型的仿真過程不包括駕駛員模型，但能通過反復(fù)循環(huán)預(yù)測汽車的最大性能；前向車輛仿真包括駕駛員模型，通過調(diào)節(jié)加速踏板和制動命令滿足需求。踏板信號被轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)矩，通過傳動系統(tǒng)傳遞給驅(qū)動力，并計算車速。ADVISOR采用混合仿真方法，其后向仿真和簡單的前向仿真中對部件性能限制的方法是獨特的，ADVISOR的前后向仿真最重要的2個假設(shè)為：1）下級傳動系部件需要的轉(zhuǎn)矩或者功率不會高于上級臨近的；2）前后仿真中同一部件的效率相同。

在電動汽車的仿真中，通常需要在ADVISOR模型的基礎(chǔ)上重新設(shè)計部件的模型，這主要有2個方面的原因：1）仿真樣車與ADVISOR的汽車模塊的控制策略不同，需要重新設(shè)計控制策略模塊和能量模塊；2）ADVISOR的多數(shù)模塊是建立在經(jīng)驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的穩(wěn)態(tài)模型，仿真效果差。重新設(shè)計部件模型的方法是嚴格按照ADVISOR模塊對輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)的定義，用設(shè)計的部件模型來部分或全部替代ADVISOR原有的部件模型。

ADVISOR的仿真模型分為車輛模型和部件模型2種[6]。車輛模型定義了整個汽車動力系統(tǒng)機構(gòu)和仿真數(shù)據(jù)流程，進入ADVISOR初始界面后，顯示的是車型定義的各項內(nèi)容，包括動力系統(tǒng)類型選擇組件定義和變量賦值等[7]。動力系統(tǒng)類型除HEV的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)外，還包括傳統(tǒng)汽車結(jié)構(gòu)、BEV結(jié)構(gòu)、FCEV結(jié)構(gòu)及豐田Prius和本田Insight 2種車型案例[8]。綜上，將各個模塊封裝連接組成電動汽車的整車模型，如圖1所示。

2 虛擬仿真測試分析

電動汽車ADVISOR虛擬仿真軟件參數(shù)設(shè)計界面，如圖2所示，圖2中所示的參數(shù)界面可以通過構(gòu)建的電動汽車模型加載數(shù)據(jù)運行。

汽車在實際行駛過程中很難在穩(wěn)定車速下長時間行駛，特別是在城市道路行駛時，電動汽車經(jīng)常頻繁在加速、減速、怠速及停車等行駛工況來回切換[9]。不同的汽車行駛工況應(yīng)該通過實際行駛路面和交通狀況的統(tǒng)計數(shù)據(jù)得出，能夠準確反映車輛在實際使用中的工作情況。目前，我國還沒有建立用于準確描述道路行駛工況的法規(guī)，所以根據(jù)我國的道路實際情況，選用常用的CYC-UDDS工況[10]來進行測試，汽車整車性能測試結(jié)果，如圖3所示。

由圖3可以得出：軟件中設(shè)置的電動汽車荷電狀態(tài)（SOC）參數(shù)為 0.8～1.0；車速變化范圍在 0～90 km/h，絕大多數(shù)行駛時間內(nèi)汽車的平均速度位于0～50 km/h，說明電動汽車能量輸出比較小，汽車動力性不足；扭矩輸出在0～50 N·m，電動汽車扭矩輸出比較平穩(wěn)，電池能量可以均勻消耗；功率輸出最高可以達到40 kW左右，最大功率連續(xù)輸出時間較短，說明電動汽車蓄能能力有待于進一步優(yōu)化和改善。因此，可以根據(jù)電池SOC狀態(tài)參數(shù)合理設(shè)計電動汽車運轉(zhuǎn)模式，最佳利用車載能源提高電動汽車的綜合性能，通過ADVISOR軟件可以進一步優(yōu)化車型數(shù)據(jù)設(shè)計。

圖4示出電動機在不同轉(zhuǎn)速下的扭矩輸出變化范圍及輸出的效率。由圖4可知，電機轉(zhuǎn)速在2 000 r/min以下時，扭矩輸出恒定，有利于電動汽車起步和怠速運轉(zhuǎn)，同時發(fā)動機轉(zhuǎn)速在0～2 000 r/min時，電池SOC實際工作點位于0.6～0.75；轉(zhuǎn)速在3 000～6 000 r/min時，電動機輸出扭矩增大，當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速超過6 000 r/min時，電機扭矩輸出不再增加，保持恒定，此時電池SOC實際工作點位于0.75～0.85。因此，要滿足電動汽車所有工況下平穩(wěn)運行，需要合理分析電池SOC參數(shù)與電動機扭矩輸出特性之間的變化關(guān)系。

通過上述分析可以看出，利用ADVISOR軟件建立電動汽車試驗平臺用于電動汽車關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)和設(shè)計是完全可行的，該軟件操作簡單直觀，便于學(xué)習(xí)使用，而軟件中提供了豐富的車型模型和數(shù)據(jù)，有利于電動汽車研發(fā)與設(shè)計。

3 結(jié)論

文章利用ADVISOR軟件建立了前向電動汽車虛擬試驗仿真平臺，該仿真平臺參數(shù)設(shè)置直觀簡明，適合電動汽車綜合性能的分析與測試。目前電動汽車的能量管理與轉(zhuǎn)換是研究的熱點問題，通過ADVISOR軟件設(shè)計電動汽車車型為分析解決電動汽車的能量管理與轉(zhuǎn)換提供了新的平臺和方法，有待于汽車工程技術(shù)人員進一步研究探索。