程吉鵬，陳丁躍，姜良超

(長(zhǎng)安大學(xué)， 西安 710064)

由于現(xiàn)有傳統(tǒng)ICE車型很難通過(guò)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油效率來(lái)達(dá)到新的油耗排放目標(biāo)，故車輛混動(dòng)化和純電動(dòng)化是最佳的解決方案[1-6]。但是由于成本高、系統(tǒng)復(fù)雜、量產(chǎn)難度大等問(wèn)題，強(qiáng)混以及車輛純電動(dòng)化在短期內(nèi)無(wú)法大量普及。車輛48 V電氣系統(tǒng)作為一種微混系統(tǒng)，與強(qiáng)混車輛相比，未達(dá)到60 V隔離電壓的安全限值，安全成本低。因48 V與12 V共同存在，且電機(jī)主要提供助力和制動(dòng)能量回收，故結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本更低，卻可實(shí)現(xiàn)大部分的節(jié)能效果[7-10]。

1 48 V ISG微混動(dòng)力系統(tǒng)架構(gòu)及安裝位置

48 V ISG(微混動(dòng)力系統(tǒng))是在現(xiàn)有傳統(tǒng)原型車的12 V鉛酸蓄電池及電氣網(wǎng)路的基礎(chǔ)上，額外增加了48 V鋰離子電池、ISG電動(dòng)/發(fā)電機(jī)(在此選用永磁同步電機(jī))以及DC/DC轉(zhuǎn)化器等，其中：12 V網(wǎng)路主要處理傳統(tǒng)負(fù)載，如照明、儀表、音響系統(tǒng)與電子模塊等；48 V系統(tǒng)主要支持再生制動(dòng)、快速啟停、功率輔助等。系統(tǒng)基本架構(gòu)如圖1所示。

從成本、傳動(dòng)效率、制動(dòng)能量回收效率、能否直接實(shí)現(xiàn)啟停、能否純電動(dòng)行駛及功率輔助等因素考慮，在發(fā)動(dòng)機(jī)與現(xiàn)有離合器之間安裝電動(dòng)/發(fā)電機(jī)，同時(shí)在電動(dòng)/發(fā)電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)之間再安裝1個(gè)離合器。但該方案存在軸向尺寸過(guò)長(zhǎng)的劣勢(shì)，可通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)減缸、離合器與電機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)一體化等方案進(jìn)行解決，在此不作過(guò)多研究?；静贾眯问饺鐖D2所示。

圖2 48 V微混動(dòng)力系統(tǒng)布置形式

2 48 V ISG微混動(dòng)力系統(tǒng)主要參數(shù)確定

本文選用的原型車整車基本參數(shù)如表1所示。參考最新的混合動(dòng)力汽車的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及目前國(guó)內(nèi)外的微混汽車的動(dòng)力性能指標(biāo)，制定整車目標(biāo)參數(shù)如表2所示。

表1 整車基本參數(shù)

48 V 微混汽車動(dòng)力系統(tǒng)的部件主要有發(fā)動(dòng)機(jī)、48 V電機(jī)(ISG)、48 V動(dòng)力電池和變速器。因發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系相關(guān)參數(shù)仍采用原型車參數(shù)，故只需確定微混系統(tǒng)的動(dòng)力電池、ISG電機(jī)參數(shù)即可。依據(jù)基本參數(shù)以及目標(biāo)參數(shù)，考慮到車輛動(dòng)力性以及功率裕度等因素，確定48 V ISG微混動(dòng)力系統(tǒng)的ISG電機(jī)參數(shù)、動(dòng)力電池參數(shù)如表3、4所示。

表4 動(dòng)力電池基本參數(shù)

3 整車控制策略的制定

48 V微混汽車行駛模式主要有純發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行、純電動(dòng)運(yùn)行、混合動(dòng)力運(yùn)行、行車發(fā)電運(yùn)行。當(dāng)汽車正常行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)可以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性圖來(lái)確定。通常可以通過(guò)以下3條曲線來(lái)劃分發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)： 發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線，即Te-max曲線；發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳工作曲線，即發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)曲線——Te-opt曲線；電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩即Tm max曲線。通過(guò)這3條曲線可以將發(fā)動(dòng)機(jī)的工作區(qū)劃分為4個(gè)部分： 純電動(dòng)工作區(qū)、純發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)、混合動(dòng)力(電機(jī)功率輔助)工作區(qū)和行車充電工作區(qū)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)劃分如圖3所示。

圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)間劃分

當(dāng)汽車正常行駛的過(guò)程中，通過(guò)傳感器可以直接獲得車速、加速踏板行程、制動(dòng)踏板行程以及動(dòng)力電池荷電狀態(tài)(SOC)等狀態(tài)量，而整車需求轉(zhuǎn)矩(包括制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩)可以通過(guò)以上的狀態(tài)量間接計(jì)算得到。根據(jù)動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的兩個(gè)限值SOC1和SOCh可以將動(dòng)力電池的荷電狀態(tài)分為電量較低、電量適中和電量充足3個(gè)狀態(tài)[11-12]； 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性圖的曲線Te-max、Te-opt和電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩曲線Tm max將發(fā)動(dòng)機(jī)的工作區(qū)間分為純電動(dòng)、純發(fā)動(dòng)機(jī)、混合動(dòng)力(電機(jī)功率輔助)工作區(qū)和行車充電4個(gè)工作區(qū)。下面根據(jù)電池電量狀態(tài)和需求轉(zhuǎn)矩位于發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)間的不同來(lái)確定整車工作模式，進(jìn)而確定發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)各自輸出轉(zhuǎn)矩。通過(guò)制定以下的整車控制策略來(lái)實(shí)現(xiàn) 48 V汽車的整車能量的合理利用，達(dá)到降低油耗的目的。

3.1 整車驅(qū)動(dòng)控制策略

本文由電池組電量低限值(SOC1，設(shè)為 0.3)和高限值(SOCh，設(shè)為 0.8)可以將電池組電量狀態(tài)分為3個(gè)區(qū)：[0～0.3]，此時(shí)電池組電量較低，需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)電池組進(jìn)行充電；[0.3～0.8]，此時(shí)電池組電量適中，根據(jù)需要既可以讓電池組對(duì)外放電，也可以對(duì)電池組進(jìn)行充電；[0.8～1]，此時(shí)電池組電量充足，需要根據(jù)實(shí)際情況讓電池組對(duì)外放電。

1) 當(dāng)電池的電量處于低電量狀態(tài)時(shí)，即SOC

① 當(dāng)整車需求轉(zhuǎn)矩小于發(fā)動(dòng)機(jī)的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩，且整車需求轉(zhuǎn)矩與ISG電機(jī)在當(dāng)前轉(zhuǎn)速下的最大發(fā)電轉(zhuǎn)矩之和小于發(fā)動(dòng)機(jī)的最優(yōu)工作轉(zhuǎn)矩時(shí)，ISG以發(fā)電機(jī)的形式發(fā)電為蓄電池充電，ISG的發(fā)電轉(zhuǎn)矩為當(dāng)前轉(zhuǎn)速下的最大發(fā)電轉(zhuǎn)矩，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩包括驅(qū)動(dòng)整車行駛和帶動(dòng)ISG發(fā)電兩部分，此時(shí)運(yùn)行模式為行車發(fā)電模式。

② 當(dāng)整車需求轉(zhuǎn)矩小于發(fā)動(dòng)機(jī)的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩，且整車需求轉(zhuǎn)矩與電機(jī)在當(dāng)前轉(zhuǎn)速下的最大發(fā)電轉(zhuǎn)矩之和超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的最優(yōu)工作轉(zhuǎn)矩時(shí)，ISG以發(fā)電機(jī)的形式發(fā)電為蓄電池充電。發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為最優(yōu)工作轉(zhuǎn)矩，ISG電機(jī)發(fā)電轉(zhuǎn)矩為整車的需求轉(zhuǎn)矩與發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩之差，整車此時(shí)運(yùn)行模式為行車發(fā)電模式。

③ 當(dāng)整車需求轉(zhuǎn)矩介于發(fā)動(dòng)機(jī)的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩與發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩(當(dāng)前轉(zhuǎn)速下發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩)之間時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)處于高效工作區(qū)，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為整車的需求轉(zhuǎn)矩，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為0，整車工作模式為發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式，電機(jī)跟隨發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)。

④ 當(dāng)整車需求轉(zhuǎn)矩大于發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，此時(shí)電池電量不足，為保護(hù)動(dòng)力電池，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為最大轉(zhuǎn)矩，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為0，整車采用發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式，電機(jī)跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)。

2) 當(dāng)電池的電量適中，即SOC1

① 當(dāng)整車的需求轉(zhuǎn)矩小于電機(jī)的最大驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率很低，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為整車的需求轉(zhuǎn)矩，發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作，輸出轉(zhuǎn)矩為0，此時(shí)采用電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式。

② 當(dāng)整車需求轉(zhuǎn)矩介于電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩與發(fā)動(dòng)機(jī)的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩之間時(shí)，ISG 以發(fā)電機(jī)的形式發(fā)電為蓄電池充電，ISG 的發(fā)電轉(zhuǎn)矩為當(dāng)前轉(zhuǎn)速下的最大發(fā)電轉(zhuǎn)矩，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩包括驅(qū)動(dòng)整車行駛和帶動(dòng) ISG 發(fā)電兩部分,此時(shí)運(yùn)行模式為行車發(fā)電模式。

③ 當(dāng)整車需求轉(zhuǎn)矩大于發(fā)動(dòng)機(jī)的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩小于最大轉(zhuǎn)矩，且小于最優(yōu)轉(zhuǎn)矩與電機(jī)的最大驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩之和時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)離最優(yōu)轉(zhuǎn)矩曲線較近，發(fā)動(dòng)機(jī)處于高效工作區(qū)，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為整車需求轉(zhuǎn)矩，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為0，采用發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式，電機(jī)跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)。

④ 當(dāng)整車需求轉(zhuǎn)矩大于發(fā)動(dòng)機(jī)的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩小于最大轉(zhuǎn)矩，且大于最優(yōu)轉(zhuǎn)矩與電機(jī)的最大驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩之和時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)離最優(yōu)工作轉(zhuǎn)矩曲線較遠(yuǎn)，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為最大驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為整車需求轉(zhuǎn)矩與電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩之差，整車采用混合驅(qū)動(dòng)模式。

⑤ 當(dāng)整車的需求轉(zhuǎn)矩大于發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為最大驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為整車需求轉(zhuǎn)矩與電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩之差，整車采用混合驅(qū)動(dòng)模式。

3) 當(dāng)電池組的電量充足，即SOC>SOCh時(shí)：

① 當(dāng)整車需求轉(zhuǎn)矩小于電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率很低，發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作，輸出轉(zhuǎn)矩為0，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為整車需求轉(zhuǎn)矩，整車采用電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)工作模式。

② 當(dāng)整車的需求轉(zhuǎn)矩介于電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩與最優(yōu)轉(zhuǎn)矩之間時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為整車需求轉(zhuǎn)矩，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為0，整車采用發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式，電機(jī)跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)。

③ 當(dāng)整車需求轉(zhuǎn)矩大于發(fā)動(dòng)機(jī)的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩小于最大轉(zhuǎn)矩，且小于最優(yōu)轉(zhuǎn)矩與電機(jī)的最大驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩之和時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)離最優(yōu)轉(zhuǎn)矩曲線較近，發(fā)動(dòng)機(jī)處于高效工作區(qū)，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為整車需求轉(zhuǎn)矩，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為0，此時(shí)采用發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式，電機(jī)跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)。

④ 當(dāng)整車需求轉(zhuǎn)矩大于發(fā)動(dòng)機(jī)的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩小于最大轉(zhuǎn)矩，且大于最優(yōu)轉(zhuǎn)矩與電機(jī)的最大驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩之和時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)離最優(yōu)工作轉(zhuǎn)矩曲線較遠(yuǎn)，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為最大驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為整車需求轉(zhuǎn)矩與電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩之差，整車采用混合驅(qū)動(dòng)模式。

⑤ 當(dāng)整車的需求轉(zhuǎn)矩大于發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為最大驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為整車需求轉(zhuǎn)矩與電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩之差，整車采用混合驅(qū)動(dòng)模式。

3.2 整車制動(dòng)控制策略

根據(jù)汽車的運(yùn)行狀況合理地利用 48 V微混汽車的制動(dòng)能量回收模式，回收制動(dòng)過(guò)程損失的能量，優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的能量利用，提高整車的燃油經(jīng)濟(jì)性。制動(dòng)強(qiáng)度(BP)指的是汽車在減速制動(dòng)過(guò)程中制動(dòng)減速度與重力加速度的比值。制動(dòng)強(qiáng)度越大，說(shuō)明駕駛員踩制動(dòng)踏板的程度越深，制動(dòng)減速度越大，所以制動(dòng)效果也就越好。由于汽車的制動(dòng)性能并不是本文研究的重點(diǎn)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，本文制動(dòng)強(qiáng)度的大小由仿真軟件得到，BP 的取值范圍為[0,1]。根據(jù)制動(dòng)強(qiáng)度的不同，整車的制動(dòng)模式分為3種： 完全采用機(jī)械制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)的機(jī)械制動(dòng)、電機(jī)發(fā)電實(shí)現(xiàn)制動(dòng)的再生制動(dòng)以及聯(lián)合制動(dòng)(電機(jī)再生制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)器聯(lián)合制動(dòng))[13-15]。

1) 小制動(dòng)強(qiáng)度時(shí)汽車制動(dòng)需要的制動(dòng)力矩可以完全由電機(jī)的再生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩來(lái)提供，此時(shí)電機(jī)以發(fā)電機(jī)的形式運(yùn)行來(lái)提供制動(dòng)力矩。

2) 大制動(dòng)強(qiáng)度時(shí)制動(dòng)需要的制動(dòng)力矩已經(jīng)超過(guò)電機(jī)能夠提供的再生制動(dòng)力矩，電機(jī)仍以發(fā)電機(jī)的形式運(yùn)行輸出最大再生制動(dòng)力矩，不足的制動(dòng)力矩由機(jī)械制動(dòng)提供。

3) 緊急制動(dòng)時(shí)需要的制動(dòng)力矩過(guò)大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了電機(jī)能夠提供的制動(dòng)力矩，說(shuō)明情況緊急，處于安全的考慮，此時(shí)制動(dòng)力矩完全由機(jī)械制動(dòng)器來(lái)提供。

除此之外，考慮車速對(duì)制動(dòng)過(guò)程的影響，當(dāng)車速過(guò)低時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)比較大，不適合回收制動(dòng)能量，而且車速過(guò)低時(shí)能夠回收的能量相當(dāng)有限。因此，本文根據(jù)相關(guān)資料，將制定的再生制動(dòng)模式能夠觸發(fā)的最低車速設(shè)置為10 km/h。當(dāng)車速低于 10 km/h 時(shí)，不管制動(dòng)強(qiáng)度如何，仍采用機(jī)械制動(dòng)模式。除此之外，當(dāng)電池 SOC>0.8時(shí)，制動(dòng)模式只采用機(jī)械制動(dòng)。

依據(jù)上述控制策略以及相關(guān)參數(shù)，利用Cruise和Simulink聯(lián)合仿真，得到48 V微混動(dòng)力系統(tǒng)仿真模型，如圖4所示。

圖4 48 V微混動(dòng)力系統(tǒng)仿真模型

4 仿真結(jié)果分析

根據(jù)本文制定的目標(biāo)和計(jì)劃，選擇國(guó)內(nèi)最常用的新的歐洲循環(huán)工況(new european driving cycle,NEDC)進(jìn)行仿真。

4.1 48 V微混動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)分析

圖5為發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩曲線。從圖5中可以看出：發(fā)動(dòng)機(jī)主要工作是在最優(yōu)工作曲線(最佳燃油經(jīng)濟(jì)線)和最大轉(zhuǎn)矩(外特性)曲線處，這與本文制定的整車控制策略完全符合。當(dāng)整車需求轉(zhuǎn)矩較小時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)矩輸出，由ISG電機(jī)單獨(dú)輸出轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)整車運(yùn)行。在某些道路擁擠以及等紅燈的工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)在ISG電機(jī)的帶動(dòng)下穩(wěn)定在一定轉(zhuǎn)速，然后需要發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)在ISG的帶動(dòng)下快速啟動(dòng)，減少了發(fā)動(dòng)機(jī)在小負(fù)荷、燃油經(jīng)濟(jì)性較差工況的工作時(shí)間。當(dāng)整車需求轉(zhuǎn)矩較高或者電池電量過(guò)低時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作，輸出轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)汽車行駛或者帶動(dòng)ISG電機(jī)發(fā)電。微混系統(tǒng)合理地調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作時(shí)間，提高了整車的燃油經(jīng)濟(jì)性。

圖5 發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩曲線

圖6為ISG電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩曲線。從圖6中可以看出：ISG電機(jī)具有響應(yīng)快的特性，可以在驅(qū)動(dòng)和發(fā)電模式之間快速切換；電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為正時(shí)表示電機(jī)采用驅(qū)動(dòng)形式工作，汽車處于純電動(dòng)為整車提供輔助動(dòng)力；電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為負(fù)時(shí)，表示汽車行駛于行車充電或者再生制動(dòng)模式，電機(jī)以發(fā)電機(jī)的形式工作發(fā)電為動(dòng)力電池充電。ISG電機(jī)的加入，不僅使發(fā)動(dòng)機(jī)更多地在高效工作，而且減少了整車在制動(dòng)過(guò)程的能量損失，提高了系統(tǒng)的總效率。

圖7為整車運(yùn)行過(guò)程中電池的電流變化曲線。從圖7中可以看到：電流隨著充放電狀態(tài)而變化，呈現(xiàn)波浪形。電流為負(fù)表示在進(jìn)行充電，為正表示此時(shí)在驅(qū)動(dòng)模式下，從仿真結(jié)果可以看出，48 V系統(tǒng)工作充放電電流在[-160,160]之間。這與12 V系統(tǒng)工作電流接近，表明制定的整車控制策略比較合理。

圖6 ISG電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩曲線

圖7 電池電流曲線

圖8為整車運(yùn)行過(guò)程中電池的電壓SOC變化曲線。從圖8中可以看到：電池的電壓變化比較平穩(wěn)，電池SOC隨著充放電狀態(tài)而變化，呈現(xiàn)波浪形。當(dāng)ISG電機(jī)處于驅(qū)動(dòng)模式時(shí)，電池放電，SOC值下降，隨著電量的減少電池電壓也逐漸降低；當(dāng)ISG電機(jī)處于發(fā)電模式時(shí)，電池充電，SOC值升高，電池電壓也呈上升趨勢(shì)。仿真模型中，電池初始SOC為0.7，仿真結(jié)束時(shí)SOC為0.674，仿真前后電池電量狀態(tài)變化在3%以內(nèi)，保證了本文后面燃油經(jīng)濟(jì)性仿真結(jié)果的有效性。整個(gè)仿真過(guò)程中，SOC一直處在設(shè)定的[0.3,0.8]工作區(qū)間內(nèi)，表明制定的整車控制策略比較合理。

4.2 48 V微混動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力性仿真分析

48 V微混動(dòng)力系統(tǒng)車輛的動(dòng)力性仿真計(jì)算主要包括3個(gè)方面： 最高車速、百公里加速時(shí)間和最大爬坡度。圖9為該車的全負(fù)荷加速曲線，圖10為最大爬坡度曲線。

圖8 電池電壓與SOC變化曲線

圖9 全負(fù)荷加速曲線

圖10 最大爬坡度曲線

從圖9和圖10可知：48 V汽車的百公里加速時(shí)間小于 12 s，最高車速達(dá)到120 km/h，最大爬坡度大于32%，符合前期設(shè)計(jì)的微混汽車的百公里加速時(shí)間小于12 s、最高車速達(dá)到120 km/h 和最大爬坡度大于30%的動(dòng)力性指標(biāo)，故本文設(shè)計(jì)的微混汽車的動(dòng)力性符合要求。

4.3 48 V微混動(dòng)力系統(tǒng)車輛與原型車經(jīng)濟(jì)性、排放性對(duì)比

建立原型車的Cruise仿真模型，如圖11所示。設(shè)置NEDC循環(huán)工況，對(duì)比安裝有48 V微混動(dòng)力系統(tǒng)的車輛與原型車經(jīng)濟(jì)性、排放性對(duì)比。

圖11 原型車Cruise模型

表5為48 V微混汽車與傳統(tǒng)汽車在 NEDC 循環(huán)工況下的仿真結(jié)果對(duì)比。從表5中可以看出：

1) 48 V微混汽車與參考的傳統(tǒng)汽車相比較，污染物 NOx、CO、HC 排放分別減少了26.4%、54.1%和 48.1%，排放性能有了明顯的提高。

2) 與參考的傳統(tǒng)汽車相比較，48 V微混汽車百公里油耗減少了 11.2%，有效提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。

表5 微混車輛與原型車仿真結(jié)果對(duì)比

5 結(jié)束語(yǔ)

本文首先提出48 V微混動(dòng)力系統(tǒng)架構(gòu)及安裝位置，而后確定主要目標(biāo)參數(shù)并基于Cruise、Simulink軟件建立了整車模型，設(shè)置了整車及各部件的參數(shù)，并將整車模型與控制策略進(jìn)行了連接；然后進(jìn)行了48 V微混汽車的仿真實(shí)驗(yàn)，并且進(jìn)行了同等基本參數(shù)的原型車的仿真；最后對(duì)比分析了48 V微混汽車和同等參數(shù)配置的傳統(tǒng)汽車的仿真結(jié)果。結(jié)果表明：48 V微混汽車與傳統(tǒng)汽車相比較，在保證了動(dòng)力性的前提下，具有更好的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能。