周康 權(quán)飛 柳建新 黃桂東

1.上海汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)有限公司 上海市 201806 2.上海汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)工程技術(shù)研究中心 上海市 201806 3.上海電驅(qū)動(dòng)股份有限公司 上海市 201806

1 引言

汽車(chē)行業(yè)的持續(xù)發(fā)展受到能源匱乏和環(huán)境污染兩大難題的困擾。新能源汽車(chē)的發(fā)展可以有效的緩解環(huán)境與能源的壓力，推動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。新能源汽車(chē)的開(kāi)發(fā)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真去模擬整車(chē)的實(shí)際工作過(guò)程，從而降低實(shí)車(chē)的開(kāi)發(fā)成本與開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，提高新車(chē)的開(kāi)發(fā)效率。CRUISE仿真軟件建立整車(chē)模型準(zhǔn)確方便；SIMULINK建立的控制策略與實(shí)車(chē)策略一致，符合功能安全對(duì)控制策略的開(kāi)發(fā)流程；CRUISE-SIMULINK聯(lián)合仿真成為新能源汽車(chē)開(kāi)發(fā)的重要工具。

2 整車(chē)基本參數(shù)

2.1 整車(chē)基本參數(shù)

本文研究雙電機(jī)多?；旌蟿?dòng)力總成系統(tǒng)應(yīng)用于乘用車(chē)，以國(guó)內(nèi)某品牌的乘用車(chē)為原型車(chē)，確定整車(chē)的基本參數(shù)如表1所示。

本文所研究的雙電機(jī)多?；旌蟿?dòng)力總成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。該系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、發(fā)電機(jī)和行星排變速箱組成。

2.2 整車(chē)行駛循環(huán)工況選擇

汽車(chē)行駛循環(huán)工況由勻速、加速、減速和怠速等不同的運(yùn)動(dòng)區(qū)組成。不同的循環(huán)工況，運(yùn)行速度、總的運(yùn)行時(shí)間和里程都不相同，因而采用不同的行駛工況對(duì)整車(chē)的設(shè)計(jì)有重要的影響。由于我國(guó)城市、郊區(qū)和高速道路與歐洲相似，故采用歐洲的NEDC循環(huán)工況。該循環(huán)工況由1個(gè)市郊循環(huán)和4個(gè)市區(qū)循環(huán)組成，總的運(yùn)行時(shí)間為1180s，總的循環(huán)里程為11.022km。其工況曲線如圖2所示。

表1 整車(chē)參數(shù)

圖2 NEDC循環(huán)工況

2.3 整車(chē)仿真平臺(tái)選擇。

仿真是在整車(chē)設(shè)計(jì)開(kāi)始階段運(yùn)用理論計(jì)算方式模擬整車(chē)的實(shí)際運(yùn)行工況，從而縮短整車(chē)的開(kāi)發(fā)周期，降低整車(chē)的開(kāi)發(fā)成本和開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。目前整車(chē)的仿真軟件很多，常用的仿真方法有前向仿真和后向仿真。前向仿真是通過(guò)駕駛員模型獲得動(dòng)力需求，更有利用整車(chē)控制策略開(kāi)發(fā)。本文選用前向仿真方法，借助AVL CRUISE 成熟的商業(yè)整車(chē)仿真軟件，利用其建模便捷、模型精度高的特點(diǎn)，建立整車(chē)模型；借助SIMULINK開(kāi)發(fā)控制策略，與實(shí)車(chē)控制策略一致，同時(shí)符合功能安全對(duì)控制策略的開(kāi)發(fā)流程。

3 CRUISE-SIMUINK仿真模型建立

3.1 AVL CRUISE建立整車(chē)模型

CRUISE是AVL公司開(kāi)發(fā)的專(zhuān)門(mén)為整車(chē)仿真分析的軟件。該軟件擁有完整的部件模塊庫(kù)，各模塊通過(guò)物理和信號(hào)連接，內(nèi)置大量計(jì)算任務(wù)方便優(yōu)化計(jì)算，與SIMULINK、C++、FORTRAN等高級(jí)語(yǔ)言全集成接口。

雙電機(jī)多?；旌蟿?dòng)力總成系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、發(fā)電機(jī)和行星排變速機(jī)構(gòu)組成。其在CRUISE中建立的整車(chē)模型如圖3所示。

圖3 整車(chē)仿真模型

整車(chē)的仿真模型包括：整車(chē)參數(shù)模型、電池模型、發(fā)動(dòng)機(jī)模型、行星排變速箱模型、后橋主減模型、差速器模型、制動(dòng)器模型、輪胎模型、駕駛員模型、循環(huán)工況、控制策略模型（SIMULINK生成）。各部件通過(guò)物理連接和部件信號(hào)連接。

圖4 整車(chē)控制策略模型

3.2 整車(chē)控制策略模型

合理有效的控制策略是實(shí)現(xiàn)雙電機(jī)多?；旌蟿?dòng)力總成系統(tǒng)最佳經(jīng)濟(jì)性與最佳動(dòng)力性的關(guān)鍵。本文利用SIMULINK建立整車(chē)的控制策略，在不同的檔位不同的整車(chē)工作模式下控制發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作在最佳工作區(qū)域，在兼顧整車(chē)動(dòng)力性的前提下，達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)性。其建立的整車(chē)控制策略如圖4所示。

整車(chē)的控制策略模型主要包括：輸入信號(hào)處理模塊、整車(chē)上下電模塊、能量限制模塊、發(fā)動(dòng)機(jī)啟停機(jī)模塊、附件控制模塊、能量分配模塊、故障處理模塊、輸出信號(hào)處理模塊。

4 仿真結(jié)果分析

利用工況法仿真分析雙電機(jī)多?；旌蟿?dòng)力總成系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能，在仿真過(guò)程中通過(guò)標(biāo)定控制策略參數(shù)，使得循環(huán)工況結(jié)束時(shí)，保持整車(chē)電量平衡。

在NEDC工況下，整車(chē)的工況跟隨情況如圖5所示，從圖中可以看出需求車(chē)速和當(dāng)前車(chē)速吻合，循環(huán)工況的跟隨情況較好。整個(gè)循環(huán)工況的燃油消耗量為4.98L/100km。同類(lèi)型的傳統(tǒng)燃油車(chē)，在相同仿真平臺(tái)的循環(huán)工況下燃油消耗量為7.21L/100km。雙電機(jī)多?；旌蟿?dòng)力總成系統(tǒng)相比傳統(tǒng)燃油車(chē)，其節(jié)油率達(dá)到30.93%，極大的提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。

圖5 NEDC工況跟隨

5 結(jié)論

本文研究分析了雙電機(jī)多?；旌蟿?dòng)力總成系統(tǒng)。在CRUISE中建立了整車(chē)仿真模型；同時(shí)在SIMULINK中建立了整車(chē)的控制策略，與后期的實(shí)車(chē)控制共用一個(gè)控制平臺(tái)。選用NEDC循環(huán)工況，進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性仿真分析。仿真的百公里油耗為4.98L/100km，相比同類(lèi)型的傳統(tǒng)車(chē)，節(jié)油率達(dá)到30.93%，極大的提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。