劉助春 陳剛 王東濤

湖南汽車工程職業(yè)學(xué)院 湖南省株洲市 412000

1 引言

對于混合動力汽車，整車控制策略是核心技術(shù)之一，良好的整車控制策略能在有效提升混合動力汽車動力性的同時，還能降低整車能耗，提升車輛使用壽命。而在新車型控制策略的研制與開發(fā)環(huán)節(jié)中，不能回避的一個問題就是研發(fā)成本。隨著仿真技術(shù)的逐步提升，其的越來越有效地降低混合動力汽車整車控制策略研發(fā)成本，縮短開發(fā)周期[1-2]。目前，混合動力汽車( hybrid electri-cal vehicle，HEV) 的建模方法主要分為前向建建模和后向建模兩種［3-4］。本文采用后一種方法，應(yīng)用物理建模與數(shù)學(xué)建模相結(jié)合的方法，建立并聯(lián)式混合動力汽車模型，搭載一定的控制策略，在車輛加速、勻速、減速三種循環(huán)工況下，對汽車整車性能進(jìn)行分析，驗證模型的合理性，確保其可有效支持混合動力汽車整車控制策略研發(fā)設(shè)計，提高混合動力汽車整車控制策略研發(fā)效率

2 整車模型的建立

本模型包括電池、DC—DC、驅(qū)動電機(jī)、發(fā)電機(jī)、發(fā)動機(jī)、轉(zhuǎn)矩分配器、車身及控制系統(tǒng)9個系統(tǒng)部件，機(jī)械部件之間進(jìn)行機(jī)械連接，電氣部件之間通過物理信號之間，控制系統(tǒng)通過全局變量與其余各系統(tǒng)部件進(jìn)行信息交流。

圖1 整車模型圖

整車模型主要包括車身、魔術(shù)輪胎等，魔術(shù)輪胎接受驅(qū)動電機(jī)提供的轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動車輛行駛，車身輸出整車行駛速度，作為車輛行駛反饋信號，同時也作為發(fā)動機(jī)啟?？刂菩盘枴?/p>

圖2 車身模型圖

整車部分參數(shù)如表1所示。

表1 車輛參數(shù)

發(fā)動機(jī)模型將需求速度轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)矩需求，并與轉(zhuǎn)矩分配器機(jī)械連接，轉(zhuǎn)矩分配器將發(fā)動機(jī)輸出的扭矩一部分輸出到發(fā)電機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，一部分輸出至驅(qū)動軸與驅(qū)動電機(jī)共同驅(qū)動車輛行駛

圖3 發(fā)動機(jī)模型圖

驅(qū)動電機(jī)與車身模型中的魔法輪胎機(jī)械連接，根據(jù)控制系統(tǒng)傳遞過來的需求轉(zhuǎn)速信號，調(diào)整自身轉(zhuǎn)速，控制輸出轉(zhuǎn)矩從而按照需求的車速驅(qū)動車輛行駛。

圖4 驅(qū)動電機(jī)模型圖

3 控制系統(tǒng)

本模型采用的式類似于比亞迪秦的強(qiáng)混模式，車輛在輕載、起步、低速等工況下，采用電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動模式；在急加速、爬陡坡等大負(fù)荷工況下，發(fā)動機(jī)啟動，與驅(qū)動電機(jī)共同驅(qū)動車輛，并將一部分轉(zhuǎn)矩用于帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電；車輛在制動過程時，發(fā)電機(jī)被反拖進(jìn)行制動能量回收，將回收的電能儲存到動力電池。

圖5 整車控制策略

4 仿真結(jié)果與分析

車輛在勻速、加速、減速三種工況下進(jìn)行仿真測試，仿真結(jié)果表明，實際車速與目標(biāo)車速相差很小，兩條運(yùn)動軌跡幾乎相同，如圖6所示。由此可以看出，該模型各系統(tǒng)參數(shù)匹配合理。

從模型車速與發(fā)動機(jī)、驅(qū)動電機(jī)、發(fā)電機(jī)、電池能量關(guān)系圖可以看出，發(fā)動機(jī)在車速大于40km/h的時候開始啟動，發(fā)動機(jī)啟動后，一部分扭矩帶動發(fā)動機(jī)工作為動力電池充電，一部分扭矩與驅(qū)動電機(jī)共同驅(qū)動車輛；當(dāng)車輛減速時，驅(qū)動電機(jī)被反拖為動力電池充電。在整個行駛過程中驅(qū)動系統(tǒng)部件與速度響應(yīng)關(guān)系符合車輛預(yù)先設(shè)計，控制策略被正確有效的執(zhí)行，見圖7。

5 結(jié)論

基于動力學(xué)仿真軟件，采用數(shù)學(xué)建模與物理建模相結(jié)合的方法，建立了一個并聯(lián)式混合動力汽車模型，采用基于強(qiáng)混思路的控制策略，在勻速、加速、減速工況下對混合動力汽車進(jìn)行仿真并分析，結(jié)果表明：

圖6 速度曲線圖

圖7 整車能量曲線圖

1)所建立的模型能較好的響應(yīng)速度需求，各部件參數(shù)匹配合理；

2)所建立模型能在制動時通過電機(jī)實現(xiàn)能量回收，符合電動汽車運(yùn)行實際情況；

3) 所建立的模型能夠正確的按照預(yù)設(shè)的控制策略運(yùn)行，可支持混合動力汽車控制策略開發(fā)。