基于ADVISOR的DE純電動汽車仿真

王孝全 趙國霖 肖澤輝 王 釗

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基于ADVISOR的DE純電動汽車仿真

王孝全 趙國霖 肖澤輝 王 釗

東南（福建）汽車工業有限公司研發中心

采用ADVISOR軟件對DE純電動汽車進行整車建模、各子模塊建模、數據輸入、測試工況建立、仿真計算，并將計算結果與國家《純電動乘用車技術標準》意見征求稿中的標準做對比, 評估現有DE純電動汽車的技術方案。

純電動汽車；ADVISOR；整車性能；建模；仿真

純電動汽車是指以車載電源為動力,用電機驅動車輪行駛,符合道路交通、安全法規各項要求的車輛。電動汽車除了能解除當前世界上石油儲量日益枯竭的憂患外，最大的優點是電動汽車本身不存在有害氣體排放，不會污染大氣。雖然目前電力來源于發電廠，其排放的硫和微粒較高（尤其是火力發電），但由于發電廠是集中排放，清除有害物質較容易，況且電力也可以從其他能源獲得，如核能、水力、風力、太陽能等。因此電動汽車在保護環境方面依然具有積極意義。

現在發達國家與主要汽車集團都十分重視研究開發電動汽車，我國電動汽車雖然沒有歐美等國家起步早, 但從“八五”開始，電動汽車一直是國家計劃項目，并在2001 年設立了“電動汽車重大科技專項”。通過組織企業、高等院校和科研機構, 集中各方面力量進行聯合攻關。2008年10月公布的《純電動乘用車技術標準》的意見征求稿更是對電動汽車整體性能提出了更規范、更嚴格的要求。

因此，為開發出更經濟、更實用、更高效能的純電動汽車產品，在開發DE純電動汽車時，采用先進的仿真技術對其性能進行仿真分析是非常必要的。目前，ADVISOR通過大量的實踐證明具有良好的實用性，因此世界上許多整車企業、研究機構都采用其作為電動汽車、混合動力汽車的仿真計算工具。在DE純電動車的仿真中，我們也將采用ADVISOR軟件進行分析。

1 ADVISOR軟件介紹

ADVISOR(Advanced Vehicle Simulator)高級車輛仿真器是美國國家可再生能源實驗室開發的一款著名的電動汽車仿真軟件。主要用于EV、HEV及FCEV的仿真研究工作，同時兼具對CV的仿真功能。其內部程序由模塊化的Matlab／Simulink語言編寫而成，提供了多種可供選擇的電動汽車整車模型及靈活可修改的部件模型庫。可對選定車輛的整車燃油經濟性、排放、加速時間、最大爬坡度等進行仿真計算。人性化的操作界面大大簡化了用戶的操作難度。通過修改部件模型或控制策略，還可實現對特定車型的優化計算。目前該軟件已成為電動汽車仿真研究首選的工具。

2 仿真模型建立

2.1 實際車輛整車基本構架

仿真模型基于實際車輛的整車基本構架，目前開發的DE純電動汽車的整車系統框架圖如圖1所示：

圖1 DE純電動車整車系統框架圖

2.2 整車系統仿真模型

依據圖1，建立ADVISOR中的整車仿真模型圖2所示：

圖2 整車仿真模型

其中包括駕駛工況、車輛、輪胎、主減速器、變速箱、電機、電池等子模塊，每個子模塊都包含一個Simulink仿真模塊，能夠通過修改其對應的M文件中的相關參數完成數據的輸入。

圖2中箭頭表示數據流及傳動系能量流的流向，箭頭從左往右表示逆向仿真法，從右往左表示正向仿真。正向方法的部件模型之間的聯系更加接近車輛的實際情況，這種方法比逆向仿真方法的計算結果更準確，但是，計算量大，速度也比采用逆向仿真方法的軟件慢。有些軟件采用正向仿真和逆向仿真結合的仿真策略，ADVISOR是以逆向仿真為主，正向仿真為輔的綜合仿真方法。這種仿真方法的計算量較小，模型比較簡單，同時也可以保證仿真結果的精度。

2.3 電池系統模型建立

電池系統模型是純電動車模型中的重要模塊，因此單獨列出討論。電池模塊主要接受來自傳動系統中的需求功率，并根據電池的當前電壓，電流和SOC輸出系統可以提供的功率。在計算電池可輸出的功率時主要有5個子模塊：開路電壓和內阻計算子模塊，功率限制子模塊，電流計算子模塊，SOC算法子模塊，溫度估算子模塊，能量計算模塊。

2.3.1開路電壓和內阻計算子模塊

該模塊功能是根據電池的當前SOC值和工作溫度以及需求功率確定電池的開路電壓和內阻。輸入功率用來判斷電池的工作狀態，功率為正時電池放電，反之，功率為負時電池處于充電狀態。

2.3.2功率限制子模塊

另外，考慮到實際情況和電池安全，對電池充放電功率限制如下：

2.3.3電流計算模塊

該模塊根據總線功率需求、電池的電壓和內阻以及功率限定模塊中得到的功率限值，公式為：

2.3.4 SOC算法子模塊

電池的電量狀態是指電池的剩余容量與額定容量的比值，用百分比來表示(0≤≤1) ，該模塊主要用來估算電池的剩余容量。

2.3.5電池熱模型子模塊

該模塊用來模擬電池的熱特性，預測電池的工作溫度，為其它子模塊提供溫度參數。主要計算公式如下：

根據上述5個子系統公式分別建立子系統模塊后，組件電池仿真模型如圖3所示：

圖3 電池仿真模型

2.4 電機系統模型建立

電機控制器模型考慮了電機損失的影響、轉子的轉動慣量、轉矩輸出能力以及熱量輸出模塊。電動機模塊中，程序根據轉子所需轉矩和轉速通過電動機轉速預估程序，考慮了慣性作用和轉矩限制等影響因素，在參考電動機輸出功率Map圖的基礎上計算得到電動機所需的輸入功率。仿真模型如圖4。

圖4 電機仿真模型

2.5 車輛模型建立

該車輛模型在汽車模塊中的計算是表示在輪胎處力的平衡，其動力學方程與傳動汽油、柴油車輛無異，這里就不一一列舉，根據這些動力學方程建模如圖5。

圖5 車輛仿真模型

3 整車參數輸入及測試工況建立

3.1 整車參數輸入

在圖6的參數輸入界面，通過修改各模塊M文件中的參數，完成性能仿真計算所需的參數輸入。

其中DE純電動汽車的主要整車參數見表1（其他參數涉及保密資料暫不對外公布）：

圖6 參數輸入

表1 DE純電動車主要參數

3.2 仿真測試工況建立

依據《純電動乘用車技術標準》的意見征求稿及國標《GB/T 18385-2005 電動汽車動力性能實驗方法》、國標《GB/T 18386-2005 電動汽車能量消耗率和續駛里程試驗方法》，在圖7所示界面設定仿真測試工況。

圖7 參數輸入

主要仿真內容為：

①動力性：最高車速、30 min最高車速、0~50 km/h加速時間、50~80 km/h加速時間、4%坡度最大爬坡車速、12%坡度最大爬坡車速、最大爬坡度。

②經濟性：等速60 km/h續駛里程、NEDC循環工況下續駛里程。

4 仿真計算結果

依據上述模型及參數，對DE傳電動汽車進行仿真計算，所得仿真結果如表2所示。

表2 仿真計算結果

因為續駛里程是電動汽車的標志性數值，所以特別列出計算續駛里程過程中，SOC值的變化。

4.1 NEDC循環公況下續駛里程

圖8 NEDC循環續駛里程

由上圖8可知，DE純電動車在NEDC循環工況下能行駛10. 6個循環，續駛總里程為116.2km。

4.2 60公里定速行駛下的續駛里程

圖9 60km/h定速續駛里程

由圖9計算得：DE純電動車在60km/h定速行駛工況下，續駛里程為167.8km。

5 結語

對比上述計算結果與國標限定值可知，現有DE純電動車技術方案可以滿足國家《純電動乘用車技術標準》意見征求稿中的動力性能及續駛里程的技術要求。該技術方案在理論上滿足產品開發目標，可以投入進行后續開發工作。

采用ADVISOR軟件對純電動汽車進行建模、仿真計算可以提前模擬出車輛的各項動力性、能量耗量等性能，并可與開發目標值作比對，在項目開發前期很好地評估整車技術方案可行性，降低了投資費用，減少了開發周期。ADVISOR軟件在純電動車項目開發階段可以發揮相當積極的作用。

[1] 陳全世,朱家璉,田光宇.先進電動汽車技術[M].北京:化學工業出版社, 2007.

[2] 崔勝民,王劍峰,王大方.新能源汽車技術[M].北京大學出版社,2009.

[3] 張翔,趙韓,錢立軍,等.電動汽車仿真軟件ADVISOR[J].汽車研究與開發, 2003(04).

[4] ADVISOR Documentation[M].National Renewable Energy Laboratory,2002

Simulation of the Power Performance of Pure Electric Vehicle DE Based on ADVISOR

Wang Xiaoquan, Zhao Guolin, Xiao Zehui, Wang Zhao

(Research and Development Centre, Southeast (Fujian) Automobile Industry Co., Ltd, Minhou 350019, China )

，Models of battery，electromotor drive system and whole vehicle were constructed by using the simulation software ADVISOR．With inputted data, the test conditions were established. Simulation calculation was conducted. The simulation result of the vehicle power performance was compared with the national technical standards for the electric car. It is indicated that the design of the power system is practical and feasible,

electric vehicle; ADVISOR; power performance; modeling; simulation.