基于ADVISOR的電動汽車虛擬試驗平臺*

宮喚春 徐勝云 任寧寧 薛冰 吳冬冬

（燕京理工學院）

電動汽車是以電池為儲能單元，以電動機為驅動系統的車輛[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的特點是結構相對簡單，生產工藝相對成熟；缺點是充電速度慢，續駛里程短。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，用于電動汽車研發與設計，分析電動汽車相關技術參數的變化關系，為優化與改善電動汽車使用性能提供依據。

1 基于ADVISOR建立純電動汽車的整車模型

ADVISOR2002是在Matlab/Simulink軟件環境下開發的模型，是目前應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汽車、BEV和HEV的動力性、燃油經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、車輛的數據以及算法提供了依據[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構技術參數進行改裝設計和對各個軟件模塊進行修改，建立自己的汽車虛擬試驗模塊，組成需要的汽車模型。應用ADVISOR對設計的模塊進行仿真計算，在短時間內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模型[4]。

ADVISOR軟件是采用后向仿真和前向仿真相結合的仿真方法[5]。后向車輛仿真回答“假設車輛滿足請求的動力，每個部件應怎樣執行”，這種類型的仿真過程不包括駕駛員模型，但能通過反復循環預測汽車的最大性能；前向車輛仿真包括駕駛員模型，通過調節加速踏板和制動命令滿足需求。踏板信號被轉化成轉矩，通過傳動系統傳遞給驅動力，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個假設為：1）下級傳動系部件需要的轉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模型的基礎上重新設計部件的模型，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，需要重新設計控制策略模塊和能量模塊；2）ADVISOR的多數模塊是建立在經驗數據基礎上的穩態模型，仿真效果差。重新設計部件模型的方法是嚴格按照ADVISOR模塊對輸入參數和輸出參數的定義，用設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機構和仿真數據流程，進入ADVISOR初始界面后，顯示的是車型定義的各項內容，包括動力系統類型選擇組件定義和變量賦值等[7]。動力系統類型除HEV的串并聯結構外，還包括傳統汽車結構、BEV結構、FCEV結構及豐田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虛擬仿真軟件參數設計界面，如圖2所示，圖2中所示的參數界面可以通過構建的電動汽車模型加載數據運行。

汽車在實際行駛過程中很難在穩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該通過實際行駛路面和交通狀況的統計數據得出，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，所以根據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果，如圖3所示。

由圖3可以得出：軟件中設置的電動汽車荷電狀態（SOC）參數為 0.8～1.0；車速變化范圍在 0～90 km/h，絕大多數行駛時間內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，電池能量可以均勻消耗；功率輸出最高可以達到40 kW左右，最大功率連續輸出時間較短，說明電動汽車蓄能能力有待于進一步優化和改善。因此，可以根據電池SOC狀態參數合理設計電動汽車運轉模式，最佳利用車載能源提高電動汽車的綜合性能，通過ADVISOR軟件可以進一步優化車型數據設計。

圖4示出電動機在不同轉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，同時發動機轉速在0～2 000 r/min時，電池SOC實際工作點位于0.6～0.75；轉速在3 000～6 000 r/min時，電動機輸出扭矩增大，當電動機轉速超過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運行，需要合理分析電池SOC參數與電動機扭矩輸出特性之間的變化關系。

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鍵技術的研發和設計是完全可行的，該軟件操作簡單直觀，便于學習使用，而軟件中提供了豐富的車型模型和數據，有利于電動汽車研發與設計。

3 結論

文章利用ADVISOR軟件建立了前向電動汽車虛擬試驗仿真平臺，該仿真平臺參數設置直觀簡明，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換是研究的熱點問題，通過ADVISOR軟件設計電動汽車車型為分析解決電動汽車的能量管理與轉換提供了新的平臺和方法，有待于汽車工程技術人員進一步研究探索。