并聯式混合動力電動汽車仿真模型設計

劉助春 陳剛 王東濤

湖南汽車工程職業學院 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環節中，不能回避的一個問題就是研發成本。隨著仿真技術的逐步提升，其的越來越有效地降低混合動力汽車整車控制策略研發成本，縮短開發周期[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，應用物理建模與數學建模相結合的方法，建立并聯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、減速三種循環工況下，對汽車整車性能進行分析，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設計，提高混合動力汽車整車控制策略研發效率

2 整車模型的建立

本模型包括電池、DC—DC、驅動電機、發電機、發動機、轉矩分配器、車身及控制系統9個系統部件，機械部件之間進行機械連接，電氣部件之間通過物理信號之間，控制系統通過全局變量與其余各系統部件進行信息交流。

圖1 整車模型圖

整車模型主要包括車身、魔術輪胎等，魔術輪胎接受驅動電機提供的轉矩，驅動車輛行駛，車身輸出整車行駛速度，作為車輛行駛反饋信號，同時也作為發動機啟停控制信號。

圖2 車身模型圖

整車部分參數如表1所示。

表1 車輛參數

發動機模型將需求速度轉換成轉矩需求，并與轉矩分配器機械連接，轉矩分配器將發動機輸出的扭矩一部分輸出到發電機帶動發電機發電，一部分輸出至驅動軸與驅動電機共同驅動車輛行駛

圖3 發動機模型圖

驅動電機與車身模型中的魔法輪胎機械連接，根據控制系統傳遞過來的需求轉速信號，調整自身轉速，控制輸出轉矩從而按照需求的車速驅動車輛行駛。

圖4 驅動電機模型圖

3 控制系統

本模型采用的式類似于比亞迪秦的強混模式，車輛在輕載、起步、低速等工況下，采用電機單獨驅動模式；在急加速、爬陡坡等大負荷工況下，發動機啟動，與驅動電機共同驅動車輛，并將一部分轉矩用于帶動發電機發電；車輛在制動過程時，發電機被反拖進行制動能量回收，將回收的電能儲存到動力電池。

圖5 整車控制策略

4 仿真結果與分析

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

從模型車速與發動機、驅動電機、發電機、電池能量關系圖可以看出，發動機在車速大于40km/h的時候開始啟動，發動機啟動后，一部分扭矩帶動發動機工作為動力電池充電，一部分扭矩與驅動電機共同驅動車輛；當車輛減速時，驅動電機被反拖為動力電池充電。在整個行駛過程中驅動系統部件與速度響應關系符合車輛預先設計，控制策略被正確有效的執行，見圖7。

5 結論

基于動力學仿真軟件，采用數學建模與物理建模相結合的方法，建立了一個并聯式混合動力汽車模型，采用基于強混思路的控制策略，在勻速、加速、減速工況下對混合動力汽車進行仿真并分析，結果表明：

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速度需求，各部件參數匹配合理；

2)所建立模型能在制動時通過電機實現能量回收，符合電動汽車運行實際情況；

3) 所建立的模型能夠正確的按照預設的控制策略運行，可支持混合動力汽車控制策略開發。