基于Cruise和Simulink的純電動(dòng)車聯(lián)合仿真分析

鄧建明 龔循飛 于勤 李應(yīng)華 易健

摘 要：在國(guó)家節(jié)能減排的大背景下，電動(dòng)汽車應(yīng)運(yùn)而生。電動(dòng)汽車的續(xù)航里程與能量消耗率是衡量電動(dòng)汽車成熟水平的關(guān)鍵指標(biāo)。文章提出一種聯(lián)合仿真分析方法：首先對(duì)動(dòng)力總成系統(tǒng)主要零件進(jìn)行數(shù)字化建模，應(yīng)用MATLAB/ Simulink建立了整車控制策略模型，并應(yīng)用 AVL CRUISE 軟件建立了原型車的整車模型，然后通過(guò)MATLAB_DLL接口模塊，實(shí)現(xiàn)了MATLAB/Simulink和CRUISE軟件的聯(lián)合仿真，最后通過(guò)仿真計(jì)算和實(shí)車測(cè)試對(duì)比，結(jié)果表明：該方法可以快速迭代優(yōu)化整車控制策略并最終達(dá)到新能源車型的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;Cruise;Simulink;參數(shù)匹配;仿真分析

中圖分類號(hào)：U469.72? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2019）12-15-02

Abstract： In the context of national energy conservation and emission reduction， Electric Vehicles came into being. The driving range and energy consumption rate of electric vehicles are the key indicators to measure the maturity level of electric vehicles. This paper proposes a Co-simulation analysis method： firstly， model the main parts of the powertrain system digitally， and establish a vehicle control strategy model with MATLAB/Simulink， and build a prototype model of the prototype vehicle using AVL CRUISE software， and then by MATLAB_DLL interface， which? realizes the Co-simula -tion of MATLAB/Simulink and CRUISE software. Finally， the comparison between simulation results and real vehicle test shows that the method can optimize the vehicle control strategy quickly and iteratively and finally reach the Power & Economic performance indicators of the new energy vehicle.

Keywords： Electric Vehicle; Cruise; Simulink; Parameter Matching; Simulation Analysis

前言

目前，電動(dòng)車在政策支持與技術(shù)創(chuàng)新的雙重助推下發(fā)展迅速，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為的原因[1]：一是電動(dòng)汽車在解決環(huán)境污染和能源短缺等問(wèn)題方面具有優(yōu)勢(shì);二是目前我國(guó)電子商務(wù)產(chǎn)業(yè)促進(jìn)了物流車輛的應(yīng)用。所以電動(dòng)物流車具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

CRUISE[2]是一款在業(yè)界功能最強(qiáng)大、最穩(wěn)定以及適用性最廣的整車和傳動(dòng)系統(tǒng)性能分析的仿真工具;MATLAB/ Simulink[3]是MathWorks公司最著名的控制策略開(kāi)發(fā)工具。本文結(jié)合兩者的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了聯(lián)合仿真分析。

1 整車參數(shù)及性能目標(biāo)

整車尺寸是：5305×1860×1785mm，質(zhì)量：3200（最大）/2000（整備），主要性能目標(biāo)是續(xù)航里程（NEDC）：>300km，百公里加速小于14s。

2 總成參數(shù)匹配

2.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的參數(shù)匹配與選型

根據(jù)行業(yè)調(diào)研結(jié)果和車型要求，本文涉及的車型選用永磁同步電機(jī)。根據(jù)最高車速和最大爬坡度計(jì)算所需的電機(jī)峰值功率，根據(jù)常規(guī)車速、額定轉(zhuǎn)速與峰值轉(zhuǎn)速的要求，分別得到電機(jī)額定轉(zhuǎn)速和峰值轉(zhuǎn)速為1146轉(zhuǎn)和4500轉(zhuǎn)，然后根據(jù)額定轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)速計(jì)算額定功率為60kW，依據(jù)最大爬坡度計(jì)算電機(jī)峰值功率為120kW。

2.2 動(dòng)力電池選型與參數(shù)匹配

本文選取三元鋰電池作為動(dòng)力電池。根據(jù)電機(jī)額定電壓范圍得電池組的電壓為571V，單個(gè)三元鋰電池的電壓是3.66V，所以需156個(gè)電池串聯(lián)。電池能量可以通過(guò)下列的公式來(lái)進(jìn)行計(jì)算：

計(jì)算得W=57.1 kW·h。可知整車所需的串聯(lián)電池組能量為571V×100Ah=57100W·h，因此為了滿足汽車的動(dòng)力性要求，動(dòng)力電池總能量取57.1kW·h。

依據(jù)電機(jī)外特性及電池電化學(xué)特性參數(shù)，結(jié)合整車參數(shù)和性能目標(biāo)，運(yùn)用Cruise 軟件建立電動(dòng)物流車的整車模型，包括動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、主減速器、差速器、制動(dòng)器、車輪以及控制策略模型（利用Simulink建立，見(jiàn)圖1黑色方框）等模塊。圖1是聯(lián)合仿真的軟件界面，運(yùn)用Cruise軟件的聯(lián)合仿真接口MATLAB_DLL，最終建立的電動(dòng)車聯(lián)合仿真模型如上圖1所示。

聯(lián)合仿真模型建立以后，本文選擇NEDC循環(huán)工況對(duì)模型進(jìn)行仿真分析。在Cruise進(jìn)行基于NEDC工況的仿真實(shí)驗(yàn)，續(xù)航里程的仿真結(jié)果為329 km。

3 實(shí)車驗(yàn)證及結(jié)論

3.1 仿真及實(shí)車驗(yàn)證結(jié)果

根據(jù)制定的車輛運(yùn)行策略，車輛行進(jìn)在全油門(mén)百公里加速的工況下，其仿真結(jié)果如圖2所示，該工況下0-100km/h百公里加速時(shí)間是13.1s，實(shí)車驗(yàn)證結(jié)果如圖3所示為12.81s。

3.2 結(jié)論

聯(lián)合仿真主要計(jì)算結(jié)果和實(shí)車測(cè)試結(jié)果對(duì)比，如表1，結(jié)果表明：該方法可以快速迭代優(yōu)化整車控制策略并最終達(dá)到新能源車型的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 任田園，宋偉萍等.基于Cruise的電動(dòng)汽車仿真分析[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2018（21）：3-4.

[2] 李斯特技術(shù)中心（上海）.AVL Cruise User's Guide[G].2011.

[3] 孫忠瀟.Simulink仿真及代碼生成技術(shù)入門(mén)到精通[M].北京航空航天大學(xué)出版社2015.