基于Advisor氫燃料電動汽車仿真研究

王蘭紅

摘要：隨著汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，導(dǎo)致全球能源消耗以及環(huán)境破壞污染等問題日漸嚴(yán)峻。氫燃料電動汽車在排放和動力等方面尤為突出，本文以氫燃料電動汽車為研究對象，在Advisor汽車仿真軟件建立氫燃料電池、汽車動力系統(tǒng)部件以及車身模型，選定中國城市工況以及UDDS城市仿真工況，對氫燃料電動汽車模型進(jìn)行仿真，從仿真結(jié)果來看，汽車動力性能仿真結(jié)果明顯優(yōu)于同類型傳統(tǒng)車輛動力性能，整車燃料經(jīng)濟(jì)性能有很大提升，排放基本達(dá)到零排放，仿真結(jié)果同時也證明了模型的準(zhǔn)確性。

Abstract： With the continuous development of the automotive industry， global energy consumption and environmental damage and pollution are becoming increasingly serious. Hydrogen fuel electric vehicles are particularly prominent in terms of emissions and power. This article takes hydrogen fuel electric vehicles as the research object， establishes hydrogen fuel cells， automotive power system components and body models in advisor car simulation software， and selects Chinese city operating conditions and UDDS cities Simulate the working conditions to simulate the hydrogen fuel electric vehicle model. From the simulation results， the simulation results of the vehicle's power performance are significantly better than the power performance of the traditional vehicles of the same type. The simulation results also proved the accuracy of the model.

關(guān)鍵詞：Advisor;氫燃料;電動汽車

Key words： Advisor;hydrogen fuel;electric vehicles

0 ?引言

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，導(dǎo)致全球能源消耗以及環(huán)境破壞污染等問題日漸嚴(yán)峻。新能源汽車解決上述問題越來越受到各國研究者的青睞，氫燃料電動汽車在排放和動力等方面尤為突出[1]，一方面氫燃料汽車克服了純電動汽車的續(xù)航里程短的缺陷;另一方面又克服了傳統(tǒng)汽車排放污染環(huán)境的問題。2015年豐田首次推出Mirai氫燃料電動汽車之后，各車企也陸續(xù)推出不同類型的氫燃料電動汽車，如寶馬、梅賽德斯-奔馳、本田以及近年來快速竄起的韓系車商現(xiàn)代[2]。本文以氫燃料電動汽車為研究對象，重點研究氫燃料電動汽車的一維建模過程，并基于某道路工況進(jìn)行模型仿真和數(shù)據(jù)分析。

1 ?汽車模型建立

1.1 整車模型建立

基于Advisor建立氫燃料電動汽車仿真模型[3]，如圖1所示，其中包括車身子模型、燃料轉(zhuǎn)換器（燃料電池、內(nèi)燃機(jī)以及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)燃機(jī)）子模型、排放后處理器子模型、能量儲存器（動力蓄電池和超級電容）子模型、驅(qū)動電機(jī)子模型、傳動系統(tǒng)子模型、扭矩耦合器子模型、車軸庫輪以及配件等仿真子模型。Advisor是比較開放的汽車仿真系統(tǒng)，對于不同的車型可以選擇不同的子模型，從而搭建不同的仿真模型。可以通過下拉框來選擇版本、類型或者通過修改對應(yīng)文件中參數(shù)值進(jìn)行選擇。

1.2 氫燃料電池模型的建立

Advisor仿真程序有三種不同類型的燃料電池建模方法，本文選用的氫燃料電池功率-效率模型，如圖2所示，氫燃料電池系統(tǒng)效率特性圖，如圖3所示。

1.3 鋰離子電池模型的建立

蓄電池模型在電動汽車仿真過程中非常重要[4]，本文選擇鋰離子蓄電池組子模型，如圖4所示，共有30節(jié)單電池組成，每個單電池電壓為12V，蓄電池總電壓為360V。模型以蓄電池荷電狀態(tài)（SOC）為控制依據(jù)，設(shè)置SOC上限值和下限值來切換充放電狀態(tài)。

1.4 氫燃料汽車車身模型及其它子模型的建立

本文氫燃料汽車車身模型參照某傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車模型[5]，根據(jù)汽車行駛平衡方程建立車身模型，建立模型如圖5所示。

Ft=Ff+Fw+Fi+Fj

式中：Ft為汽車驅(qū)動力;Ff為汽車行駛的滾動阻力;Fw為汽車行駛的空氣阻力;Fi為汽車行駛的坡度阻力;Fj汽車行駛加速阻力。

2 ?仿真參數(shù)

本文選擇某款氫燃料電動汽車為研究對象，具體仿真參數(shù)如表1所示。

3 ?仿真結(jié)果與分析

根據(jù)第二小節(jié)建立的仿真模型，在中國城市工況以及體現(xiàn)典型城市行駛特征的UDDS工況下，對氫燃料電動汽車模型進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖6所示。Advisor仿真結(jié)果可以導(dǎo)出很多關(guān)于汽車性能參數(shù)的指標(biāo)，本文選擇動力蓄電池SOC的變化、等效燃油消耗、加速測試、坡度測試、動力系統(tǒng)各部件工作效率點等。仿真的相關(guān)數(shù)據(jù)對于分析動力系統(tǒng)相關(guān)部件設(shè)計、評價控制策略的合理性、為車輛的改型提供參考價值。

4 ?總結(jié)

本文以氫燃料電動汽車為研究對象，在Advisor汽車仿真軟件建立氫燃料電池、汽車動力系統(tǒng)部件以及車身模型，選定中國城市工況以及UDDS城市仿真工況，對氫燃料電動汽車模型進(jìn)行仿真，從仿真結(jié)果來看，汽車動力性能仿真結(jié)果明顯優(yōu)于同類型傳統(tǒng)車輛動力性能，整車燃料經(jīng)濟(jì)性能有很大提升，排放基本達(dá)到零排放，仿真結(jié)果同時也證明了模型的準(zhǔn)確性。

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