基于Simulink-Cruise的微混系統控制策略研究

0 引言

隨著新能源汽車技術的不斷發展，48V 微混系統作為一種低成本、高節油性的系統，日益受到關注。48V系統在原有12V系統上并聯48V系統，提升電能儲存和驅動能力。48V系統作為整車架構的第二條電壓等級較高的電源線，用來驅動較高功率需求的電器附件，在不影響原車電器線路的基礎上，提高整車附件電氣化，降低整車油耗。隨著油耗法規的不斷升級，48V微混系統在整車節能方面具備較為明顯的優勢，被認為是一種較理想的降油耗技術方案。同時48V微混系統在整車動力性方面也有明顯提升，提高了整車駕駛性能。

目前中國對48V微混系統的控制策略進行了相關研究。如，楊飛等對48V輕度混合動力系統控制策略的仿真研究

，利用Advisor仿真軟件對比分析了NEDC測試循環下48V微混系統和12V系統的節油效果，48V微混系統在制動能量回收功能節油明顯，整車油耗大幅度降低；劉巨江等對48V BSG混合動力系統控制策略開發及試驗研究

，對48VBSG系統加速助力、能量回收及高速啟動策略進行研究及試驗，對比研究了NEDC測試循環下的燃油消耗率和排放性能。

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本文基于48V微混系統，應用Simulink軟件開發全新控制策略，并結合Cruise整車仿真模型對其全新控制策略進行了仿真研究。本文對比研究了48V微混系統與12V原車系統在NEDC工況下的油耗，結果表明采用48V微混系統的節油效果明顯。

1 48V微混系統

48V微混系統在整車原有12V電路基礎上增加48V電池、48V啟發一體機(BSG電機)以及DC/DC轉換器等48V電路器件。48V系統根據其48V電機的安裝位置不同可劃分為P0、P1、P2、P3、P4等架構，如圖1所示。

其中P1結構的48V電機布置在發動機的輸出軸端，通常是通過齒輪與發動機集成，可取代傳統飛輪，功能及性能與P0架構類似。P1結構的48V系統在起停和能量回收等功能上具備較好的性能，同時P1結構可支持更高的電機功率，一般可達到15 kW至30kW。

能量回收功能即當整車處于滑行狀態或制動狀態時，BSG電機以發電模式工作，將機械能轉換為電能并傳輸給電池存儲，實現能量回收。能量回收功能是整車實現節能減排的重要功能，48V系統能量回收能力直接影響整車的經濟性。

P3結構的48V電機集成在變速箱的輸出軸上，P3結構縮短了48V電機到車輪端的傳動鏈，P3結構有效提高了純電驅動能力，同時P3結構的能量回收效率得到大大的提高；且P3結構在變箱換擋過程中，48V電機可實現整車扭矩的補償，減小了輪端的扭矩波動，提升了車輛舒適性和加速響應性。但P3結構無法實現起動發動機功能，不具備發動機啟停功能。因此一般采用雙電機，即P0+P3方案。

主動發電策略觸發需滿足電池電流低于設定值且系統無故障等條件。主動發電模式下BSG電機發電扭矩需求由整車需求扭矩以及發動機高效區對應扭矩共同決定。主動發電策略可將發動機工作區間盡可能的轉移至高效區，提高發動機效率。

本文所研究的48V微混系統采用P0結構如圖2所示

。48 V系統通過皮帶與發動機前段曲軸輪系相連，本方案中傳動比約為3.24，此種結構型式被稱為P0架構。P0架構的48V微混系統是目前應用最廣泛且成本最低的方案之一。

P4結構的48V電機集成在驅動橋上，該方案與P3結構的性能較為類似，P4結構能量回收及純電驅動效率較高；同樣的P4結構也無法實現起動發動機功能，需采用P0+P4的雙電機方案。

P0架構的48V微混系統包含48V電池、DC/DC變換器和BSG電機組成。BSG電機通過逆變器與48V電池相連，48V電池和12V電池之間通過DC/DC變換器實現電壓變換。

急加速助力功能即在整車突加大油門，需快速提速時，BSG電機跟發動機共同提供扭矩，增強整車動力性

。傳統發動機低速突加大扭矩需求時扭矩響應慢，扭矩響應滯后問題限制了整車加速性能。48V微混系統應用的BSG電機扭矩響應快，可很好的解決因發動機扭矩響應滯后造成的加速動力不足問題。

其中BSG電機即可作為發電機發電，也可作為電動機。48V微混系統可以實現發動機的快速起停、急加速助力以及整車制動能量回收和發電等功能。48V微混系統在原有發動機結構的基礎上改動相對較少，且增加成本較低，因而開發難度較小，較易控制。但P0架構的48V微混系統受限于皮帶傳動的連接方式，48V電機的功率等級一般較小，通常限制在10 kW～15 kW左右，因而48V電機的助力及能量回收等功能受到了較大限制，整車節油率一般在10%～12%左右。

2 48V微混系統控制策略

結合48V微混系統的部件組成，可知48V微混系統可實現發動機自動起停、急加速助力、能量回收以及主動發電等功能，本文詳細研究了48V微混系統的控制策略。

2.1 發動機自動起停控制策略

發動機自動起停功能即在車輛等待紅燈或中間短時間停車時，發動機呈自動關閉狀態，取代原來怠速工況狀態，節省發動機怠速下油耗，解決怠速工況期間的排放問題。當有行車意圖時，控制器控制BSG電機自動快速啟動發動機，車輛正常行駛。

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2.2 急加速助力功能控制策略

對于農村體育事業來說，經濟發展是一個重要的影響因素，發揮著決定性的作用。面對新的發展形勢和需求，應該客觀分析當前農村地區體育事業的特征。不斷探索和思考，為農村體育事業的發展構筑物質基礎、思想基礎和執行基礎，為農村體育事業各項工作的推進提供持續的動力來源。

急加速功能控制策略如表2所示。急加速策略以判斷油門踏板開度變化率大于設定值為觸發條件，以整車需求扭矩和發動機實際響應扭矩差為跳出條件。BSG電機補償整車需求扭矩和發動機響應扭矩的差值。

某院2011－2017年非痰標本產AmpC酶陰溝腸桿菌的臨床分布及耐藥性分析 …………………………… 謝朝云等（8）：1069

(7)由于進入煙氣管的煙氣溫度相對低，而煙氣管道又比較長，約64 m，礦溫又不高，外排鍋爐氣的溫度也低，因此熱能利用率較高；

2.3 能量回收功能控制策略

P2結構的48V電機布置在離合器與變速箱之間。與P0、P1結構相比，P2結構可以實現48V電機與發動機的解耦。P2結構可實現純電行駛功能，在車輛需求功率較小時，發動機停機，離合器分離，48V電機驅動整車行駛。P2結構在實現能量回收功能時，可分開離合器，不存在整車同時倒拖發動機的情況，有效提高能量回收效率。P2結構同時具備發動機快速啟停功能，包含行車啟停功能。

能量回收策略分為滑行能量回收和制動能量回收兩種策略如表3所示。其中滑行能量回收觸發需同時滿足油門踏板開度為零、離合器閉合、檔位不在空擋、車速大于設定值等條件，此模式下BSG電機以等功率回收能量；而制動能量回收觸發需在滿足滑行能量回收觸發條件的基礎上，同時滿足制動踏板開度大于設定值等條件，此模式下BSG電機回收能量受制動踏板開度大小影響。

發動機自動關閉策略需同時滿足多個條件才能觸發，如油門踏板行程為零，車速為零，檔位為空檔，拉起手剎，且整車48V電路連通、電機電池無故障、電池SOC充足以及發動機水溫大于設定值等條件。發動機快速啟動策略，當發動機處于自動關閉狀態時，若此時同時滿足離合器打開或空擋、松開手剎并踩下制動踏板等條件時，控制器自動觸發發動機啟動需求，BSG電機快速拖起發動機。

2.4 主動發電功能控制策略

主動發電功能即在整車運行過程中，當電池電量低于設定值且BSG電機未處于能量回收模式時，控制器主動控制發動機部分扭矩來驅動BSG電機，BSG電機以發電模式為電池充電。主動發電模式下，發動機輸出扭矩需同時滿足整車扭矩需求和BSG電機發電扭矩需求。

欣欣和老亮約定今天去民政局辦離婚，是誰也看不出來也意想不到的。在電梯里，鄰居彼此打招呼，那個快嘴的阿姨一如既往地夸贊他們：“看人家這小兩口，什么時候都笑呵呵的，和和氣氣的，好女旺三代，這小媳婦兒會說話會辦事，給她當婆婆真是修來的福氣呀！”

3 Simulink-Cruise聯合仿真

本文中應用Simulink實現48V微混系統的控制策略，并將控制模型生成可用于Cruise軟件的代碼；應用Cruise模型搭建48V整車模型驗證基于全新控制策略的48V微混系統的節油能力。

3.1 整車參數

本文研究48V微混系統基于配置2.5L柴油機的皮卡車型，具體整車參數如表4所示。

3.2 功能配置

本文基于NEDC測試循環，對不同功能配置的系統進行控制策略仿真研究。功能配置如表5所示。分別是傳統12V系統(配置1)、48V系統僅帶起停功能(配置2)、48V系統且帶有能量回收和助力功能(配置3)以及48V系統帶有起停、能量回收、急加速助力、主動發電功能(配置4)。

3.3 仿真結果分析

本文基于4種功能配置開發對應的Simulink控制模型，不同功能配置的控制策略均遵循測試循環前后電池SOC保持平衡的基本原則，電池SOC仿真基準值為60%。NEDC工況下四種不同功能配置對應仿真結果如表6所示。四種不同配置NEDC工況下的油耗曲線如圖3所示。

嫁接后前三天不能通風，白天和夜間溫室大棚溫度分別控制在30℃和18℃以內，確保溫室內相對濕度較高，一般維持在90%。遇到連續晴朗天氣，在每天白天10點到下午4點需要對嫁接好的幼苗進行遮陰處理。一般采用上述方法管理3天左右，逐漸降低小拱棚內溫度，增加光照小時數。一般嫁接10天左右，就可以將拱棚撤去轉為正常管理[1]。

由仿真結果可知，配置1對應的傳統12V系統NEDC工況油耗最高，約為0.571Kg；配置4對應的含有全部功能的48V系統NEDC工況油耗最低，約為0.507Kg，相比12V系統約節油11.25%，節油效果明顯。

配置2僅帶有起停功能的系統，對比配置1油耗，此配置下節油效果明顯，約節油7.8%，此仿真結果較實際值偏高，由于Cruise中發動機模型自帶啟動發動機功能，因而此配置下啟動發動機時，發動機自動啟動，而不是由BSG電機拖起，并未消耗48V電能。配置3帶有能量回收和助力功能的系統，此配置下相比傳統12V系統約節油5.3%，效果較好。

4 結論

對比傳統12V系統，48V微混系統節油效果明顯，NEDC工況下約節油11.25；自動起停技術節油效果明顯，約節油7.8%，雖然略高于實際工況下的節油率，但發動機啟動時間短，耗電量較小，此仿真數值能夠反映自動起停技術在NEDC工況下的節能潛力，然實際整車運行中自動起停技術的節能效果與整車實際工況相關。

[1]楊飛等. 48V輕度混合動力系統控制策略的仿真研究[J].內燃機工程,2017,06.

[2]劉巨江等. 48VBSG混合動力系統控制策略開發及試驗研究[J].車用發動機,2016,04.

[3]趙治國等. 48V微混系統瞬時優化力矩管理策略[J]. 機電一體化, 2017,11.

[4]王震等. 48V微混系統降低油耗策略分析[J]. 汽車技術,2017,02.