ADVISOR二次開發的混合動力系統設計與模擬研究論文

　　引言

　　環境保護部最近釋出的《2013年中國機動車汙染防治年報》顯示，機動車的尾氣排放已成為我國空氣汙染的重要來源。混合動力汽車和電動車是當前改善或解決汽車尾氣汙染的一個行之有效的方法之一。計算機模擬是研究混合動力汽車的重要手段，有利於縮短研發週期，降低研發成本。目前，國內外研究者研究混合動力汽車使用的計算機模擬軟體主要有CRUISE、CarSim、PSAT和ADVISOR，其中ADVISOR是在MATLAB/SIMULINK環境下采用模組化的程式語言，最大的優點在於其程式碼完全公開，便於使用者自主掌握和二次開發。ADVISOR是由美國NationalRenewableEnergyLaboratory開發，採用後向模擬為主、前向模擬輔助的混合模擬方法，主要可以實現車輛總成引數匹配與最佳化、車輛動力效能與經濟性模擬分析、車輛能量管理策略評價等功能。但是，ADVISOR軟體也有自身的缺陷，它提供的汽車模擬模型是有限的，只適合於單軸前輪驅動的車輛模擬。本文針對某後輪驅動的混合動力城市客車，以MATLAB/SIMULINK為平臺，利用其開放的程式碼和內部通用的子模組，對ADVISOR軟體進行二次開發，建立整車模擬模型，並進行模擬分析，為該車的研製提供了有力的依據。

　　1 ADVISOR混合動力模擬系統二次開發

　　1.1 混合動力系統結構與工作原理

　　文中所研究的混合動力汽車是一後輪驅動的城市公交車，其動力系統採用並聯式結構，系統結構組成如圖1所示。動力系統中採用了ISG電機，ISG是起動發電一體機，在混合動力汽車有較多的應用。動力系統可以實現多種工作模式，如：1)在車輛起步或低速運轉，且蓄電池的荷電狀態SOC值大於下限值時，發動機關閉，由蓄電池組給ISG電機供電驅動車輛;2)當車輛在中高速運轉時，發動機效率較高，蓄電池組停止工作，由發動機單獨驅動車輛;3)當需求轉矩大於發動機能提供的轉矩時，發動機與蓄電池組同時工作，共同提供轉矩驅動車輛;4)車輛在怠速、制動、下坡時，機械能經ISG電機產生電能並存儲於蓄電池組中。

　　1.2 混合動力系統模擬模型的二次開發

　　混合動力系統採用的是後輪驅動形式，而ADVISOR軟體原有的模擬模型只有前輪驅動，差異性較大。為了達到研究目的，因此需要對ADVISOR中相關的模擬模組進行二次開發。

　　ADVISOR中前驅模擬模型的建立思路是，首先建立並求解出車輛在坡度路面的動力學方程，再依據動力學方程建立SIMULINK模型。下面對坡度路面的後輪驅動車輛進行受力分析，如圖2所示，假設此時車輛是極限附著，車輛初始速度為V0，在最大附著力Fmax下產生的最大末速度為Vt。其中，FW、Ff、Fi分別是車輛所受的空氣阻力、滾動阻力和坡度阻力，Fn是驅動輪所受的垂直載荷。

　　1.3 混合動力系統控制策略模型設計

　　ADVISOR中的部分模型是以經驗資料為基礎建立的`穩態模型，模擬效果不佳;並且本文研究的模擬車輛的控制策略與ADVISOR中現有的控制策略不同。因此，在此需要對控制策略進行重新設計。由於車輛本身是一個非線性系統，若採用傳統的PID控制，需要將非線性系統進行線性化，控制器的設計很費時間。故文中並聯式混合動力車輛採用的是模糊邏輯控制，主要利用車輛的踏板開度、車速和SOC之間的關係作為動力分配的主要依據，經過模糊邏輯動力分配控制器模組，使發動機和馬達的動力保持最佳分配。

　　2 模擬與結果分析

　　在進行ADVISOR模擬分析時，選擇不同的道路迴圈工況會較大的影響模擬結果。為了讓模擬分析更趨近實際情況，本文將中國城市公交典型工況匯入ADVISOR，並選用該工況對混合動力系統進行經濟效能模擬分析。圖7是中國城市公交典型工況圖。由於該工況下的模擬車速上限是60km/h，因此在進行混合動力系統最高車速模擬時，又選擇了美國環境保護署城市道路迴圈工況CYC-UDDS進行車速模擬。

　　3 結論

　　1)本文充分利用了ADVISOR軟體程式碼開放的特性，在其現有模擬模型的基礎上，進行二次開發建立了混合動力客車的後驅動力系統模型和控制模型，並將中國城市公交典型工況匯入ADVISOR，這使模擬研究與實際工況更加吻合。

　　2)模擬結果表明，所建立的動力系統和控制策略能夠較好的模擬該混合動力汽車的動力效能和燃油經濟性，且與原車型相比，混合動力汽車的燃油經濟性提高較明顯，動力效能也能達到設計要求。這為混合動力汽車的實用化、產量化提供了技術支援，減少了產品的開發週期和成本。