基于ADVISOR的混聯式混合動力汽車仿真分析

王 波

（黑龍江農業工程職業學院汽車學院，哈爾濱 150088）

隨著各國對節能和環保問題的重視，各大汽車公司近年來推出了更多的混合動力車型，這些混合動力汽車多數采用的是混聯式混合動力系統，且這種混聯式混合動力車型中，多數都應用了行星齒輪機構作為動力耦合的核心裝置——EVT。然而，這種裝置應用于動力耦合功能在1960～1980年之間就早已得到廣泛的應用［1－3］。隨著混合動力技術的日益成熟，這種裝置也得到了更廣泛的應用［4－6］，雷克薩斯GS450h便是應用了行星齒輪機構二代（THSⅡ）作為動力耦合的核心裝置［7－10］。本文將通過仿真分析GS450h的動力性和經濟性。

1 模型的建立

為了在ADVISOR里仿真GS450h的動力性和經濟性，要先對GS450h建立整車模型。

THSⅡ的數學模型如下:

由公式 （2）、（3）可得:

根據轉速的關系可以得到扭矩的關系式，然后在此數學模型基礎上建立出GS450h的整車模塊，如圖1～圖3所示，分別為GS450h車輛的頂層模塊以及THSⅡ的局部模塊和控制模塊。

利用該模型，輸入整車參數，便可以在ADVISOR里對GS450h車進行各個性能的仿真，得到仿真數據，并處理分析。

2 GS450h的仿真及驗證

下面將利用GS450h的實際整車參數來仿真GS450h本身的性能，并和實際試驗數據進行對照來驗證該模型的可用性和精準性。

（1）GS450h的系統參數。GS450h這款具有更強動力性能的配備THSⅡ的混合動力汽車，它所選用的動力源和相應配備都較之前有一定程度的改進，見表1～表3為Lexus GS450h的系統參數。

圖1 GS450h車的頂層模塊Fig.1 Top module of GS450h

圖2 THSⅡ的局部Simulink模塊Fig.2 Local simulink module of THS II

圖3 THSⅡ的控制模塊Fig.3 Control module of THS Ⅱ

表1 LEXUS GS450h的發動機參數Tab.1 Engine parameters of LEXUS GS450h

表2 LEXUS GS450h的電機參數Tab.2 Motor parameters of LEXUS GS450h

表3 LEXUS GS450h的電池參數Tab.3 Battery parameters of LEXUS GS450h

（2）GS450h的動力性仿真驗證。在ADVISOR軟件里選擇極限加速工況和低速爬坡工況來仿真GS450h的加速性和爬坡性，仿真結果與試驗值見表4。

表4 GS450h的動力性仿真值與試驗值Tab.4 Simulation value and experimental value of GS450h dynamic performance

在極限加速和低速爬坡時的扭矩輸出曲線分別如圖4和圖5所示。

圖4 GS450h極限加速過程Fig 4 Limit acceleration process for GS450h

圖5 GS450h低速爬坡過程Fig.5 Low－speed climbing process for GS450h

由以上結果可以看出，該模型在ADVISOR軟件里的仿真結果基本與試驗值十分接近，具有很強的可用性，因此可以利用此模型做更廣泛的應用和改善。

（3）GS450h的燃油經濟性仿真驗證。為了更詳細的仿真燃油經濟性，選擇了多種不同工況進行運行仿真，選擇了歐洲ECE工況、歐洲NEDC工況（B－NEDC）、日本1015工況（C－1015）和美國UDDS工況（D－UDDS）作為車輛燃油分析的循環工況，GS450h燃油經濟性仿真結果見表5，仿真平均值為7.125L/100km，試驗值為 8.1L/100km，吻合度為90%。

圖6 ECE工況里GS450h的發動機工作點圖Fig.6 Engine operating point in ECE

由以上結果可以看出，該模型在ADVISOR軟件里的仿真結果基本與試驗值基本接近，偏差較小，說明該模型比較精準。

表5 GS450h的燃油經濟性仿真值Tab.5 Simulation value and experimental value of GS450h economy performance

由仿真結果可知，GS450h的燃油經濟性的仿真值與試驗值基本一致，接近度達到近90%。而且GS450h的燃油試驗值僅為8.1L/100km，取得了非常好的燃油效果。在ECE工況仿真過程中，輸出發動機工作點圖和電機工作點圖，如圖6和圖7所示。

圖7 ECE工況里GS450h的電機工作點圖Fig.7 Motor operating point in ECE

3 結束語

GS450h能將油耗輕易控制在10L/100km以內，大約為8.1L/100km。它具有4.5LV8發動機的動力性能，卻能實現2.0LV4發動機的燃油經濟性。這正是THSⅡ系統所能表現出的超驚人的先進技術，實現了混合動力車的燃油經濟性與動力性的雙方面的提高。

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