基于雙電機多模混合動力系統的CRUISE和SIMULINK聯合仿真建模

周康　權飛　柳建新　黃桂東

摘 要：本文針對雙電機多模混合動力總成系統進行研究，利用SIMULINK與CRIUSE軟件建立整車的仿真平臺，并進行了NEDC工況的仿真分析，為整車的動力總成的設計與分析提供了堅實基礎。

關鍵詞：雙電機多模混合動力總成系統;CRUISE-SIMULINK聯合仿真平臺;經濟性仿真;NEDC

1 引言

汽車行業的持續發展受到能源匱乏和環境污染兩大難題的困擾。新能源汽車的發展可以有效的緩解環境與能源的壓力，推動汽車行業的可持續發展。新能源汽車的開發可以通過計算機仿真去模擬整車的實際工作過程，從而降低實車的開發成本與開發風險，提高新車的開發效率。CRUISE仿真軟件建立整車模型準確方便;SIMULINK建立的控制策略與實車策略一致，符合功能安全對控制策略的開發流程;CRUISE-SIMULINK聯合仿真成為新能源汽車開發的重要工具。

2 整車基本參數

2.1 整車基本參數

本文研究雙電機多模混合動力總成系統應用于乘用車，以國內某品牌的乘用車為原型車，確定整車的基本參數如表1所示。

本文所研究的雙電機多模混合動力總成系統結構簡圖如圖1所示。該系統由發動機、電池、驅動電機、發電機和行星排變速箱組成。

2.2 整車行駛循環工況選擇

汽車行駛循環工況由勻速、加速、減速和怠速等不同的運動區組成。不同的循環工況，運行速度、總的運行時間和里程都不相同，因而采用不同的行駛工況對整車的設計有重要的影響。由于我國城市、郊區和高速道路與歐洲相似，故采用歐洲的NEDC循環工況。該循環工況由1個市郊循環和4個市區循環組成，總的運行時間為1180s，總的循環里程為11.022km。其工況曲線如圖2所示。

2.3 整車仿真平臺選擇。

仿真是在整車設計開始階段運用理論計算方式模擬整車的實際運行工況，從而縮短整車的開發周期，降低整車的開發成本和開發風險。目前整車的仿真軟件很多，常用的仿真方法有前向仿真和后向仿真。前向仿真是通過駕駛員模型獲得動力需求，更有利用整車控制策略開發。本文選用前向仿真方法，借助AVL CRUISE 成熟的商業整車仿真軟件，利用其建模便捷、模型精度高的特點，建立整車模型;借助SIMULINK開發控制策略，與實車控制策略一致，同時符合功能安全對控制策略的開發流程。

3 CRUISE-SIMUINK仿真模型建立

3.1 AVL CRUISE建立整車模型

CRUISE是AVL公司開發的專門為整車仿真分析的軟件。該軟件擁有完整的部件模塊庫，各模塊通過物理和信號連接，內置大量計算任務方便優化計算，與SIMULINK、C++、FORTRAN等高級語言全集成接口。

雙電機多模混合動力總成系統由發動機、電池、驅動電機、發電機和行星排變速機構組成。其在CRUISE中建立的整車模型如圖3所示。

整車的仿真模型包括：整車參數模型、電池模型、發動機模型、行星排變速箱模型、后橋主減模型、差速器模型、制動器模型、輪胎模型、駕駛員模型、循環工況、控制策略模型（SIMULINK生成）。各部件通過物理連接和部件信號連接。

3.2 整車控制策略模型

合理有效的控制策略是實現雙電機多模混合動力總成系統最佳經濟性與最佳動力性的關鍵。本文利用SIMULINK建立整車的控制策略，在不同的檔位不同的整車工作模式下控制發動機、發電機和驅動電機工作在最佳工作區域，在兼顧整車動力性的前提下，達到最佳的經濟性。其建立的整車控制策略如圖4所示。

整車的控制策略模型主要包括：輸入信號處理模塊、整車上下電模塊、能量限制模塊、發動機啟停機模塊、附件控制模塊、能量分配模塊、故障處理模塊、輸出信號處理模塊。

4 仿真結果分析

利用工況法仿真分析雙電機多模混合動力總成系統的經濟性能，在仿真過程中通過標定控制策略參數，使得循環工況結束時，保持整車電量平衡。

在NEDC工況下，整車的工況跟隨情況如圖5所示，從圖中可以看出需求車速和當前車速吻合，循環工況的跟隨情況較好。整個循環工況的燃油消耗量為4.98L/100km。同類型的傳統燃油車，在相同仿真平臺的循環工況下燃油消耗量為7.21L/100km。雙電機多模混合動力總成系統相比傳統燃油車，其節油率達到30.93%，極大的提高了燃油經濟性。

5 結論

本文研究分析了雙電機多模混合動力總成系統。在CRUISE中建立了整車仿真模型;同時在SIMULINK中建立了整車的控制策略，與后期的實車控制共用一個控制平臺。選用NEDC循環工況，進行了經濟性仿真分析。仿真的百公里油耗為4.98L/100km，相比同類型的傳統車，節油率達到30.93%，極大的提高了燃油經濟性。

基金項目：新型高性價比乘用車混合動力總成開發與整車集成（2017YFB0103201）

參考文獻：

[1]Peterson S B， Whitacre J F， Apt J. The economics of using plug-in hybrid electric vehicle battery packs for grid storage[J]. Journal of Power Sources，2010，195（8）：2377-2384.

[2]林歆悠，張少博，馮其高.純電動汽車參數匹配優化及性能影響因素分析[J]. 機械設計與制造，2017（04）：126-130.

[3]李瑤瑤，羅玉濤.混合動力汽車動力系統參數匹配及優化分析[J].機械與電子，2017，35（6）：40-45.

[4]李文文，孫后環，許曉文.城市用純電動汽車動力傳動系統參數匹配及優化[J].機械傳動，2017（2）：22-26.

[5]Jiang W，Fahimi B. Active Current Sharing and Source Management in Fuel Cell–Battery Hybrid Power System[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics，2010，57（2）：752-761.

[6]杜常清，鄧茹月. 輕型純電動客車傳動系統參數匹配與仿真[J]. 機械傳動，2018（4）：62-66.