并联式混合动力电动汽车仿真模型设计

时代汽车 www.cnautotime.com并联式混合动力电动汽车仿真模型设计

刘助春　陈刚　王东涛

湖南汽车工程职业学院 湖南省株洲市 412000

摘 要： 为了减少混合动力汽车控制策略研发成本，提升研发效率，基于动力学仿真软件，结合数字建模与物理建模开发出一个并联式混合动力汽车仿真模型，搭载一个简单的整车控制策略，在车辆匀速、加速、减速三种循环工况下进行测试，测试结果表明，所开发模型速度跟踪性良好，发动机、驱动电机及发电机的能量曲线正确响应控制策略，符合实际汽车运行状况，能够有效支持混合动力汽车整车控制策略设计，提高混合动力汽车整车控制策略研发效率。关键词：并联式；模型设计；控制策略1　引言

对于混合动力汽车，整车控制策略是核心技术之一，良好的整车控制策略能在有效提升混合动力汽车动力性的同时，还能降低整车能耗，提升车辆使用寿命。而在新车型控制策略的研制与开发环节中，不能回避的一个问题就是研发成本。随着仿真技术的逐步提升，其的越来越有效地降低混合动力汽车整车控制策略研发成本，缩短开发周期[1-2]

连接，电气部件之间通过物理信号之间，控制系统通过全局变量与其余各系统部件进行信息交流。

整车部分参数如表1所示。

表1　车辆参数

整车质量/kg前轴长/m1.4后轴长/m1.6图1　整车模型图

1200发动机模型将需求速度转换成转矩需求，并与转矩分配器机械连接，转矩分配器将发动机输出的扭矩一部分输出到发电机带动发电机发电，一部分输出至驱动轴与驱动电机共同驱动车辆行驶

。目前，混合动力汽车( hybrid electri-cal

vehicle，HEV) 的建模方法主要分为前向建建模和后向建模两种［3-4］。本文采用后一种方法，应用物理建模与数学建模相结合的方法，建立并联式混合动力汽车模型，搭载一定的控制策略，在车辆加速、匀速、减速三种循环工况下，对汽车整车性能进行分析，验证模型的合理性，确保其可有效支持混合动力汽车整车控制策略研发设计，提高混合动力汽车整车控制策略研发效率

整车模型主要包括车身、魔术轮胎等，魔术轮胎接受驱动电机提供的转矩，驱动车辆行驶，车身输出整车行驶速度，作为车辆行驶反馈信号，同时也作为发动机启停控制信号。

图3　发动机模型图

图2　车身模型图

驱动电机与车身模型中的魔法轮胎机械连接，根据控制系统传递过来的需求转速信号，调整自身转速，控制输出转矩从而按照需求的车速驱动车辆行驶。

2　整车模型的建立

本模型包括电池、DC—DC、驱动电机、发电机、发动机、转矩分配器、车身及控制系统9个系统部件，机械部件之间进行机械

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AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计

图4　驱动电机模型图3　控制系统

本模型采用的式类似于比亚迪秦的强混模式，车辆在轻载、起步、低速等工况下，采用电机单独驱动模式；在急加速、爬陡坡等大负荷工况下，发动机启动，与驱动电机共同驱动车辆，并将一部分转矩用于带动发

电机发电；车辆在制动过程时，发电机被反拖进行制动能量回收，将回收的电能储存到动力电池。

图5　整车控制策略

4　仿真结果与分析

车辆在匀速、加速、减速三种工况下进行仿真测试，仿真结果表明，实际车速与目标车速相差很小，两条运动轨迹几乎相同，如图6所示。由此可以看出，该模型各系统参数匹配合理。

从模型车速与发动机、驱动电机、发电机、电池能量关系图可以看出，发动机在车速大于40km/h的时候开始启动，发动机启动后，一部分扭矩带动发动机工作为动力电池充电，一部分扭矩与驱动电机共同驱动车辆；当车辆减速时，驱动电机被反拖为动力电池充电。在整个行驶过程中驱动系统部件与速度响应关系符合车辆预先设计，控制策略被正确有效的执行，见图7。

5　结论

基于动力学仿真软件，采用数学建模与物理建模相结合的方法，建立了一个并联式

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图6　速度曲线图

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Vehicle Body

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350

2

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图7　整车能量曲线图

20Power and Vehicle Speed

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Motor Power15Engine PowerGenerator Power10Battery PowerVehicle Speed

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)W0k( re-5

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wo-10P-15

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-25-30

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Time(s)

1012

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35混合动力汽车模型，采用基于强混思路的控2018（3）：68-78．

制策略，在匀速、加速、减速工况下对混合[2]孙建华．混合动力汽车用双转子电机的动力汽车进行仿真并分析，结果表明:

设计与性能分析［J］.电机与控制应用，1)所建立的模型能较好的响应速度需求，2014，41（4）:57-61．

各部件参数匹配合理；

[3]LEON Y L．Hybrid Electric Vehicle 2)所建立模型能在制动时通过电机实现Powertrain and Con-trol System Modeling，能量回收，符合电动汽车运行实际情况；

Analysis and Design Optimization[D].USA：3) 所建立的模型能够正确的按照预设的University of Victoria，2007．

控制策略运行，可支持混合动力汽车控制策[4]张雷，于良耀，宋健，等．电动汽车再生略开发。

制动与液压制动防抱协调控制[J]．清华大学学报（自然科学版），2016，56（2）：项目资助：湖南省教育厅课题，18C1461152-159．

湖南汽车工程职业学院科学研究课题，HQZYKX18

参考文献:

[1]毛建国，马粮，陈明浩．小型航空活塞 作者简介

发动机混合动力系统仿真与控制策略研刘助春： （1991—），男，湖南省衡阳市人，硕士，

究[J]．重庆理工大学学报（自然科学），

教师，主要从车辆动力学及控制。