并联溷合动力电动轿车多能源动力总成匹配仿真.doc

并联混合动力电动轿车多能源动力总成匹配和控制策略的仿真研究 华中科技大学电动汽车研究院一、 引言在并联混合动力电动汽车动力总成配置中，通常将内燃动力与电动动力通过机械传动装置耦合在一起，在不同的工况条件下组成不同的工作模式，从而使内燃动力和电动动力各发挥所长而避其短，以应对越来越严酷的环保和能源限制要求内燃机、电动/发电机、储能装置、传动装置、电力电子和微电子控制器等组成了并联混合动力电动汽车的多能源动力总成，上述各部件的参数匹配和系统控制策略对于混合动力电动汽车的性能起着至关重要的决定性作用为此，在开发阶段必须通过计算机仿真技术寻求适宜的匹配和控制策略，以使用较低的开发成本、较短的开发周期实现预定的开发目标本文主要通过以MATLAB为平台的Advisor分析软件，对所开发的奇瑞HEV混合动力轿车多能源动力总成的配置进行验算和比较，对多能源控制策略的效果进行初步的计算认定二、 仿真模型奇瑞HEV混合动力轿车的仿真模型如图1所示，其中分别建立了车辆模型、发动机模型、电机模型、电池模型、传动装置模型、车轮模型、附件模型和动力装置控制模型等发动机模型的输入参数采用376电喷汽油机的试验数据, 但由于未得到有关排放的数据而未能置入排放模型。

电机模型的输入参数是按所设计任务书要求的指标参考同类产品性能曲线而假设的, 在实际电机试验结果出来后再行替换，而电池模型输入参数则参照了同样容量下国外公司的Li电池资料为了比较不同的控制策略，构筑了PTC-PAR2chery和INSIGHT两种控制策略图2是其中之一的控制策略框图奇瑞HEV混合动力轿车的传动装置考虑了电机与发动机之间直接连接的相同转速关系以及变速器本身具有的5个前进档，按通常的方法考虑换档规律，图3是仿真中所用的376发动机万有特性图，图4是10kw交流感应电机特性曲线图 图1. 并联混合动力电动汽车仿真模型 图2. 多能源动力系统控制策略框图 图3. 376发动机万有特性图 图4. 10kw交流感应电机特性曲线图三、 仿真结果1、“标准参数”下性能仿真：“标准参数”指车辆总质量1443kg，主减速比4.133，单元电池容量15Ah，装376汽油发动机，采用PTC-PAR2chery控制策略分别对ECE_EUDC（平均车速62.44km/h，最高车速120 km/h, 每10.93km内有13次停车）, ECE_EUDC_LOW（平均车速31.11km/h，最高车速90 km/h, 每10.59km内有13次停车）, US06_HWY（平均车速97.91km/h，最高车速129.23 km/h, 每10.04km内有1次停车）, NYCCOMP（平均车速14.1km/h，最高车速57.94 km/h, 每4.03km内有19次停车）, NYCC工况循环 （平均车速11.41km/h，最高车速44.58 km/h, 每1.9km内有18次停车）进行仿真，所得性能指标如表1。

表1“标准参数”条件EUDCEUDC_LOWUS06_HWYNYCCOMPNYCC动力性0~100km/h加速时间(s)60~100km/h 加速时间(s)最大爬坡度(%)最高车速(km/h)16.39.643178.616.39.643178.616.39.643178.616.39.643178.616.39.643178.6经济性百公里油耗(L/100km)50L油箱一次充满续驶里程(km)5.78775.78776.57697.864111454SOC在循环中的变化范围2%1.3%2.8%1.3%0.5%图5给出了EUDC_LOW工况下的一组曲线，其中（a）为行驶工况，（b）为发动机输出转速(rad/s)，（c）为发动机输出转矩(Nm)，（d）为电机输入功率(相对量)，（e）为10个循环（共计105.9km路程）中的电池SOC变化范围图6给出了NYCC工况下的一组曲线，（a）~（d）的意义同前，（e）中10个循环的里程数为19km, 图中横坐标为时间(s) (a) (b) (c) (d) (e) 图5. EUDC_LOW工况下的一组数据 (a) (b) (c) (d) (e) 图6. NYCC工况下的一组数据2．与纯内燃动力情况的比较为了比较混合动力在性能方向与传统动力的差异，进行了换装纯内燃动力的仿真计算，计算中发动机仍为376汽油机，汽车总质量由于不装电机和电池而减少至1372kg，所得性能结果如表2所示。

对比表1与表2, 可以看到混合动力比纯内燃动力的节油率因工况循环不同而有很大差异: 平均车速高, 停车频率低则节油少; 平均车速低, 停车频率高则节油多表2纯内燃动力条件EUDCEUDC_LOWUS06_HWYNYCCOMPNYCC动力性0~100km/h加速时间(s)60~100km/h 加速时间(s)最大爬坡度(%)最高车速(km/h)2414.424.2154.32414.424.2154.32414.424.2154.32414.424.2154.32414.424.2154.3经济性百公里油耗(L/100km)50L油箱一次充满续驶里程(km)7.46767.17046.972511.742715.9314混合动力相对于该纯内燃动力的节油率23%20%5.8%33.3%30.8%3．不同控制策略对于不同的控制策略,包括同样控制策略下的一些门槛值参数选择进行了仿真计算表3给出的是按PTC-PAR2chery和PTC-Insight二种不同的控制策略所作的仿真结果图7给出了这二种不同策略下的电机输入功率曲线的对比（NYCC工况循环下）表3 EUDC_LOW NYCCPTC-PAR2cheryPTC-InsightPTC-PAR2cheryPTC-Insight经济性百公里油耗(L/100km)50L油箱一次充满续驶里程(km)5.78776.37941145412.6397SOC在循环中的变化范围1.3%2.5%0.5%0.3% (a) PTC-PAR2chery (b) PTC-Insight 图7. 两种控制策略下的电机输入功率曲线4．电池容量选择奇瑞HEV混合动力轿车选择Li离子动力电池作为系统的储能装置，其单元电池容量初选为15Ah，此容量是否合适，需作参数分析。

影响容量选择的一个重要考虑是在典型的混合动力工况下使电池的SOC变化在合理范围内为此对容量选15Ah、10Ah和7Ah分别进行仿真计算其计算结果如表4（对动力性和经济性的影响极小，故表4只给出SOC变化） 表415Ah10Ah7AhEUDC_LOWNYCCEUDC_LOWNYCCEUDC_LOWNYCCSOC变化范围（%）1.30.52.00.82.71.15. 主传动比：按主传动比 4.133 ，4.6，5.1分别进行仿真计算，所得结果如表5 表54.1334.65.1EUDC_LOWNYCCEUDC_LOWNYCCEUDC_LOWNYCC动力性0~100km/h加速时间(s)60~100km/h加速时间(s)最大爬坡度（%）最高车速（km/h）16.39.643178,616.39.643178.616.19.748.2160.916.19.748.2160.916.09.648.314516.09.648.3145经济性百公里油耗（L/100km）5.7115.7115.810.850L油箱一次充满续驶里程（km）877454877454862463SOC在循环中变化范围1.30.51.40.51.50.46．总质量按1443kg , 1200kg 和1000kg三档总质量进行比较，所得结果如表6。

表6140012001000EUDC_LOWNYCCEUDC_LOWNYCCEUDC_LOWNYCC动力性0~100km/h加速时间(s)60~100km/h加速时间(s)最大爬坡度（%）最高车速(km/h)16.39.643178.616.39.643178.613.78.148.3178.613.78.148.3178.611.76.848.3178.611.76.848.3178.6经济性百公里油耗（L/100km）50L油箱一次充满续驶里程（km）5.7877114555.29629.85104.910209.1549SOC在循环中变化范围1。