首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 重工业论文 > 汽车工业 > 增程式电动汽车动力系统参数匹配建模仿真分析

增程式电动汽车动力系统参数匹配建模仿真分析

2024-04-03 8 上传者：管理员

摘要：增程式电动汽车是以纯电能驱动的车辆，通过动力蓄电池和一个小型的增程器(Auxiliary Power Unit)为车辆提供电能，在增加了车辆续航里程的同时，工况适应性也随之提高，被评为目前具有较高研发前景的新能源汽车[1]。本文以城市SUV车型的增程式电动汽车为需求目标进行研究。根据整车参数及制定的控制策略，基于AVL Cruise软件为平台建立性能仿真模型；建立Simulink控制策略模型；分别在短途行驶模式和长途行驶模式下选定符合相应模式的行驶工况进行联合仿真分析。结果表明，整车动力性及续航里程均能达到初始的设计目标，为增程式电动汽车的技术拓展和多样的控制策略提供可行性方案。

关键词：
参数匹配
增程式电动汽车
短途行驶模式控制策略
联合仿真
长途行驶模式控制策略
加入收藏

1、动力系统参数及控制策略

增程式电动汽车动力系统参数匹配需要依据整车性能指标来进行[2]。本论文是以7座城市SUV传统燃油车为目标要求，根据资料如图1所示，对于城市人均每日行驶里程进行统计，约83%的人低于60km, 仍有16%超过60km, 其中不乏需要长时间行驶的SUV车型。

根据以上需求R-EEV整车的初步设计要求：

(1)在纯电动模式下行驶的最高车速达150km/h, 在增程模式下，行驶最高车速达130km/h;

(2)车辆以20km/h行驶的最大爬坡度25%;

(3)0-100km/h加速时间≤15s;

(4)纯电动行驶里程100km, 增程模式下的行驶里程300km。

图1 日平均行驶里程

根据整车性能指标以及目标车辆的整车参数，匹配了相对应的参数如表1、表2,为进一步进行控制策略分析以及仿真模拟提供基础数据和分析目标。

表1 整车参数

表2 驱动电机基本参数

根据以上动力系统的工作状态，以及车辆行驶过程中对功率需求情况，得出短途模式和长途模式控制策略流程如图2所示。

图2 短途模式和长途模式控制策略流程

在分析了R-EEV工作模式和混合动力汽车控制策略的基础上，根据驾驶员行驶需求制定了短途模式的控制策略和长途模式的控制策略，为接下来进行整车建模和车辆性能仿真验证提供研究方向和数据支撑。

2、R-EEV建模及仿真分析

根据前期设计参数、计算匹配参数以及控制策略来研究R-EEV的各项动力学特性，应用AVL Cruise和Simulink软件构件整车模型以及对车辆的动态特性进行仿真分析[3,4]。

2.1 整车模型及主要部件建模

AVL Cruise软件一般是模型搭建、机械连接、信号连接后，进行各个模块的参数设置，再设定计算任务，最后得出计算结果[5]。

在Cruise中创建被控对象模型，被控对象模型之间的能量连接。Driving Mode为驱动模式分为：0长途模式、1短途模式、2关闭。

2.2 Simulink控制策略

驱动电机控制模块由上下两部分组成。上部分为驱动控制，包含不同模式的驱动功率限制。下半部分为制动能量回收，包括控制制动回馈和机械制动力补偿。

APU控制模块用于判断当前的工作模式，并计算对应不同模式的输出控制值。根据驾驶模式有三种模式判断，分别为：0长途驾驶模式；1短途驾驶模式；2关闭增程器。需要进行驾驶模式的判断再切换到相应的控制模式，控制模式有五个：停机控制模式、启动控制模式、低功率控制模式、功率跟随控制模式、高功率控制模式。

2.3 选择仿真工况及仿真结果

选择仿真工况及仿真结果，本论文选取新欧洲循环工况(NEDC)、全球统一轻型汽车测试工况(WLTP)以及适合实际道路行驶的中国轻型汽车测试工况(CLTC-P)进行仿真，车速的跟随仿真结果如图3、图4、图5所示。

图3 NEDC工况车速跟随结果

图4 WLTP工况车速跟随结果

图5 CLTC-P工况车速跟随结果

通过对比三个循环工况下的仿真车速，分析得出车辆实际行驶的车速跟随效果很好，与各工况车速基本吻合。

2.4 仿真结果分析

动力性仿真分析，在动力蓄电池电量较低功率限制的状态下，纯电动模式和增程模式的最高车速分别为162km/h和133km/h。车辆以20km/h行驶的最大爬坡度为29.33%,0～100km/h所用时间为8.04s。综上，仿真结果满足车辆动力性性能设计指标，匹配结果合理。

经济性仿真分析，在NEDC工况下，纯电动行驶里程(SOC值范围90%～20%)为103.98km, 增程模式也是在NEDC工况下，初始SOC值55%,长途模式下油箱为70L行驶里程为309km。综上，行驶里程满足初始设计目标。

短途模式全工况经济性仿真结果，共进行5个CLTC-P的循环工况，如图6所示，设定初始SOC值为0.30,当车辆启动后，SOC值处于发动机开机范围，APU启动，此时，需求功率较低，以APU供能为主，因此SOC值略有下降，当SOC值低于0.27时，APU恒功率输出41kW,在需求功率较小的阶段，SOC值迅速上升，需求功率上升超出41kW时进行驱动功率限制，SOC值也呈迅速下降趋势，但总体SOC值变化范围不超过0.27～0.33之间，百公里等效燃油消耗量为6.32L。该结果表明，按照本文的控制策略，满足行驶工况需求。

图6 CLTC-P工况下短途模式经济性仿真结果

长途模式全工况经济性仿真结果，共进行5个WLTP工况，如图7所示，设定初始SOC值为0.55,车辆启动后，SOC值处于0.52～0.72之间，发动机开机状态，APU启动，由动力蓄电池和APU联合驱动，此时SOC值降低，SOC低于0.52后，进入驱动功率限制状态，在功率需求低于41kW时，APU为动力蓄电池充电，在SOC到达0.72前，小幅度的波动是因为需求功率过大导致的电量降低，在SOC到达0.72时，开启APU和动力蓄电池联合驱动模式，SOC值开始下降，下降过快的部分为需求功率较大的部分，分析得出由SOC值0.52至下一个0.52的时间为4750s, 大约79分钟，具备长途行驶能力，百公里等效燃油消耗量为9.30L。该结果表明，按照本论文的控制策略，满足行驶工况需求。

图7 WLTP工况下长途模式经济性仿真结果

针对短途模式(初始SOC=0.3)和长途模式(初始SOC=0.55)分别进行了NEDC、WLTP、CLTC-P三个工况的能耗计算，如图8所示，结果显示，短途模式百公里综合能耗在7L左右，长途模式在9L左右，满足行驶工况需求。

图8 不同工况的能耗分析对比

3、性能指标对比及结论

仿真的结果与整车初设目标基本一致，存在一定的偏差，如表3所示。这是由于在建模和计算过程中，选定的参数基本为固定值与不断变化的实际情况存在不符合的情况，但基本满足设计要求。

表3 仿真结果与目标对比表

用车辆整车参数、动力系统匹配参数在AVL Cruise软件中建立整车模型；基于Simulike软件进行控制策略的模型建立，通过Matlab-DLL完成与AVL Cruise的联合仿真，针对经济性、动力性进行仿真验证。结果显示，设计车辆能达到预计的设计要求。

参考文献:

[5]王锐,何洪文.基于Cruise的整车动力性能仿真分析[J].车辆与动力技术,2009(2).

文章来源:祝赫,吴旭.增程式电动汽车动力系统参数匹配建模仿真分析[J].内燃机与配件,2024(07):28-30.