ADVISOR仿真软件在并联混合动力汽车动力性能开发中的应用

2014-03-24叶孟蜍高菲菲

汽车零部件 2014年2期

叶孟蜍，高菲菲

(1.奇瑞汽车股份有限公司，安徽芜湖241006;2.安徽师范大学，安徽合肥241000)

0 引言

目前国内并未开发出一款完整的可以针对不同车辆的仿真软件，由美国可再生能源实验室 (NREL:National Renewable Energy Laboratory)在Matlab和Simulink软件环境下开发的仿真软件 ADVISOR2002［1］，因其源代码开放，并且免费，所以目前国际上许多企业和研究机构都在使用，并且已有许多成功应用实例［2－3］。使用ADVISOR软件可针对车型建模，根据所需性能要求来设定整车参数和仿真参数，进行参数匹配，可完成有效的仿真，生成的仿真结果比较详细，可比较全面考察和评估汽车的各种性能，保证了工程质量，也缩短研发周期与研发成本，提高了设计开发效率。本文作者针对某款超级电容式并联混合动力汽车动力性能进行仿真，利用ADVISOR仿真软件对其性能进行分析，通过不断匹配各参数来缩小原车型设计要求与仿真结果之间的差异，最终满足设计要求。

1 超级电容式并联混合动力汽车结构

并联混合动力汽车的动力系统包括动力总成 (含发动机和变速箱)、电池组和电机。动力总成和电机都可以给汽车提供动力，电机反过来可作为发电机给电池充电。一般情况下，并联混合动力汽车的变速箱默认为五速的，默认的控制策略是并联电机辅助策略，混合动力汽车的负载为恒电功率负载。并联混合动力汽车的结构图如图1所示。

2 整车动力性能仿真

汽车动力性能指标中，主要以汽车的最高车速、最大爬坡度和百公里加速时间来作为考量指标。由于ADVISOR软件的源代码公开，除其本身自带有很多典型车辆的模块，用户还可根据自身需求修改模型。某车动力性能设计的要求为最大车速vmax≥140 km/h，最大爬坡度为15%，0～100 km/h的加速时间t≤14 s。

图2为ADVISOR对该款混合动力汽车建立的仿真模型，其仿真思路是以向后仿真为主，向前仿真为辅［4］，模型中箭头方向代表仿真数据传递方向，数据从左向右传递代表向后仿真路径，数据从右向左传递代表向前仿真路径。

3 整车动力系统技术参数

根据上述仿真流程，在仿真前首先要输入整车参数，整车参数输入可以通过其中的变量编辑按钮直接修改并保存，如整车质量、风阻系数等，也可通过其Matlab-M文件来进行修改，如发动机的万有特性等。经反复对参数进行匹配，设定整车仿真参数如表1所示。

表1 某款车整车仿真参数

3.1 仿真参数选择

我国主要以ECE_EUDC循环工况为主，在ADVISOR仿真参数输入界面中，选择CYC_ECE_EUDC循环工况，在该工况中，总行驶时间为1 225 s，总行驶里程为10.93 km，最大行驶速度为120 km/h，平均速度为32.12 km/h，最大加速度为1.06 m/s2，行驶过程中共停车13次，如图3所示。在加速度性能测试选项中，换挡延迟时间为默认值0.2 s，选择所有系统都可用，选择0～100 km/h所用时间、最高加速度和最高车速为输出的结果，如图4所示。在爬坡性能测试选项中，爬坡速度为37 km/h，选择所有系统可用，如图5所示。

3.2 仿真结果分析

汽车行驶速度随时间变化如图6所示，车速接近循环行驶工况的车速。如图7所示为超级电容作为蓄电池荷电状态的SOC曲线图，每个抖动弯曲表明该电动汽车在行驶过程中频繁加减速过程中不断地回收能量给超级电容充电。由图可知超级电容的荷电状态SOC在一段时间内变化比较平缓，波动幅度较小，有利于延长超级电容的使用寿命。如图8所示，汽车在该循环工况下，当加速时，电机提供辅助驱动，当减速或停车时，电机回收制动能量。

利用ADVISOR建立的仿真模型对该车进行动力性能仿真，结果如表2所示，仿真值与设计值对比表明整车设计和参数匹配方案可行，且满足动力性能设计要求。