混合动力汽车动力系统匹配优化仿真实验研究

王云龙，张洪田，孙远涛

(黑龙江工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050)

随着能源危机的日益加重、环境污染的不断恶化，世界各国对汽车排放限制要求越来越严格，混合动力汽车是传统内燃机汽车与电动汽车的有机结合，有效整合了传统内燃机汽车和电动汽车的优点，具有良好的性能和低排放、低油耗，是当前一个时期最具可行性的新能源车辆之一，是汽车行业节能减排的重要方案之一。混合动力汽车的动力传动系统是其核心总成部件，决定了混合动力汽车的动力性、经济性、排放性、平顺性等重要性能，对车辆的综合性能影响极大[1-3]。本文主要以最佳燃油经济性和排放性为目标，针对混联式混合动力系统的发动机与电动机在低度混合、中度混合、高度混合情况下的匹配，运用欧洲CYC_ECE_EUDC_LOW循环工况进行建模仿真，通过对仿真实验结果的对比分析，确定合理的匹配方案，实现混合动力系统的优化匹配[4-10]。

1 混合动力系统设计与建模

基于ADVISOR仿真软件以混联式混合动力汽车为基础，构建混联式混合动力系统匹配实验平台，依据混联式混合动力汽车技术参数进行动力系统优化设计，车辆具体参数见表1。

表1 车辆主要技术参数

在不同混合度下选择不同技术参数的发动机与电动机，对发动机、电动机的功率进行调整，底盘及其他的部件固定不变，在标准循环仿真测试过程中进行优化分析。根据表1车辆主要技术参数，确定低、中、高混合度的混合动力系统的发动机与电动机匹配组合，不同混合度的混合动力系统发动机与电动机匹配组合见表2。

表2 不同混合度发动机和电动机匹配

2 不同混合度的混合动力系统匹配测试

在ADVISOR2002仿真环境下，选择欧洲CYC_ECE_EUDC_LOW循环工况下进行混联式混合动力系统的测试，欧洲CYC_ECE_EUDC_LOW循环工况相关参数见表3。

表3 CYC_ECE_EUDC_LOW循环工况参数

在ADVISOR2002仿真环境下，按照表1的整车技术参数进行车辆整车模型的开发，根据低、中、高混合度，进行混合动力系统匹配，搭建混合动力系统匹配优化测试平台。图1为低混合度混合动力汽车仿真模型基本参数的界面。

图1 发动机低混合度匹配

按照欧洲CYC_ECE_EUDC_LOW循环工况，根据表2中发动机和电动机型号和功率，进行不同混合度的组合，进行仿真实验分析。图2为发动机万有特性曲线，图2(a)、图2(b)分别代表FC_SI102、FC_SI41两个发动机工作情况。

图2 发动机工作曲线

根据表2中发动机与电动机的组合，在构建的混合动力系统仿真平台上进行仿真实验，图3为低混合度动力系统匹配时，按照欧洲CYC_ECE_EUDC_LOW循环工况对低混合度混合动力系统进行仿真测试，记录不同车速下，电池SOC值、车辆尾气主要污染物的排放量、发动机的燃油消耗等瞬时变化情况，仿真实验结束后再计算整个测试循环车辆的百公里燃油消耗情况、尾气四类主要污染物的排放平均值。图3中SOC值变化先是降低到最低点后开始上升，在运行时间800 s时出现拐点，此时车辆运行进入市郊模式，需求功率变大，发动机开始对蓄电池进行充电。从整个测试循环周期不难看出，发动机燃油消耗和排放曲线均维持在一个相对平稳的范围内，控制策略使得发动机保持在较平稳、高效的区域内运转。图3(a)和图3(b)相比，图3(a)的发动机排放性和燃油经济性均不如图3(b)，也就是发动机FC_SI102与电动机MC_PM8的匹配不如发动机FC_SI41与电动机MC_PM8。中混合度和高混合度仿真实验结果如图4、图5所示，中混合度和高混合度匹配情况的仿真分析与低混合度仿真实验分析步骤和方法相同，不再赘述。

图3 低混合度车辆燃油经济性和排放性仿真实验结果

图4 中混合度车辆燃油经济性和排放性仿真实验结果

图5 高混合度车辆燃油经济性和排放性仿真实验结果

3 混合动力系统参数的优化

通过对低、中、高混合度的混联式混合动力系统进行仿真测试后，不同混合度的混合动力系统下车辆燃油经济性和排放性表现不尽相同，详情见表4。

表4 不同混合度情况下车辆油耗及尾气排放值

通过仿真实验数据对比分析， FC_SI41型号发动机与MC_PM32型号电动机匹配的高混合度混联式混合动力系统不论在燃油经济性还是尾气排放性以及尾气排放的主要污染物排放量均优于其他组合。

4 结 论

本文利用ADVISOR2002软件构建了混联式混合动力系统匹配优化仿真平台，以车辆燃油经济性和排放性为优化目标，比较不同混合度下的混联式混合动力系统车辆燃油经济性和排放性，从而优化混联式混合动力系统，具有方便、快捷、高效的优点，能够有效缩短混联式混合动力系统优化设计的周期，为企业节省开发时间和节约研发成本。

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