基于双电机多模混合动力系统的CRUISE和SIMULINK联合仿真建模

周康 权飞 柳建新 黄桂东

1.上海汽车电驱动有限公司 上海市 201806 2.上海汽车电驱动工程技术研究中心 上海市 201806 3.上海电驱动股份有限公司 上海市 201806

1 引言

汽车行业的持续发展受到能源匮乏和环境污染两大难题的困扰。新能源汽车的发展可以有效的缓解环境与能源的压力，推动汽车行业的可持续发展。新能源汽车的开发可以通过计算机仿真去模拟整车的实际工作过程，从而降低实车的开发成本与开发风险，提高新车的开发效率。CRUISE仿真软件建立整车模型准确方便；SIMULINK建立的控制策略与实车策略一致，符合功能安全对控制策略的开发流程；CRUISE-SIMULINK联合仿真成为新能源汽车开发的重要工具。

2 整车基本参数

2.1 整车基本参数

本文研究双电机多模混合动力总成系统应用于乘用车，以国内某品牌的乘用车为原型车，确定整车的基本参数如表1所示。

本文所研究的双电机多模混合动力总成系统结构简图如图1所示。该系统由发动机、电池、驱动电机、发电机和行星排变速箱组成。

2.2 整车行驶循环工况选择

汽车行驶循环工况由匀速、加速、减速和怠速等不同的运动区组成。不同的循环工况，运行速度、总的运行时间和里程都不相同，因而采用不同的行驶工况对整车的设计有重要的影响。由于我国城市、郊区和高速道路与欧洲相似，故采用欧洲的NEDC循环工况。该循环工况由1个市郊循环和4个市区循环组成，总的运行时间为1180s，总的循环里程为11.022km。其工况曲线如图2所示。

表1 整车参数

图2 NEDC循环工况

2.3 整车仿真平台选择。

仿真是在整车设计开始阶段运用理论计算方式模拟整车的实际运行工况，从而缩短整车的开发周期，降低整车的开发成本和开发风险。目前整车的仿真软件很多，常用的仿真方法有前向仿真和后向仿真。前向仿真是通过驾驶员模型获得动力需求，更有利用整车控制策略开发。本文选用前向仿真方法，借助AVL CRUISE 成熟的商业整车仿真软件，利用其建模便捷、模型精度高的特点，建立整车模型；借助SIMULINK开发控制策略，与实车控制策略一致，同时符合功能安全对控制策略的开发流程。

3 CRUISE-SIMUINK仿真模型建立

3.1 AVL CRUISE建立整车模型

CRUISE是AVL公司开发的专门为整车仿真分析的软件。该软件拥有完整的部件模块库，各模块通过物理和信号连接，内置大量计算任务方便优化计算，与SIMULINK、C++、FORTRAN等高级语言全集成接口。

双电机多模混合动力总成系统由发动机、电池、驱动电机、发电机和行星排变速机构组成。其在CRUISE中建立的整车模型如图3所示。

图3 整车仿真模型

整车的仿真模型包括：整车参数模型、电池模型、发动机模型、行星排变速箱模型、后桥主减模型、差速器模型、制动器模型、轮胎模型、驾驶员模型、循环工况、控制策略模型（SIMULINK生成）。各部件通过物理连接和部件信号连接。

图4 整车控制策略模型

3.2 整车控制策略模型

合理有效的控制策略是实现双电机多模混合动力总成系统最佳经济性与最佳动力性的关键。本文利用SIMULINK建立整车的控制策略，在不同的档位不同的整车工作模式下控制发动机、发电机和驱动电机工作在最佳工作区域，在兼顾整车动力性的前提下，达到最佳的经济性。其建立的整车控制策略如图4所示。

整车的控制策略模型主要包括：输入信号处理模块、整车上下电模块、能量限制模块、发动机启停机模块、附件控制模块、能量分配模块、故障处理模块、输出信号处理模块。

4 仿真结果分析

利用工况法仿真分析双电机多模混合动力总成系统的经济性能，在仿真过程中通过标定控制策略参数，使得循环工况结束时，保持整车电量平衡。

在NEDC工况下，整车的工况跟随情况如图5所示，从图中可以看出需求车速和当前车速吻合，循环工况的跟随情况较好。整个循环工况的燃油消耗量为4.98L/100km。同类型的传统燃油车，在相同仿真平台的循环工况下燃油消耗量为7.21L/100km。双电机多模混合动力总成系统相比传统燃油车，其节油率达到30.93%，极大的提高了燃油经济性。

图5 NEDC工况跟随

5 结论

本文研究分析了双电机多模混合动力总成系统。在CRUISE中建立了整车仿真模型；同时在SIMULINK中建立了整车的控制策略，与后期的实车控制共用一个控制平台。选用NEDC循环工况，进行了经济性仿真分析。仿真的百公里油耗为4.98L/100km，相比同类型的传统车，节油率达到30.93%，极大的提高了燃油经济性。