基于ADVISOR插电式混合动力汽车整车性能的仿真

赵林林，陈晓川，武涛

（江苏财经职业技术学院，江苏淮安 223003）

0 引言

目前，插电式混合动力汽车作为传统燃油汽车向纯电动汽车发展过渡的产品，因为电池技术的不成熟，插电式混合动力汽车将在很长时间内发挥重要的作用。此项技术已有很多专家在开展研究[1-11]，但是因为起步较晚，还需要持续深入研究混合动力汽车。本文研究的插电式混合动力汽车采用混联式动力总成，此类总成类型兼顾了串联式和并联式的优点，但是结构复杂，有发动机和电动机两个能量源，因此为提高此类动力总成类型的能量利用率和降低复杂程度，利用ADVISOR软件对插电式混合动力汽车进行仿真，并对其进行仿真结果分析。

1 插电式混合动力汽车的主要参数

以某款混联式插电式动力汽车的整车参数为例，整车的主要技术参数和设置的主要性能指标如表1所示。

表1 插电式混合动力汽车主要参数及性能指标

2 插电式混合动力汽车的主要部件选择

2.1 发电机

2.2 电动机

电动机参数的选择需要考虑最大车速vmax、爬坡度和v0-vt的加速时间t等，需要计算电动机的额定功率和额定转速，考虑插电式混合电动汽车在纯电动模式下的工作情况，考虑3种情况，分别是：根据最高车速确定最大功率；根据爬坡性能确定最大功率；由加速性能来确定最大功率。

然后根据动力性3项指标计算各自的最大功率，Ptotal≥Pmax=max（Pmax1，Pmax2，Pmax3），Ptotal为电动机的最大功率。

2.3 动力电池

动力电池选择锂离子电池，经过计算得出锂离子电池的能量为18.4 kW·h，电池容量为26 Ah。

3 基于ADVISOR对插电式混合动力汽车的仿真

3.1 ADVISOR软件简介

ADVISOR 软件是由美国可再生能源实验室在MATLAB和Simulink软件环境下开发的高级车辆仿真软件，主要采用后向仿真对整车进行仿真，可以利用软件自带的子模块来设计所需要的车型并进行仿真，还可以通过软件源代码的修改来设计需要的子模块。其中，子系统包含发动机、发电机、电动机、动力分配机构、汽车动力学与能量控制策略等模型，能够保证精确的仿真结果。

3.2 设置整车仿真参数

1）整车仿真参数设置。本文采用GUI界面对整车仿真参数进行设置，可以通过GUI界面进行设置相关参数，选择单位为metric，选择软件自带的Prius_Jpn仿真，首先设置整车参数：整车质量m为2250 kg，空气阻力系数Cd为0.37，迎风面积A为3.013 m2，轴距为2820 mm。电动机vechile，选择VEH_Prius_JPN，然后在文件下修改如下参数：

veh_glider_mass=2250; % (kg), 整车装备质量

veh_CD=0.37; % (--), 车辆风阻系数

veh_FA=3.013; % (m2), 车辆的迎风面积

veh_wheelbase=2.82;% (m), 车辆的轴距

设置好PHEV整车参数，另存为PHEV_SUV_tang，然后选择此文件。整车参数输入界面如图1所示。

图1 整车参数输入界面

2）驱动控制参数设置。设置驱动控制参数：动力电池最高SOC值为0.9，最低SOC值为0.3，SOC目标值为0.5。点击Powertrain Control，选择PTC_PRIUS_JPN，然后点击View/Edit M-file，打开文件，对参数进行修改：

cs_hi_soc=0.9; % (--), 动力电池最高SOC值

cs_lo_soc=0.3; % (--), 动力电池最低SOC值

cs_target_soc=0.5;%动力电池SOC目标值

然后另存为PTC_PHEV_tang文件，选择此文件。

3）电动机参数设定。点击Motor，选择MC_PRIUS_JPN，然后点击View/Edit M-file，打开文件，对电动机参数进行修改：

mc_max_crrnt=110;%电动机最大功率为110 kW

mc_min_volts=40;%电动机最小功率为40 kW。

然后另存为PTC_PHEV_tang文件，选择此文件。

4）车轮/车轴参数设定。点击wheel/axle，选择WH_PRIUS_JPN，点击View/Edit M-file，打开文件，对参数进行修改：

wh_radius=0.22; %车轮直径为0.22 m

另存为WH_PHEV_tang文件，然后选择此文件。

再设置其他的部件参数：在输入窗口的右侧顶端，分别设置发动机、发电机、动力电池等参数，如表2所示，设置参数如图1所示。

表2 选择插电式混合动力汽车部件类型表

3.3 设置仿真任务

完成整车参数设置后，点击continue，如图2所示，在循环工况中设置次数1。

图2 仿真参数界面

循环行驶工况设定城市道路工况CYC_UDDS 和CYC_NEDC两种循环工况，循环周期为1，其他参数不变，进行仿真；单击“Initial Conditions”对整车初始值进行设置，其中动力电池组SOC初始值为1，空气阻力系数为1009；单击“Acceleration Test”设置加速度性能参数，其中换挡延迟时间设置为0.2，整车质量值为2250 kg，加速时间设置静止起步到50 km/h、100 km/h，并选取汽车最大速度和最大加速度，然后单击“RUN”。

3.4 分析仿真结果

根据上面建立的PHEV仿真模型，进行仿真后得到此车模型的动力性能指标、整车百公里油耗、动力电池SOC值变化等数据。

1）城市道路工况CYC_UDDS的仿真结果。如图3所示，第一幅图为速度仿真曲线，描述车速跟随循环工况的运行曲线，通过图中可以看出该插电式混合动力汽车的实际车速能够很好地跟随循环工况车速，最高车速为124.4 km/h。第二幅图为SOC值仿真曲线，描述了能量存储系统的SOC的变化曲线，从图中可以看出，在1个循环工况下，SOC值从设定的起始值0.7，最后下降到0.45附近趋于稳定，波动范围变化不大，充放电过程稳定，汽车整体处在电动机驱动或混合驱动状态下，保证整车的稳定性和延长电池使用寿命。同时，该插电式混合动力汽车在1个循环工况下，行驶了12 km，燃油经济性为5.7，0～50 km的加速时间为5.2 s。第三幅图为排放性能曲线，其中HC排放量为0.683，CO排放量为0.745，NOx排放量为0.147。从图中可以看出在混合驱动下，排放量相比传统的车型下降显著，甚至在纯电动模式下达到了零排放，体现了插电式混合动力汽车的优势。

图3 城市道路工况CYC_UDDS的仿真结果

2）城市道路工况CYC_NEDC下的仿真结果。如图4所示，在此循环工况下，通过第一幅图速度仿真曲线，可以看出该插电式混合动力汽车的实际车速能够很好地跟随循环工况车速，最高车速为124.4 km/h，和上一个循环工况一致。通过第二幅图SOC值仿真曲线，可以看出在1个循环工况下，SOC值从设定的起始值0.7，最后下降到0.45附近，然后又略有上升，波动范围变化不大，充放电过程稳定，汽车整体处在电动机驱动或混合驱动状态下。同时，该插电式混合动力汽车在1个此类循环工况下，行驶了10.9 km，燃油经济性为6.5，0～50 km，加速时间为5.2 s。通过第三幅图排放性能曲线，其中HC排放量为0.745，CO排放量为0.729，NOx排放量为0.115。从图中可以看出在混合驱动下，此循环工况下，排放量比上一个循环工况下要多一些，在纯电动模式下几乎达到了零排放。

图4 城市道路工况CYC_NEDC下的仿真结果

4 结论

以某车型为参照对象，对其关键部件进行了选型和设计。采用ADVISOR仿真软件，建立插电式混合动力汽车分配机构——行星齿轮传动机构的仿真模型，修改其中的M文件，对其进行开发，对发动机、电动机和电池等参数进行设置，在两种循环工况下进行仿真分析，通过分析仿真，得出插电式混合动力汽车的动力仿真输出结果，分析各项参数，为整车设计开发提供依据。