XII48v混合動力汽車的建模與仿真案例目錄TOC\o"1-3"\h\u1200748v混合動力汽車的建模與仿真案例 -1-153481.1整車仿真模型的建立 -1-65101.2整車能量管理控制策略模型 -2-154381.3仿真分析 -7-1.1整車仿真模型的建立運用CRUISE軟件搭建整車的仿真模型，模型中包括電機模塊、發動機模塊、動力電池模塊、離合器模塊、變速箱模塊、主減速器模塊、車輪模塊、制動器模塊、駕駛員模塊以及整車參數模塊，連接完畢后的整車模型如下圖5-1所示。圖5-1整車模型結構圖整車的主要部件建模如下：(1)發動機模型CRUISE中發動機模型的萬有特性曲線圖是由實際實驗得到的，由于缺乏實驗條件與發動機實體模型，本文采用的文獻中查找的發動機外特性曲線和油耗消耗圖。發動機的外特性圖和油耗Map圖如下圖5-2示。圖5-2發動機外特性圖和燃油Map(2)電機模型本文采用的是ISG永磁同步電機，本文采用文獻中查找到的電機特性曲線和電機效率Map圖如下圖5-3。圖5-3電機特性曲線圖和電機效率圖(3)電池模型根據電池性能測試，得到電池各個SOC狀態下的對應的電壓值關系曲線，導入進電池模塊中。(4)整車參數模型根據第3章的選型結果，將整車的整備質量、總質量、空氣阻力、迎風面積、軸距、輪胎半徑、滾動阻力系數、傳動效率等數據輸入進整車參數模型模塊。1.2整車能量管理控制策略模型整車的能量管理控制策略MATLAB/Simulink模型主要分為三個部分；第一部分為輸入輸出信號部分，第二部分為需求轉矩計算的模塊，第三部分為模式切換與扭矩輸出分配模塊。(1)輸入輸出信號部分本文中控制策略的輸入信號主要有:當前車速、制動踏板信號、發動機轉速、電機轉速和電池的SOC等。輸出信號主要有：電機開關、發動機開關、離合器的控制等。圖5-4輸入信號(1)圖5-5輸入信號(2)圖5-6輸入信號(3)(2)需求轉矩計算模塊該模塊是進行需求轉矩的計算，并根據發動機和電機的Map圖進行轉矩的合理分配。圖5-7即為需求轉矩的計算流程。圖5-7需求轉矩計算模塊(3)模式切換與扭矩輸出分配模塊該部分是根據第4章中能量管理策略的選擇與切換原則，在Simulink中搭建出的一個模塊。該模塊與輸入輸出信號模塊與需求扭矩計算模塊相連通，具體見圖5-8、5-9、5-10、5-11。圖5-8純電動模式圖5-9發動機驅動行車充電模式和發動機驅動電機扭矩補償模式圖5-10電機驅動發動機扭矩補償模式圖5-11五種模式輸出信號1.3仿真分析搭建完整車模型與控制策略模型后，進行軟件內的報錯檢查，確認無錯誤后，將Simulink中的控制策略模型文件轉換為dll文件代碼并導入進CRUISE中的MATLABController模塊，并建立仿真的項目文件，在項目中建立相應的計算任務進行仿真。本文中選用的是CRUISE中自帶的NEDC循環工況進行仿真驗證，進行一次仿真后得到車速跟隨效果如圖5-12所示，由此圖可知仿真的車速與目標車速基本一致，整體的仿真車速在誤差的范圍內，能夠滿足動力行駛的需求。為了比較整車的行駛狀態時間，在圖5-13展示出整個NEDC工況中行駛模式的轉換狀態圖。其中1、2、3、4、5分別對應純電動模式、發動機直驅行車發電模式、發電機外特性電機扭矩補償模式、電機外特性發動機扭矩補償模式、能量回收模式。從圖5-13中可以看出，在起步時和車速在40km/h以下時，車輛處于純電動模式。當車輛急加速至超過一定的速度時，切換至模式2、3、4，具體根據當時情況下需求扭矩的大小進行選擇，使發動機和電機盡可能的工作在其高效率區。而當駕駛員踩下制動踏板，車速下降時，車輛進入模式5能量回收模式。圖5-12仿真循環的車速跟隨情況圖5-13仿真循環行車狀態圖開始仿真時，電池的SOC設為50%，仿真過程的SOC變化如圖5-14所示，因為在NEDC循環工況中，城市循環工況較多，整車在此工況下行駛所需的需求功率較低，所以電機驅動的時間較多。當整車行駛一段時間后，SOC值低于設置的下限值時，策略判斷整車滿足發動機直驅行車充電模式的條件，開始給電池充電，電池SOC值上升；在郊區工況行駛時，整車需求功率較大，電機較少參與驅動，SOC值得變化較為平緩。圖5-14電池SOC變化圖為了進一步的分析整車在整個NEDC循環中轉矩的分配情況，將仿真得到的發動機與ISG電機的轉矩曲線放在同一坐標系下得到下圖，根據圖上數據分析，ISG電機轉矩較為密集的分布在城市工況部分，圖5-15中兩種動力源的輸出轉矩分布明確，能夠達到期望的效果。圖5-15仿真過程電機扭矩與發動機扭矩圖將NEDC循環得到的發動機轉速曲線、電機轉速曲線與 NEDC循環工況車速曲線三者放在一起進行比較，見圖5-16、5-17、5-18。車輛在起步和停車時，發動機的轉速和轉矩均為零，發動機不參與驅動，由ISG電機帶動車輛起步，并在低速工況下實現純電動行駛；當需求車速較高或者是在急加速工況時，電機將帶動發動機至一定的轉速，由發動機進行驅動；從圖中可以明顯的看到，在車輛減速時，ISG的轉矩為負值，表明車輛進行能量回收；在上圖中，出現過發動機轉矩為正值而電機轉矩為負值的情況，說明動力電池的SOC滿足充電的條件，系統執行行車充電模式。圖5-1