介紹一種基于Simulink的并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的建模方法

并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的工作模式可以分為六種。純電動(dòng)模式、純發(fā)動(dòng)機(jī)模式、混合驅(qū)動(dòng)模式、充電模式、再生制動(dòng)模式、怠速停車模式。

當(dāng)電池SOC較高且并聯(lián)混合動(dòng)力汽車處于低速或輕載等工況時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作，由電池提供能量驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)整車運(yùn)動(dòng)；

當(dāng)電池SOC維持在正常范圍內(nèi)且并聯(lián)混合動(dòng)力汽車處于中高速或中等負(fù)荷時(shí)，電機(jī)停止工作，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)整車運(yùn)動(dòng)（此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作于高效區(qū)且排放性能好）；

當(dāng)并聯(lián)混合動(dòng)力汽車處于高爬坡或急加速等負(fù)荷且車輛所需功率超過發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)，對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行助力；

當(dāng)電池SOC較低且并聯(lián)混合動(dòng)力汽車處于中低負(fù)荷時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)除了要驅(qū)動(dòng)車輛外，還需額外對電池進(jìn)行充電；

當(dāng)并聯(lián)混合動(dòng)力汽車制動(dòng)或減速時(shí)，電機(jī)可回收再生制動(dòng)能量；

當(dāng)并聯(lián)混合動(dòng)力汽車停車或怠速時(shí)，若電池SOC較低，發(fā)動(dòng)機(jī)為電池充電。

1、并聯(lián)混合動(dòng)力汽車仿真建模

以某型并聯(lián)混合動(dòng)力汽車為例，其基本參數(shù)為：

E_max = 1.7*1000*3600;                  % 電池尺寸
M_battery = E_max/46/3600;              % 電池質(zhì)量，kg
M_passenger = 250;                      % 乘客+駕駛員質(zhì)量, kg
M_veh = 1746 + M_passenger + M_battery; % 整車質(zhì)量, kg
C_D = 0.35;          % 阻力系數(shù)
C_0 = 0.015;         % 滾動(dòng)阻力系數(shù)
A_F = 1.93;          % 迎風(fēng)面積, m^2
eta_ess = 0.7;       % 儲能系統(tǒng)效率
r_wheel = 0.2794;    % 車輪半徑, m
P_min_eng = 10000.0; % 發(fā)動(dòng)機(jī)最小功率, W
P_max_eng = 80000.0; % 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率, W
G_diff = 0.25;       % 差速器傳動(dòng)比
G_trans_min = 0.3;   % 最小傳動(dòng)比
% 單位換算
m_to_mi = 1/1609;          % meters to miles
g_hr_to_gal_s = 9.778e-8;  % g/hr to gal/s
mph_to_mps = 0.44704;      % mi/hr to m/s
% 物理常數(shù)
rho = 1.225;               % 空氣密度,kg/m^3
g = 9.8;                   % 重力加速度,m/s^s
SOC_init = 0.5;            % SOC初值

設(shè)置好參數(shù)后，基于動(dòng)態(tài)工況仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的相關(guān)性能。我們搭建的并聯(lián)混合動(dòng)力汽車模型如下圖所示：

牽引力及功率計(jì)算公式如下所示：

Ftractive= Frolling_resistance + Faero + Facceleration , assuming grade = 0. (1)
Frolling_resistance = M_veh*g*C_0                                            (2)
Faero = 0.5*rho*Afrontal *C_D*v_veh^2                                        (3)
Facceleration = M_veh*a_veh                                                  (4)
Ptractive = Ftractive*v_veh                                                  (5)

電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式如下所示：

ωlow=Gtrans*ωhigh                                                           （6）
ωright.wheel=ωleft.wheel                                                    （7）
uveh=rwheel*ωwheel                                                          （8）
ωlow=Gelecmach*ωelecmach                                                    （9）

并聯(lián)混合動(dòng)力汽車能量管理策略function函數(shù)如下所示：

v_min = 2.19;         % 最小車速, in m/s
P_min = 10000;        % 發(fā)動(dòng)機(jī)最小功率 in W
P_max = 80000;        % 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率
G_trans_min = 0.3;    % 最小傳動(dòng)比
G_diff = 0.25;        % 差速器傳動(dòng)比
r_wheel = 0.2794;     % 車輪半徑 in m
%% 并聯(lián)混合動(dòng)力汽車工作模式
if (v_veh < v_min) 
    P_elecmach = P_tractive;
    P_eng = 0;
    fuel_rate = 0;
    w_eng = 0;
    G_trans = G_trans_min;
    return
end
if(P_tractive < P_min) 
    P_elecmach = P_tractive;
    fuel_rate = 0;
    w_eng = 0;
    P_eng = 0;
    G_trans = G_trans_min;
    return
end
if(P_tractive  ?> P_max) 
    P_elecmach = P_tractive-P_max;
    P_eng = P_max;
    bsfc = interp1(eng_map(:,2), eng_map(:,3), P_eng/1000);
    fuel_rate = bsfc*P_eng/1000; % g/hr
    w_eng = interp1(eng_map(:,2), eng_map(:,1), P_eng/1000);
    w_rad_p_s = w_eng*pi/30; % convert to rad/s
    G_trans = v_veh/r_wheel/G_diff/w_rad_p_s;
    return
end
P_elecmach = -(P_max-P_tractive)*(0.5-SOC);
P_eng = P_tractive-P_elecmach;
bsfc = interp1(eng_map(:,2), eng_map(:,3), P_eng/1000);
fuel_rate = bsfc*P_eng/1000; % g/hr
w_eng = interp1(eng_map(:,2), eng_map(:,1), P_eng/1000);
w_rad_p_s = w_eng*pi/30; % convert to rad/s
G_trans = v_veh/r_wheel/G_diff/w_rad_p_s;
if(P_eng P_min) 
    P_eng = 0;
    P_elecmach = P_tractive;
    fuel_rate = 0;
    w_eng = 0;
    G_trans = G_trans_min;
    return
end

2、并聯(lián)混合動(dòng)力汽車仿真分析

發(fā)動(dòng)機(jī)功率：

電動(dòng)機(jī)功率：

電池SOC：

結(jié)果表明：基于Simulink搭建的并聯(lián)混合動(dòng)力汽車模型和所提出的仿真方法是合理有效的，為進(jìn)一步研究并聯(lián)混合動(dòng)力汽車參數(shù)的優(yōu)化匹配和提高整車運(yùn)行性能奠定了一定的基礎(chǔ)。