吳海波， 何鋒， 蔣雪生， 張晨

（1.貴州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，貴陽(yáng)550025；2.奇瑞萬(wàn)達(dá)貴州客車(chē)股份有限公司，貴陽(yáng)550025）

0 引言

全球能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題形勢(shì)嚴(yán)峻，在節(jié)能減排的大背景下，低排放的新能源汽車(chē)成為各國(guó)汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的方向?，F(xiàn)階段，混合動(dòng)力汽車(chē)是傳統(tǒng)汽車(chē)主要的替代車(chē)輛［1］。目前，汽車(chē)仿真軟件ADVISOR廣泛用于傳統(tǒng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)的仿真與分析中，其仿真模型中驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為前驅(qū)模式，對(duì)其他驅(qū)動(dòng)方式車(chē)輛進(jìn)行仿真時(shí)要修改模型［2－3］。

目前，我國(guó)對(duì)ADVISOR的應(yīng)用已展開(kāi)了一定的研究。文獻(xiàn)［4］概述了ADVISOR軟件的特點(diǎn)和仿真策略，提出利用ADVISOR的現(xiàn)有模型，對(duì)不符合要求的模塊進(jìn)行修改或重建，可節(jié)省大量時(shí)間并確保模型的準(zhǔn)確性和可靠性。文獻(xiàn)［5］比較了ADVISOR前向路徑仿真與后向路徑仿真的差異，說(shuō)明了混合仿真方法的實(shí)現(xiàn)方式。文獻(xiàn)［6］～［8］基于A(yíng)DVISOR的二次開(kāi)發(fā)，對(duì)汽車(chē)的能量管理及控制策略進(jìn)行了優(yōu)化。

本文在A(yíng)DVISOR軟件平臺(tái)上對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模型進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，建立并聯(lián)混合動(dòng)力城市客車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)仿真模塊，進(jìn)行整車(chē)動(dòng)力性分析。

1 混合動(dòng)力城市客車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)建模

通過(guò)對(duì)混合動(dòng)力城市客車(chē)進(jìn)行受力分析，在A(yíng)DVISOR建模源程序的基礎(chǔ)上對(duì)前輪驅(qū)動(dòng)的模型進(jìn)行修改，建立混合動(dòng)力城市客車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)仿真模塊。

1.1 混合動(dòng)力城市客車(chē)行駛受力分析

假設(shè)混合動(dòng)力城市客車(chē)在坡度為α的路面上，初速度為V0，在行駛過(guò)程中受到的空氣阻力FW、滾動(dòng)阻力Ff、坡度阻力Fi的作用，在附著力Fmax的驅(qū)動(dòng)下所能產(chǎn)生的極限速度為 Vt，車(chē)輛受力如圖 1 所示［9］。

圖1 汽車(chē)受力示意圖

汽車(chē)的行駛驅(qū)動(dòng)條件為

式中：m為整車(chē)質(zhì)量；umax為最大附著系數(shù)；f1、f2分別為汽車(chē)前、后輪的滾動(dòng)阻力系數(shù)；Vave為平均車(chē)速；ρ為空氣密度；Cd為空氣阻力系數(shù)；A為汽車(chē)迎風(fēng)面積；a為車(chē)輛加速度，在時(shí)間Δt內(nèi)，有

將式（2）～式（9）代入式（1），可以得出驅(qū)動(dòng)力達(dá)到極限時(shí)，汽車(chē)產(chǎn)生的最高車(chē)速Vt1為：

此時(shí)，從整車(chē)模塊傳遞過(guò)來(lái)的速度必須小于該速度。

在汽車(chē)處于附著極限時(shí)，制動(dòng)力FX的最大值與驅(qū)動(dòng)力Ft的最大值同為Fmax，但方向相反，有

同樣，將式（2）~式（9）代入式（11），有

Vt2為制動(dòng)力達(dá)到附著極限時(shí)汽車(chē)所能達(dá)到的最低車(chē)速，從整車(chē)模塊傳遞過(guò)來(lái)的速度必須大于該速度。

1.2 混合動(dòng)力城市客車(chē)整車(chē)驅(qū)動(dòng)力和速度模塊

圖2 混合動(dòng)力城市客車(chē)驅(qū)動(dòng)力控制模塊

車(chē)輪/車(chē)軸模塊中的驅(qū)動(dòng)力控制子模塊可根據(jù)汽車(chē)行駛的附著條件對(duì)車(chē)速和驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行限制。根據(jù)上述所建立的混合動(dòng)力城市客車(chē)動(dòng)力學(xué)模型，在A(yíng)DVISOR中所建立如圖2所示的驅(qū)動(dòng)力控制模塊。

圖3 限制車(chē)輪驅(qū)動(dòng)的最大車(chē)速模塊

根據(jù)式（10）、（12），可在 ADVISOR 軟件中對(duì)車(chē)輛的速度模塊進(jìn)行重建，結(jié)果如圖3所示。從車(chē)輛的整車(chē)模塊傳來(lái)所需的平均車(chē)速Vave_req從輸入端口1進(jìn)入該模塊、初速度V0由輸入端口2進(jìn)入該模塊，通過(guò)與限制端口1輸出的平均車(chē)速比較，使其不超過(guò)極限附著情況下車(chē)輛能達(dá)到的車(chē)速。

在A(yíng)DVISOR中建立的限制車(chē)輪驅(qū)動(dòng)的最大驅(qū)動(dòng)力模塊，如圖4所示。

圖4 限制車(chē)輪驅(qū)動(dòng)的最大驅(qū)動(dòng)力模塊

2 混合動(dòng)力城市客車(chē)仿真參數(shù)

表1 仿真參數(shù)

混合動(dòng)力城市客車(chē)的仿真包括車(chē)輛模塊、發(fā)動(dòng)機(jī)模塊、電機(jī)與控制器模塊、傳動(dòng)系統(tǒng)模塊等，定義主要仿真模塊的參數(shù)值如表1。

3 仿真結(jié)果對(duì)比分析為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)

的功能模塊的正確性，選擇具有代表性的城市——市郊循環(huán)工況（ECE_EUDC）進(jìn)行仿真測(cè)試。

圖5 道路循環(huán)請(qǐng)求汽車(chē)的行駛速度

圖6 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速

圖5為ECE_EUDC 循環(huán)工況請(qǐng)求的混合動(dòng)力城市客車(chē)行駛速度情況變化圖，由于車(chē)輛的最高車(chē)速達(dá)不到循環(huán)工況需求的 120 km/h，在約 1 100～1 220 s之間內(nèi)，車(chē)輛以81.8 km/h的最高車(chē)速行駛。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的仿真結(jié)果見(jiàn)圖6，在道路循環(huán)的停車(chē)期間，發(fā)動(dòng)機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)，可節(jié)約能源。圖7為電機(jī)輸出的輔助扭矩，表明在循環(huán)工況需要汽車(chē)加速時(shí)，電機(jī)會(huì)輸出扭矩，輔助發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛。

圖7 電機(jī)輸出的扭矩

在ECE_EUDC循環(huán)工況，對(duì)該并聯(lián)混合動(dòng)力城市客車(chē)進(jìn)行仿真測(cè)試，其最高車(chē)速為 81.8 km/h，0～50 km/h的加速時(shí)間為 15.8 s，以20 km/h的速度行駛時(shí)最大爬坡度為16.1%。實(shí)車(chē)測(cè)驗(yàn)結(jié)果與仿真分析結(jié)果基本吻合。

4 結(jié)語(yǔ)

利用ADVISOR軟件的開(kāi)放性，在A(yíng)DVISOR上對(duì)原有模型進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，建立混合動(dòng)力城市客車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)仿真模型。在ECE_EUDC循環(huán)工況下對(duì)整車(chē)動(dòng)力性進(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)果與實(shí)車(chē)測(cè)量結(jié)果相近，說(shuō)明采用該方法建立的模型滿(mǎn)足并聯(lián)混合動(dòng)力城市客車(chē)的動(dòng)力性仿真分析需求。

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