基于CRUISE的混联式混合动力汽车电动优先混合控制策略仿真

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1、http://www.gtjia.com基于ＣＲＵＩＳＥ的混联式混合动力汽车电动优先混合控制策略仿真蔡啸霄，严运兵（武汉科技大学汽车与交通工程学院，湖北武汉，４３００８１）摘要：针对一款开发中的混联式混合动力轿车，在分析其布置形式与工作模式的基础上，提出电动优先的混合控制策略，搭建基于ＣＲＵＩＳＥ的整车仿真模型，用Ｃ语言编写了电动优先混合控制策略，利用Ｃ－ｆｕｎｃｔｉｏｎ模块将其嵌入到ＣＲＵＩＳＥ模型中进行耦合仿真，并对控制策略进行优化和评价，验证控制策略的可行性；结合目标车型的期望性能，对仿真车型动力系统进行了匹配，为实车设计提供了参考

2、依据。结果表明，控制策略达到了预期目标且合理适用。关键词：ＣＲＵＩＳＥ仿真软件；混合动力轿车；动力匹配；电动优先混合控制随着全球石油资源日益枯竭、国家节能减排任务加重以及汽车保有量扩大所带来的污染日趋严重，寻找清洁的替代能源已成为未来可持续发展的核心问题。各国在制定更加严格的节能减排政策和排放法规的同时，也在不遗余力地进行电力、氢动力等新能源汽车及燃料电池的研发工作。尽管电气化和零排放是未来汽车发展的主要方向，但就目前情况来说，纯电动汽车的推广还存在安全问题和充电桩架设缺口问题，而油电混合动力汽车已经有了较成熟的技术，并已拥有相当规模的市

3、场。作为兼顾电动汽车和传统汽车优点的新一代汽车结构型式，油电混合动力汽车由于在环保和节能方面优势明显，且动力性接近于传统汽车，生产成本也低于纯电动汽车而日益受到汽车工业界的重视，近年来已成为世界上各大汽车公司和开发机构研究的热点［１］。ＣＲＵＩＳＥ仿真软件是奥地利李斯特内燃机及测试设备公司（ＡＶＬ　Ｌｉｓｔ　ＧｍｂＨ）开发的研究汽车动力性、燃油经济性、排放性能及制动性能的仿真分析软件，它采用模块化的设计方法，可以对任意结构形式的汽车传动系统进行建模和仿真，可用于汽车开发过程中动力系统的匹配、汽车性能预测和控制策略模拟，还可用于混合动力汽车

4、和电动汽车的动力系统、传动系统及控制系统的开发与优化。目前ＣＲＵＩＳＥ结合ＡＶＬ公司旗下其他软件在传统汽车基础上研发新型动力总成和模拟测试方面有着举足轻重的地位，而对于新能源汽车方向尚未过多涉足。本文选择一款开发中的混联式混合动力汽车进行匹配，在ＣＲＵＩＳＥ环境中建立仿真模型并对相关控制策略进行验证。１　目标车型布置与期望性能目标车型采用混联方案，其驱动系统布置如图１所示。系统中，发动机、发电机、电动机同轴布置，发动机／发电机组和电动机分别布置在离合器两侧。整车的期望性能如下：０～１００ｋｍ·ｈ－１加速时间为１２ｓ；最高车速为１６０ｋｍ·

5、ｈ－１；纯电动续驶里程为２５ｋｍ。２　电动优先混合控制策略的制定为达到期望的性能指标，需对发动机、发电机、电动机及电池组进行功率匹配。功率匹配除了与驱动系统布置有关外，还受动力系统工作模式及能量分配策略等方面因素的影响。http://www.gtjia.com根据图１的系统布置，整个行驶模式主要分为以电动机为主的电量消耗模式和以发动机为主的滑行与充电模式。在电池荷电状态（ＳＯＣ）充足的情况下，车辆主要运行在电量消耗模式，主要包括纯电动模式、混合动力模式和制动再生模式等子模式。当电池ＳＯＣ降至一定范围内时，运行模式为以发动机驱动和发电机发电

6、为主的滑行与充电模式，即当电池电量降到一定水平需要充电时，电动机关闭，发动机起动，并带动发电机对电池进行充电。结合上述工作模式分析，本文采用了电动优先混合控制策略，即循环工况开始，车辆首先以电动机带动车辆起步，电池ＳＯＣ值由设定最大值开始下降。电池ＳＯＣ值下降至设定最小值之前，以电动机工作为主，发动机工作为辅：①当需求转矩小于电动机最大转矩时，电动机提供驱动所需全部转矩，发动机停止工作；②当需求转矩超过电动机最大转矩时，电动机工作在最大转矩区，同时发动机起动，补充不足部分转矩，并控制发动机尽量工作在最优区间内。电池ＳＯＣ下降至小于设定最小

7、值后，电动机先关闭，停止耗电，再转为以发动机工作为主，电动机工作为辅：①当需求转矩小于当前转速下发动机最优曲线对应转矩时，发动机继续工作在最优曲线上，多余转矩经由发电机转换为电能储存于动力电池中；②当需求转矩大于当前转速下发动机对应的最大转矩时，则电动机启动并对转矩进行补偿。整个控制过程中电池ＳＯＣ在一个预先设定的小范围内上下波动，以保护电池不会过度放电。上述各种工作模式的切换以电池ＳＯＣ、需求转矩、制动踏板ＯＮ／ＯＦＦ等为触发条件。３　ＣＲＵＩＳＥ整车建模与仿真ＣＲＵＩＳＥ的应用可以贯穿到整个开发环节。作为总成设计基础上的一种细化，零部

8、件匹配设计可对动力传动系统中的主要零部件（发动机、电动机、电池及相关的控制和管理系统）的技术参数提出设计要求，进行相关的组合匹配，对车辆的控制策略进行初步的设计，根据控制策略以及车辆的设计目标