马良君，杨观赐

(贵州大学现代制造技术教育部重点实验室，贵州贵阳550003)



并联混合动力电动汽车电辅助控制策略仿真分析*

马良君，杨观赐

(贵州大学现代制造技术教育部重点实验室，贵州贵阳550003)

摘要：以并联式混合动力汽车为研究对象，分析了ADVISOR软件中缺省的并联混合动力电动汽车现有电辅助控制策略存在的问题，然后对其主要控制参数进行了修改，最后在ADVISOR软件中进行仿真对比分析，仿真结果表明经过修改后的控制策略，电机效率由原来的38%上升到43%，发动机效率由原来的22%上升到27%，系统整体效率由原来的10.3%上升到12.1%，综合油耗由原来的5.8 L/100 km下降到4.9 L/100 km,整车的性能和燃油经济性都有了一定的提高。

关键词:ADVISOR混合动力汽车电辅助控制策略仿真

0引言

节能和环保已成为当今世界的两大主题，混合动力汽车由于其同时装备两种或两种以上的动力源，利用内燃机和电动机共同驱动车轮，既继承了纯电动汽车低排放的优点，又发扬了传统内燃机汽车功率大、续航里程长的特性，能有效地提高燃油效率，成为解决当前环境污染和能源短缺等问题切实可行的方案[3,5]。

目前，国内外应用于混合动力汽车的仿真软件主要有：爱达荷州国家工程实验室开发的SIMPLEV2.0、大气环境有限公司开发的CarSim2.5.4、德克萨斯A&M大学开发的V-Elph、美国可再生能源国家实验室开发的ADVISOR、美国Argonne国家实验室开发的PAST，以及奥地利李斯特内燃机及测试设备公司开发的CRUISE等[1]。ADVISOR由于其免费和源代码完全开放等优点，其用户数量最多，目前国际上有许多企业和研究机构都使用ADVISOR软件来作为混合动力系统仿真工具，在混合动力汽车开发的过程中，通过借用仿真软件来开展工作，可以减少实车的实验时间，节省研发成本[2,7]。本文首先分析了ADVISOR软件中缺省的并联混合动力电动汽车现有的电辅助控制策略，然后通过修改电辅助控制策略对应的M文件，重新调整控制策略的参数设置，最后使用ADVISOR软件完成仿真对比分析。

1并联混合动力电动汽车电辅助控制策略分析

并联混合动力电动汽车的电辅助控制策略是在对发动机的性能和各部件的效率进行分析的基础上而提炼出来的，其设计思想是，减少传统发动机的功率，避免“大马拉小车”的现象，将电机作为灵活变化的被控部件，在混合动力汽车的行驶过程中，随工况需求变化配合发动机进行电机实时调控，电机作为辅助驱动源对发动机的输出转矩起到“削峰填谷”的作用，从而使得动力总成能量输出在满足汽车动力学要求的同时，确保电池组SOC维持在合理的范围内，最终使整车获得良好的燃油经济性和排放特性[9]。电机在以下情况下使用[10]：

1)当整车车速低于某一最小车速时，电机提供驱动转矩驱动车轮。

2)当车辆需求的转矩超过发动机运行速度下所能提供的最大转矩时，由电机补偿转矩。

3)如果需求的发动机转矩使得发动机处在低效率运行区时，发动机关闭，转矩由电动机来提供。

4)当电池的SOC较低时，发动机提供一部分转矩用来给电池充电。

5)制动时，回收制动能量，电机处于发电状态给电池充电。

并联混合动力电动汽车电辅助控制策略的主要控制参数如表1。

表1

变量含义原有控制策略参数默认值cs_hi_soc电池SOC最高期望值0.7cs_lo_soc电池SOC最低期望值0.6cs_electric_launch_spd_lo车辆纯电动车速下限0cs_electric_launch_spd_hi车辆纯电动车速上限0cs_off_trq_frac发动机关机转矩系统0cs_min_trq_frac发动机最小转矩系数0.4cs_charge_trq发动机充电转矩0.25*min(fc_max_trq)

从表1中我们可以分析出ADVISOR软件中缺省的并联混合动力电动汽车的电辅助控制策略参数的默认值有不尽合理之处：

1)车辆纯电动车速的上限参数cs_electric_launch_spd_hi的值为0，这意味着只有当整车车速为0时才能关闭发动机，发动机在整车速度需求较低的情况下还在运转给整车提供转矩，这时候发动机工作在低效率区，在整车需求速度较低的时候可以关闭发动机，防止发动机工作在低效率区而带来的燃油效率不高的问题，所以可以适当提高变量cs_electric_launch_spd_hi的值。

2)发动机关机的转矩系数cs_off_trq_frac为0，这说明关闭发动机所需的负荷率阈值较低，应该要适当提高变量cs_off_trq_frac的值，使得当发动机的负荷率大于设定的阈值时，电机不独立工作。

3)当电池SOC小于下限时，使电机处于发电状态所需的发动机负荷率阈值可以适当地降低，因而可以减少发动机最小转矩系数cs_min_trq_frac参数的值，这样做可以给电池增加更多的充电机会。

2电辅助控制策略参数的调整及仿真对比分析

2.1电辅助控制策略参数的调整

ADVISOR中缺省的并联混合动力电动汽车电辅助控制策略模块对应的M文件为“/ADVISOR2002/data/control”文件夹中的PTC_PAR.m,本文在其已有的控制策略的基础上修改其控制参数：

1)将电池SOC的最高期望值cs_hi_soc由原来的0.7修改成为0.8，当车辆在高速行驶的时候，适当提高cs_hi_soc的值可以降低车辆的燃油消耗率[4]。

2)将车辆纯电动车速上限由原来的0 m/s修改成为3 m/s，当车速低于3 m/s时，发动机将关闭，由电机单独给车轮提供转矩。

3)将发动机关机的转矩系数cs_off_trq_frac由原来的0修改成0.3，发动机负荷率大于0.3时，电机不独立工作。

4)将发动机最小转矩系数cs_min_trq_frac由原来的0.4调整为0.2，以增加给电池充电的机会。

2.2仿真结果对比分析

本文重点分析电辅助控制策略的参数调整后对电机和发动机的效率和系统的总体效率以及综合油耗的影响，进行仿真分析的车型为ADVISOR中缺省的并联混合动力电动汽车PARALLEL_defaults_in，仿真所采用的工况为UDDS市区循环工况，仿真结果如图1、图2。

如图1和图2所示，在控制策略参数调整前电机的工作效率主要分布在[0,0.7]区间内，而在控制策略参数调整之后电机的工作效率主要分布在[0.1,0.8]之间，电机的工作效率相比之前有了一定的提高。

如图3和图4所示，在控制策略参数调整前发动机的大部分工作点分布在低效率区，而控制策略参数调整后发动机有相当一部分工作点分布在高效率区，这表明控制策略的参数经过调整后，发动机的工作点更加的理想。

如图5和图6，在控制策略参数调整前发动机工作效率分布在[0,0.35]区间内，而控制策略参数调整后发动机工作效率主要分布在[0.15,0.35]区间内，这表明控制策略的参数经过调整后发动机的燃油转化效率有了提高，有利于提高燃油经济性。

如图7和图8，在控制策略参数调整前整车综合油耗Fuel Consumption 为5.8 L/100 km,而控制策略参数调整后整车综合油耗下降至4.9 L/100 km，这表明发动机的燃油效率有了提高，有利于节能减排。

如图9和图10，控制策略修改前电机的效率Motor/Controller为38%、发动机的效率Fuel Converter为22%、系统整体的效率Overall System Efficiency为10.3%，而控制策略修改后电机的效率为43%、发动机的效率为27%、系统整体的效率为12.1%，可见并联混合动力电动汽车的电辅助控制策略的参数经过调整后，其电机效率、发动机效率以及系统整体的效率都有了一定的提高，表明并联混合动力电动汽车的各子系统相比之前都有了更好的匹配，整车的性能有了提高。

图9　参数调整前的系统运行效率统计图

图10　参数调整后的系统运行效率统计图

3结论

本文首先分析了ADVISOR软件中缺省的并联混合动力电动汽车的电辅助控制策略，并指出了软件中默认的电辅助控制策略参数设置的缺陷和不足，然后通过ADVISOR软件对修改后的电力辅助控制策略进行仿真分析并和修改前进行对比，结果表明经过修改后的电辅助控制策略，其电机效率和发动机效率以及系统整体的效率都有了一定的提高，整车的综合油耗下降，为今后对电辅助控制策略的进一步研究提供参考。

参考文献

[1]张云,张承慧. ADVISOR仿真软件及其在电动汽车仿真中的应用:中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C].中国自动化学会控制理论专业委员会,2011:4.

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[3]蔡玲,岳峰丽.采用ADVISOR的串联式混合动力客车控制策略研究[J].沈阳理工大学学报,2012,31(2):46-49.

[4]张梓梁,吴森.混合动力电动汽车中SOC初始值对燃油经济性的影响[J].科技创业家,2011(4)6.

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[6]陈琼英.基于 ADVISOR 的混合动力公交车经济性仿真[J].机电技术,2012(2)26-29.

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[9]李顶根,王好端.基于参数扫描算法的HEV多能源控制策略优化研究[J].汽车工程,2010,32(8):664-668.

[10]王保华,王伟明,张建武,等.并联混合动力汽车控制策略比较研究[J].系统仿真学报,2006,18(2):401-404.

Simulation analysis of electric auxiliary control strategy for parallel hybrid electric vehicle

MA Liangjun，YANG Guanci

Abstract:Taking parallel hybrid electric vehicle as study object, we analyzed the existing problems of the electric auxiliary control strategy of the default parallel hybrid electric vehicle in ADVISOR, modified its main control parameters, and carried out simulation comparative analysis in ADVISOR. The results showed that, after the modification, the motor efficiency increased from 38% to 43%, engine efficiency increased from 22% to 27%, overall efficiency of the system increased from 10.3% to 12.1%, fuel consumption decreased from 5.8L/100km to 4.9L/100km, and the performance and fuel economy of the vehicle was improved.

Keywords:ADVISOR; hybrid electric vehicle; electric auxiliary control strategy; simulation

收稿日期：2015-09-01

通讯作者：杨观赐(1983-)，男，博士，副教授，主要研究方向：智能系统。

作者简介：马良君，男，湖南湘乡人，汉族，贵州大学现代制造技术教育部重点实验室研究生，研究方向：机械制造及其自动化。

基金项目：贵州省优秀青年科技人才培养对象专项资金项目(黔科合人字(2015)13号)，贵州省科技计划(黔科合JZ字[2014]2004号、黔科合高G字〔2014〕4001，黔科合重大专项字(2013)6020)。

中图分类号：U469

文献标识码：A

文章编号：1002-6886(2016)02-0005-04