關(guān)于ADVISOR的純電動(dòng)模塊介紹

1、ADVISOR(Advanced Vehicle Simulator)高級(jí)車(chē)輛仿真器是美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的一款著名的電動(dòng)汽車(chē)仿真軟件。主要用于EV、HEV及FCEV的仿真研究工作，同時(shí)兼具對(duì)CV的仿真功能。其內(nèi)部程序由模塊化的MatlabSimulink語(yǔ)言編寫(xiě)而成，提供了多種可供選擇的電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)模型及靈活可修改的部件模型庫(kù)?？蓪?duì)選定車(chē)輛的整車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性、排放、加速時(shí)間、最大爬坡度等進(jìn)行仿真計(jì)算，并且能與其它多種軟件共同仿真。人性化的GUI操作界面大大簡(jiǎn)化了用戶(hù)的操作難度。通過(guò)修改部件模型或控制策略，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)特定車(chē)型的優(yōu)化計(jì)算。目前已成為電動(dòng)汽車(chē)仿真研究首選的工具?；诨贏DV

2、ISOR的純電動(dòng)汽車(chē)仿真模型的建立的純電動(dòng)汽車(chē)仿真模型的建立 對(duì)于純電動(dòng)汽車(chē)ADVISOR設(shè)計(jì)了整車(chē)(Vehicle)、車(chē)輪車(chē)軸(WheelAxle)、主減速器(Final drive)、能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)(Energy Storage System，簡(jiǎn)稱(chēng)ESS，用于存儲(chǔ)電能的設(shè)備，如蓄電池)和電動(dòng)機(jī)(Motor)可控制策略等多個(gè)部件的仿真模型 （圖）所示。1循環(huán)仿真工況的選擇循環(huán)仿真工況的選擇 （運(yùn)行界面如圖1）ADVISTOR提供了道路循環(huán)（Drive Cycle）、多重循環(huán)（Multiple Cycle）和測(cè)試過(guò)程（Text Procedure）三種仿真工況來(lái)仿真車(chē)輛的性能。 道路循環(huán)提供了C

3、YC_ECE、CYC_FTP和CYC_1015等56中國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)道路玄幻提供用戶(hù)選擇，另外提供了行程設(shè)計(jì)器（Trip builder）可以將多達(dá)八種步通的道路循環(huán)任意組合在一起，綜合仿真車(chē)輛的性能。 多重循環(huán)功能可以用批處理的方式以相同的初始條件，快速計(jì)算和保存不同的道路循環(huán)情況下的仿真結(jié)果，并將它們顯示在一起，供用戶(hù)進(jìn)行比較。 測(cè)試過(guò)程包括TEST_CITY_HWY和TEST_FTP等八個(gè)國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試過(guò)程供用戶(hù)選擇。2車(chē)輛模塊的仿真車(chē)輛模塊的仿真 如圖2所示，ADVISOR中車(chē)輛模塊的輸入量為仿真步長(zhǎng)結(jié)束時(shí)的速度和系統(tǒng)可提供的驅(qū)動(dòng)力和線(xiàn)速度，根據(jù)車(chē)輛驅(qū)動(dòng)力與行駛阻力平衡方程（滾動(dòng)阻力、坡度阻

4、力、空氣阻力和加速阻力模塊）得到輸出量，即車(chē)輪所需要的驅(qū)動(dòng)力和速度。 車(chē)輛模塊中需要定義的參數(shù)包括： veh_description=CA6700 Vehicle; %定義汽車(chē)描述變量 veh_CD=0.56; %定義風(fēng)阻系數(shù) veh_FA=5.35； %定義迎風(fēng)面積，單位：（m2） veh_cg_height=0.735; %定義質(zhì)心高度，單位（m） veh_front_wt_frac=0.4; %定義前軸荷占整車(chē)質(zhì)量的百分比 veh_wheelbase=3.935; %定義軸距，單位：（m） veh_glider_mass=3190; %定義車(chē)輛滑行質(zhì)量（kg） veh_cargo_mas

5、s=1950; %定義最大裝載質(zhì)量（包括乘員），單位：kg2.1行駛阻力模型行駛阻力模型 行駛阻力模型，即整車(chē)動(dòng)力學(xué)模型。它是在向后仿真中以工況車(chē)速為輸入，以所需牽引力和車(chē)速為輸出，在向前仿真中，以可以得到的實(shí)際牽引力為輸入，并在此模型中計(jì)算出實(shí)際可以得到的車(chē)速。其整車(chē)動(dòng)力學(xué)模型如圖2.1所示。 實(shí)際車(chē)速將作為跟蹤車(chē)速與目標(biāo)車(chē)速進(jìn)行對(duì)比，來(lái)評(píng)價(jià)在一個(gè)工況情況下所選電機(jī)和電池參數(shù)是否達(dá)到工況要求。實(shí)際車(chē)速的仿真模型如圖2.2所示。3 車(chē)輪模塊的仿真車(chē)輪模塊的仿真 圖3是ADVISOR中車(chē)輪模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。左側(cè)為模塊的輸入端，包括變量1、2，分別對(duì)應(yīng)右側(cè)的兩個(gè)輸出量。模塊中主要有兩條運(yùn)算路線(xiàn)（這個(gè)

6、特點(diǎn)在后面的模塊中也很普遍），一條是根據(jù)下級(jí)模塊的需求運(yùn)算得到上級(jí)模塊的需求，即“需求路線(xiàn)”；另一條是由上級(jí)模塊發(fā)出的功率到下級(jí)模塊得到的實(shí)際功率（“實(shí)際路線(xiàn)”）。在需求路線(xiàn)中，模型從車(chē)輪所需的驅(qū)動(dòng)力和轉(zhuǎn)速通過(guò)牽引力控制接口和輪胎滑移率模塊計(jì)算傳動(dòng)系應(yīng)提供的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。在實(shí)際路線(xiàn)中，傳動(dòng)系提供的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速通過(guò)前/后制動(dòng)控制接口和輪胎滑移率等模塊計(jì)算出車(chē)輪獲得的牽引力和線(xiàn)速度。車(chē)輪模塊中需要定義的參數(shù)有：wh_radius=0.385; %定義車(chē)輪滾動(dòng)半徑，單位：（m）wh_inertia=40*wh_radius2/2; %定義輪胎的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位：（kg*m2）wh_1 st_rrc=0.0

7、0938; %定義輪胎的滾動(dòng)主力系數(shù)3.1輪胎驅(qū)動(dòng)力模型輪胎驅(qū)動(dòng)力模型 輪胎是汽車(chē)中一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，在汽車(chē)行駛中它既受縱向力又受側(cè)向力，并影響著汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性。本文在建模過(guò)程中，只考慮了輪胎的縱向力，并假設(shè)輪胎是剛性物體，忽略了汽車(chē)行駛過(guò)程中的慣性損失，只建立了輪胎的驅(qū)動(dòng)力模型。如圖3.1所示，該模型主要包括：附著力限制子模塊和制動(dòng)力分配子模塊。1.附著力限制子模塊附著力限制子模塊 該模塊主要是對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)在加速和等速過(guò)程中，整車(chē)需求的牽引力和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可提供的牽引力進(jìn)行限制。牽引力限制模型如圖3.1.1所示2.2.制動(dòng)力分配子模塊制動(dòng)力分配子模塊 該模塊主要是對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)在減速過(guò)程中的制動(dòng)力

8、進(jìn)行分配，考慮到制動(dòng)過(guò)程中的電動(dòng)機(jī)制動(dòng)，制動(dòng)力分為：前后輪機(jī)械制動(dòng)力和前輪電動(dòng)機(jī)制動(dòng)力。本模塊中的制動(dòng)力分配策略按照ADVISOR2002中制動(dòng)力分配策略的思想建立，即：前輪機(jī)械制動(dòng)力分配系數(shù)和前輪電機(jī)制動(dòng)力分配系數(shù)由車(chē)速輸入信號(hào)確定。制動(dòng)力分配模塊如圖3.1.2所示ADVISOR中的主減速器模塊如圖4所示。在需求路線(xiàn)中該模塊根據(jù)車(chē)輪的需求轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，考慮損耗和慣性作用等因素后計(jì)算出對(duì)上級(jí)（變速器）模塊的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速需求。而實(shí)際路線(xiàn)則由變速器提供的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速計(jì)算出主減速器實(shí)際輸出的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。ADVISOR中主減速器模塊的參數(shù)在變速器模塊中定義。4主減速器模塊的仿真主減速器模塊的仿真5變速器模塊

9、的仿真 圖5為ADVISOR中的變速器模塊，與主減速器模塊類(lèi)似，通過(guò)需求路線(xiàn)和實(shí)際路線(xiàn)分別得到了變速器輸入端所需轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速（對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求）和變速器實(shí)際輸出的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。 變速器模塊中需要定義的參數(shù)包括： gb_ratio=1.4 6; %定義變速器各檔速比 gb_gears_num=max(size（gb_ratio）); %定義變速器檔位數(shù) gb_mass=120； %定義變速器質(zhì)量，單位；（kg） fb_ratio=6.167; %定義主減速器速比 fb_mass=50; %定義主減速器質(zhì)量，單位：（kg）6 電動(dòng)機(jī)模塊的仿真 圖6所示的電動(dòng)機(jī)模塊中，程序根據(jù)轉(zhuǎn)子所需轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速通過(guò)電動(dòng)機(jī)

10、轉(zhuǎn)速預(yù)估程序，考慮了慣性作用和轉(zhuǎn)矩限制等影響因素，在參考電動(dòng)機(jī)輸出功率Map圖的基礎(chǔ)上計(jì)算得到電動(dòng)機(jī)所需的輸入功率。在實(shí)際路線(xiàn)中通過(guò)可得到的電動(dòng)機(jī)輸入功率求出轉(zhuǎn)子可得到的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。 電動(dòng)機(jī)模塊中需要定義的參數(shù)包括： mc_map_trq=-239.0 -221.0 -190.3 -172.7 -159.2 -145.6 -132.0 -118.5 -99.9 -89.4 -77.8 -64.2 -49.7 -34.1 -19.6 0.0 19.6 34.1 49.7 64.2 77.8 89.4 99.9 118.5 132.0 145.6 159.2 172.7 190.3 221.0

11、 239.0; %定義電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩范圍 mc_map_spd=0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000 4400 4800 5200 5600 6000; %定義電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍 mc_max_trq=239 239 239 239 239 239 239 239 239 239 214.9 195.3 179.04 165.3 153.5 143.235; %定義電動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速下的最大轉(zhuǎn)矩，單位：（Nm） mc_max_crrnt=385; %定義電動(dòng)機(jī)的最大電流，單位：（A） mc_min_volts=200；%定義電動(dòng)機(jī)的最低工作

12、電壓，單位（V） mc_mass=125; %定義電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量，單位：（kg） 圖7所示為能量存儲(chǔ)（電池）模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，根據(jù)功率總線(xiàn)的功率需求該模塊通過(guò)三個(gè)子模塊（電池組電壓/內(nèi)阻模塊、功率限制模塊和電流值計(jì)算模塊）計(jì)算出功率總線(xiàn)實(shí)際得到的功率，并通過(guò)SOC算法子模塊計(jì)算得到SOC值變化曲線(xiàn)。 電池組電壓/內(nèi)阻模塊（pack Vcc.Rint）。該子模塊輸入總線(xiàn)功率需求、SOC值和電池組溫度，根據(jù)SOC-溫度-電壓曲線(xiàn)和SOC-溫度-電阻曲線(xiàn)，計(jì)算出某時(shí)刻電池組的端電壓和內(nèi)阻。 功率限定模塊（limit power）。模塊根據(jù)電池組能提供的最大電壓和電機(jī)控制器要求的最小電壓來(lái)限定電池組的電壓

13、值。根據(jù)公式（E-U）U/r-0.1來(lái)求電池放電的最大功率，其中公式中E為電池開(kāi)路電壓，U為工作限值電壓，r是電池組內(nèi)阻，0.1是安全保護(hù)值，由電池SOC值、電池最大放電功率、允許放電功率的電壓限值得到電池組的輸出電壓限值。7 能量存儲(chǔ)（電池）模塊的仿真 電流計(jì)算模塊（compute current）.該模塊根據(jù)總線(xiàn)功率需求、電池的電壓和內(nèi)阻以及功率限定模塊中得到的功率限值，利用公式和（E-Umax）/r分別求電流限值，再進(jìn)行比較取較小值，此值為實(shí)際允許電流輸出。最后利用公式E-Icha r來(lái)計(jì)算此時(shí)的輸出電壓。電池模塊中需要定義的參數(shù)包括： ess_max_ah_cap=250 280 30

14、0; %定義電池容量隨SOC值隨溫度的變化 ess_r_dis=0.0419 0.0288 0.0221 0.014 0.0145 0.0145 0.0162;0.072 0.01515 0.00839 0.00493 0.00505 0.005524 0.005722;0.0535 0.0133 0.0082 0.0059 0.0059 0.006 0.0063; %定義電池的放電電阻，單位：（ohm） rrUUErEErrPEE2/)(42422 ess_r_chg=0.021 0.018 0.0177 0.0157 0.0138 0.0138 0.015;0.0124 0.0068 0.

15、005426 0.00442 0.00463 0.00583 0.00583 ;0.0104 0.0079 0.0072 0.0064 0.0059 0.0058 0.006; %定義電池的充電電阻，單位：（ohm） ess_voc=4.13 4.09 3.97 4.05 4.11 3.96 4.00;3.89 4.16 4.14 4.13 3.98 3.91 3.898;4.128 4.136 3.94 4.128 4.162 3.961 3.899; %定義電池的端電壓，單位（V）ess_min_volts=2*87; %定義電池的最小電壓，單位：（V）ess_max_volts=4.25*87； %定義電池的最大電壓，單位：（V） ess_module_mun=87； %定義電池的數(shù)量 ess_module_mass=9; %定義電池的質(zhì)量，單位：（kg） ADVISOR提供了并聯(lián)電輔助驅(qū)動(dòng)式控制策略（Parrallel Electric Assist）、自適應(yīng)控