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基于ADVISOR的混合动力汽车正向仿真平台 |
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作者：王庆年 曾小华 吴强华 王伟华 |
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摘要：本文基于国内已经得到广泛应用的ADVISOR 软件，开发了以满足课题需要的混合动力汽车前向仿真平台CHEV2002。完成了利用MATLAB/Simulink 和虚拟现实工具箱来自主开发混合动力汽车仿真平台的初步尝试。
关键词：ADVISOR 混合动力汽车 计算机仿真 虚拟现实工具箱 SIMULINK
1 引言
混合动力汽车（HEV, hybrid electric vehicle）是指用多于一种的能量转换器（一般是内燃机和电动机）来提供驱动动力的混合型电动汽车。在燃料电池技术取得革命性突破以前，混合动力技术是解决汽车节能和环保问题的最佳方法，因而成为现在汽车领域研究的热点。
目前，混合动力技术已成为国家高技术研究发展计划——“863 计划”的重大专项课题，因此，开发混合动力汽车仿真平台对研究混合动力汽车是极其必要的。在本课题进行之前，已经对由美国再生能源实验室（NREL）针对PNGV计划开发的混合电动汽车仿真软件ADVISOR 进行了深入的研究，并应用其对整车的动力源参数匹配及控制策略参数等方面作了比较细致的工作。随着课题深入进行，发现由于ADVISOR 只是双向仿真，不能完全反映实际情况，为了自主开发的需要，我们在掌握ADVISOR 的基础上，开发了基于前向模拟仿真的软件CHEV2002。该软件是为了配合实际课题，通过与试验对比确定各相关参数，然后按实际驾驶员开车情况，也是课题第一轮试验的实际要求为背景下，我们开发了该正向建模仿真软件。
2 利用MATLAB/SIMULINK 进行混合动力汽车的建模
仿真模型是进行仿真的核心，图形用户界面（GUI）是为方便用户设定参数及观察仿真结果而作的工作。所以首先要根据实际课题的要求，建立起初于驾驶员油门输入的前向模型。所建立的SIMULINK仿真模型如图1 所示。
图1 Simulink 正向仿真模型
整个模型以驾驶员踩下的油门开度和制动踏板开度作为输入。整车控制策略模块接收输入信号，然后根据用户确定的控制策略对驾驶员要求的功率（即反应路况情况）进行分配。输出信号包括离合器信号（控制离合器接合或分离），发动机信号（发动机扭矩与最大扭矩的比值即发动机负荷率和发动机开关命令状态）和电机信号（电机负荷率和电机的开关命令及电动或发电命令）。发动机分支根据要求的输出扭矩，结合当前发动机的工作情况，输出当前发动机实际能提供的扭矩。电池+电机分支亦然。扭矩合成装置负责将发动机提供的扭矩和电机提供的扭矩进行合成，并将合成后的扭矩值送给变速箱模块，经过变速处理后再传给后桥，车轮，最后计算汽车速度。还可在发动机模块中对发动机的油耗进行计算。
油门及制动踏板开度的输入可采用SIMULINK/ Sources 模块库里的Repeating sequence 模块，双击模块，将其time values参数设为Tsim，将Output values 设为throttle。用户也可以通过后面所建立的界面对这两个变量进行设置。如果输入值为正，表示油门输入；输入为负，表示制动踏板输入。输入为要求值与极限值的比值，其范围为–1 到1。将上面所建立的顶层模块命名为auto_par.mdl。
3 仿真平台人机交互界面制作
3.1 仿真平台的引导界面Chev_fig
如图3 为利用MATLAB/GUI 建立完的CHEV 的引导界面，它通过MATLAB 的GUI 设计并产生两个文件：chev.fig 和chev.m，用户通过对.fig 文件进行外观设计，使用.m 文件进行功能编程。将axes 对象拖拽到设计区，调整大小使其与设计区一致，并在右侧添加的三个按钮，如图2 所示。各按钮的具体编程及相关参数的配置和引导详细讨论参见文献[1]。
图2 利用GUI 设计引导界面
图3 制作完的CHEV2002 引导界面
3.2 参数输入及修改仿真界面Gui_input_fig
制作完的仿真界面如图4 所示，基本实现了与ADVISOR 相似的功能[2]，具体为：
图4 制作完成的CHEV2002 参数输入界面
(1) “油门及制动踏板开度输入”栏中可输入时间点及相对应的油门或制动踏板开度，右边的油门—时间曲线会根据用户的输入相应地发生改变。
(2) “汽车仿真参数设置”一栏可用于修改仿真总成变量。例如，单击发动机弹出菜单可以选择相应的发动机类型。同样也可通过单击车型弹出菜单选择不同的车型。
此外，还可方便地利用“参数修改”栏查看及修改部件的参数，仿真将按修改后的参数进行。此外，如单击“总成名称”按钮，可察看部件的.m 文件以及此文件对应的部件特性如图5 所示。
图5 CHEV2002 察看发动机特性的界面
(3) 界面顶端的菜单项可以实现打印，关闭，拷贝图形，帮助，存储以及载入用户自定义汽车等基本功能。如图6。
图6 CHEV2002 菜单项
(4) 界面右下方的按钮，可以实现运行仿真、 察看并修改仿真模型、帮助等相关功能。
3.3 仿真平台的结果界面Resultfig
结果界面如图7。其基本功能为：
图7 CHEV2002 的结果界面
(1) 左边上部允许用户选择及察看变量随时间的变化曲线。
(2) 单击右侧“重现仿真过程”，系统以动画及各种测量仪表形式将仿真过程以较慢速度进行重放。如图8 所示。图中的汽车将随仿真车速变化，即仿真的汽车速度增加时，它的移动速度也增加；汽车因为制动停止时，它也会停止。而图9 的汽车速度表，SOC 表以及时间，档位也会随着仿真的进行而发生改变。
图8 CHEV2002 重现仿真过程动画
图9 CHEV2002 重现仿真过程动画（仪器仪表）
(3) 图7 下部显示仿真所对应的部件名称。
(4) 图7 上部的菜单项可实现储存、载入仿真结果及帮助等功能。
4 结论
通过对ADVISOR 软件的学习和改造，本文设计了满足课题实际要求的HEV 仿真软件平台，即包括对HEV 正向建模及用户输入界面的制作，到目前为止，该仿真平台结合实际台架试验一起运行，而且运行可靠，比较真实反映实际，基本完成了目前国内自主开发HEV仿真平台的初步尝试。
参考文献
1 吴强华. 串联混合动力城市客车若干关键问题的研究[D]. 长春：吉林大学汽车工程学院，2003.
2 曾小华. 军用混合动力轻型越野汽车动力总成匹配控制策略研究[D]. 长春：吉林大学汽车工程学院，2002.
3 陈清泉，孙逢春. 混合动力车辆基础[M]. 北京：北京理工大学出版社，2001.(end)
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(5/18/2005) |
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