泛亚汽车技术中心 王晓明
（上海市龙东大道3999号，201201）
〔摘要〕应用Cruise建立了混合动力轿车整车模型，并进行仿真计算。在NEDC循环工况下进行了燃油经济性试验，对比仿真与试验的过程参数如车速、发动机转速、档位等信号物理量值及其变化趋势，优化仿真模型，最终仿真计算得到可靠的油耗和动力性能结果。研究中将整车模型结合Matlab/simulink建立的控制策略模型实现联合仿真，并对控制策略进行优化，对控制参数进行标定，从而得到合适的混合动力轿车的油耗和动力性能。在混合动力轿车的研究和开发中，仿真计算在动力系统结构、部件性能指标和参数匹配方面，在混合动力控制策略研究开发方面都会发挥重要的作用。
〔关键词〕 混合动力轿车 仿真 控制策略
应用软件：CRUISE, MATLAB/Simulink
0 引言
在混合动力汽车的开发过程中，降低开发成本和提高开发效率是研发人员必须面临的挑战之一。为充分
发挥混合动力系统在油耗、排放及其他性能方面的优势，应选择合适的系统结构并进行参数优化匹配。如果采用实车进行匹配和试验将会大大提高开发费用和开发周期，仿真将是解决此类问题的重要方法和手段。建立混合动力汽车模型，进行系统性能仿真分析，在此基础上可以选择合适的动力系统匹配方案，确定优化的整车和零部件性能指标和参数。
混合动力汽车的关键技术之一就是控制策略的研究和开发，各个混合动力汽车生产公司和研究单位都具有自主开发的控制策略。在控制策略的研发过程中，仿真作为一种研究方法正在发挥日益重要的作用。在应用仿真进行控制策略研究开发中，Matlab能够灵活高效地建立控制系统仿真模型，结合整车模型，实现联合仿真，从而对控制策略进行开发并优化。在控制系统开发流程中，仿真的三个主要节点是离线仿真，快速原型和硬件在环仿真。本文主要介绍在混合动力轿车开发中，我们在离线仿真方面开展的一些工作。
1 混合动力轿车整车仿真
由于混合动力轿车是在原型车平台上重新设计开发的，因此我们先对原型车进行了整车油耗以及动力性能的仿真。通过与试验进行对比分析，完善和优化整车各子系统模型，为进行混合动力轿车的仿真提供可靠的整车平台。
1.1 整车油耗和动力性能仿真和试验对比
基于整车性能仿真软件Cruise，建立了原型车整车模型，能够进行整车动力性能和经济性的仿真分析。整车模型包括车辆、动力总成、传动系等主要模块，车辆及其部件的参数尽量做到准确翔实。为了更接近实际车辆，考虑更多因素对油耗和动力性能的影响，建立了液压助力转向、发电机、风扇、液力变矩器控制（TCC）等模块，并从机械、电子、数据总线等几个方面对输入输出数据进行了连接。模型中考虑了冷起动，通过修正系数曲线来修正冷起动的燃油消耗，该修正系数由相当数量的冷/热起动燃油经济性及排放试验对比得到。原型车采用了液力变矩器（Torque converter），在模型中加入了离合器控制模块，将液力变矩器的锁止和分离特性反映在驾驶循环中，以便于得到更加真实的油耗和动力性能指标。在模型中还建立了发电机/蓄电池/电器附件等模块，通过发电机策略的描述，尽量真实地反
映发电机/蓄电池/电器附件的工作状态。对液压助力转向、风扇等模块的建立也是为了使结果更加真实可靠。车辆模型见图1。轿车油耗
图1 原型车整车模型
为了得到高可靠性的模型，在相同的NEDC循环工况下，将试验结果与仿真结果进行对比。以试验结果为基准，逐步完善和优化整车模型，将仿真结果中主要信号尽量接近试验结果，从而保证仿真结果准确可靠。仿真与试验结果对比可以见图2，图3。图中上半部分为应用VehicleSpy工具采集的数据（NEDC驾驶循环工况），下半部分为应用Cruise仿真软件计算得到的结果。从两者的过程参数对比可以看出，试验数据和仿真结果基本一致，表明整车的模型可靠，仿真计算结果可信度较高。
从表1中可以对比仿真计算结果与试验结果，仿真结果与试验结果基本吻合，说明现有的仿真方法和车辆模型可以较真实的反映实际的情况，设计时可以用仿真方法对汽车进行动力性能和经济性能的预测，并且优化整车和各部件。
表1 仿真与试验结果对照表
NEDC (L/100Km) UDC (L/100Km)EUDC
(L/100Km)
最高车速(Km/h) 0-100Km 加速性能 （S） 试验结果9.819 14.297 7.245
200 11.04 仿真结果9.5 13.20
7.35 205 10.88
2 基于联合仿真的混合动力控制策略研究
泛亚汽车技术中心在整车平台上，匹配了BAS(Belt Alternator Starter)轻度并联混合动力系统，开发低成本、高可靠性和高性价比的混合动力轿车。应用仿真对控制策略进行研究并优化，是行之有效的技
术路线。混合动力系统控制策略涉及了发动机控制，电机控制和车载动力电池系统的能量管理等各方面问题，在控制系统设计的初级阶段，建立整个混合动力系统模型并通过计算机仿真进行控制策略研究是非常必要的。本文运用整车仿真软件Cruise 建立整车模型与Matlab\Simulink 建立的整车控制器模型联合仿真，进行控制策略的研究和优化。
在CRUISE 中建立整车及各部件模型，各部件均采用实车参数。整车模型见图4. 用Matlab\Simulink 建立整车控制器模型，在Cruise 中将车辆驾驶需求（加速踏板、制动踏板压力、档位等）信号和车辆行驶信息（车速、转速、电池电量等）通过接口模块输出到控制策略模型，整车控制器模型识别驾驶员的动作及当前各部件和车辆的状态，并依据输入条件划分控制模式，进入不同的控制模式后，由算法设计进行能量分配，向发动机和电机及其
他部件发出控制指令，将输出量（发动机负荷、电机负荷、发动机启停等）通过指定模块输出到Cruise，这样形成闭环的仿真模型。这就是整车模型与Matlab\Simulink 建立的整车控制器模型进行联合仿真的基本思路。
图4 混合动力轿车整车模型
在欧洲循环工况标准下，对混合动力控制策略进行了仿真研究。仿真初始时，设置电池SOC 为70%。仿真软件可记录所有部件在行驶过程中各种参数变化情况。仿真结果见图5、6。
图5 发动机扭矩，电机扭矩随车速变化
发动机扭矩 电机扭矩
车速
图6 发动机的起停信号随车速变化
从图5中可看出混合动力控制策略在车辆加速时让电机助力，制动时让电机回馈给电池充电，充电电流明显小于放电电流，这种控制考虑到了电池安全。图6是发动机起停情况显示，从图中可看出在车辆停止时发动机关闭，起动时电机起动发动机。未出现起停状态短时间内多次切换，发动机起停合理，确保了驾驶平稳。
在欧洲市区行驶工况下，原型车发动机运行点分布图和混合动力轿车发动机运行点分布图如图7和8所示。图中深区表示发动机工作点密集区。从这两个图可看出，混合动力车的发动机运行点明显向中高负荷的高效区移动，图7中有一箭头所指深区在怠速转速零负荷处，说明原型车发动机经常在怠速状态下运行。图8中还有一箭头所指深区在零转速处，
这说明混合动力车相当的一部分运行时间发动机是停止的。
图7 原型车发动机运行点分布 发动机起停指令发动机负荷信号车速
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