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10.16638/jki.1671-7988.2021.07.031
周媛媛
（沈阳理工大学，辽宁 沈阳 110000）
号选择与参数匹配。在A VL CRUISE 软件环境中搭建整车模型，进行信号连接，搭建控制策略。建立满负荷加速测试，稳态行驶测试，爬坡度测试，循环工况测试共四个计算任务，比照前期设定的期望达到的目标进行简单地分析，证明了文章所设计的混联式混合动力汽车的性能是符合标准的。 关键词：混联式；混合动力；AVL CRUISE ；仿真分析
中图分类号：U467 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)07-94-04
Simulation and Analysis for Hybrid Vehicle
Zhou Yuanyuan
( Shenyang Ligong University, Liaoning Shenyang 110000 )
Abstract: Based on the parameters of hybrid electric vehicle and its power performance and economic requirements, this paper selects model and parameter of the main components of the power system. Building the vehicle model in the A VL CRUISE, connecting signal and set up the control strategy. Then it establishes four calculation tasks: Full Load Acceleration, Constant Drive, Climbing Performance and Cycle Run. Comparing with the expected goal set in the previous period, it takes a simple analysis. It is proved that the performance of the hybrid hybrid electric vehicle designed in this paper is meet the standard.
Keywords: Split hybrid electric vehicle; Hybrid; A VL CRUISE; Simulation analysis CLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)07-94-04
引言
21世纪汽车技术发展的重要方向就是节能和环保，混合动力汽车既有传统汽车优良的动力性，又有电动汽车良好的净排放特性，是汽车市场的主流产品。
本文主要利用 A VL CRUISE ，通过对混合动力汽车的参数匹配，对车辆性能进行动力性和经济性仿真分析。A VL CRUISE 是一款可以对汽车的主要性能进行仿真的软件，它可以通过设定工况与任务，对车辆的百公里燃油消耗量、最
大爬坡度、百公里加速时间、最高车速等动力性以及经济性
的性能指标进行仿真计算，以便后续的分析工作[1-2]。
1 混合动力汽车参数匹配
1.1 整车基本建模参数及目标性能参数
论文的参数匹配，首先需要对各动力总成的参数进行合理计算。具体参数如表1所示。
表1 整车参数表
作者简介：周媛媛（1995-），女，学生，就读于沈阳理工大学，研究方向：车辆系统动力学与控制。
周媛媛：基于CRUISE 的混合动力汽车仿真分析
郑州电动汽车
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本文研究的混合动力汽车期望达到的性能目标如表2所示。
表2 整车性能目标
1.2 整车动力系统参数匹配
1.2.1 发动机参数匹配
发动机参数的计算要满足巡航行驶和爬坡能力的要求。 具体的计算过程如下[3-4]：
（1）当以巡航车速在道路上行驶时，需要满足的功率P 1计算如下：
（1）
其中v 为定速巡航车速。 （2）满足爬坡要求的功率P 2：
（2）
发动机功率需满足。最后确定发动
机参数如表3所示。
表3 发动机参数
1.2.2 电动机参数匹配
根据对电机的要求，本文选用永磁电动机。永磁电动机具有响应速度快，整体性能好的特点。
电动机的最高功率，需要以纯电动模式下，汽车能够达到的最大速度，以及车辆低速行驶时可以行驶的坡度为依据，具体的计算过程如下：
（1）在纯电动模式下，汽车最多可以行驶5km ，最高车速可达70km/h ，将数值带入式1，P 1=6.56kw 。
（2）电动机要满足爬坡能力的要求，将车速1km/h ，最大爬坡度20%代入式2中P 2=kw 。电动机功率应满足：
。
电动机的参数如表4所示。
表4 电动机参数
1.2.3 发电机参数匹配
发电机的功率与发动机有关，首先计算发动机的转动惯量：
（3）
式中I 为发动机转动惯量，m e 为发动机质量，r e 为气缸半径。
初步选定电机基速为2000r/min 。则发电机的转矩T 应满足：
（4）
n idle 为发动机怠速转速（1000r/min ），发动机的峰值功率P generator 可根据式5计算：
（5）
ωb 为发电机基速。
最后得到发电机的主要参数如表5所示：
表5 发电机参数
1.2.4 电池组参数匹配 （1）氢镍电池个数的计算
电池组所需功率，要以满足电动机的功率为依据，具体的计算过程如式6所示：
（6）
式中P s 为电动机正常工作所需功率，P m 为电动机功率，η为工作效率。
单体氢镍电池的电压为1.2v ，一般6个为一组，每组电压为7.2v 。
单体电池的个数可由动力电池所需功率除以单体电池功率求得，如式7：
（7）
式中P b 为单体氢镍电池功率
（8）
汽车实用技术
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式中n s为单体电池个数，最后取单体氢镍电池为192组。（2）氢镍电池电量计算
除了要满足电动机的功率需求，电池组的功率还应该满
足混合动力汽车在纯电动模式下，能够进行低速巡航的要求。具体的计算过程如式9、式10所示[5-6]：
（9）
（10）
式中v e为汽车纯电动低速巡航车速，Q为蓄电池的容量，Q b为蓄电池电能，U b为工作电压，S H、S L为SOC上下限值，P B为满足纯电动低速巡航的功率，L为纯电动续航里程。
将结果取整，则Q=27Ah，根据以上的计算可知n s=192，由于本文所研究的混合动力汽车是混联式结构的，所以将192个单体电池分为3组，每组64个，将这64个电池串联，组成3组电池组，再并联。最后得到的电池组基本参数如表6所示：
表6 基本参数
2 CRUISE仿真模型搭建
A VL CRUISE可以进行车辆各系统的试验研发。软件采用拖拽式方法搭建模型，所以拥有高效的模型搭建的优点。除此之外，CRUISE软件在进行仿真分析后，输出的结果非常直观明了。另外，软件还提供了与各种程序编辑软件的连接口，包括MATLAB/SIMULINK、C语言等常用的软件，实现软件之间的高效连接。
利用仿真软件对车辆的形式特性进行分析，搭建出正确的模型，首先要拖出各个需要的部件模块，确定好位置再进行各组件间的机械、电气和信号连接，如图1所示[7-8]。
图1 信号连接
将各个元件的参数输入到对应的整车模块里，组成正确的整车模型，如图2所示。
图2 建立整车模型
3 整车性能仿真分析
3.1 动力性能仿真分析
3.1.1 百公里加速时间
百公里加速时间是由Full Load Acceleration任务计算得出的。在Task Folder中添加该任务，选择热车启动，不考虑轮胎的滑移现象，运行计算任务得到的结果如图3所示：
图3 全负荷加速时间表
由图3可知，汽车全负荷加速到100km/h所用的时间为17.65s，略小于18s，满足前期的设计目标。
3.1.2 最大爬坡度
再次添加任务，在A VL CRUISE的Climbing Performance 仿真任务中，设定Hot Start-steady state（车辆热启动）和without slip（不考虑滑移），Drive与Course同样选择standard 模式，运行任务，得到的结果如图4所示：
图4 速度-爬坡度图
根据图4可知，车辆在车速区间为0~40km/h时爬坡性能比较好，而在40km/h以后爬坡性能有很大的下降。在车速为30km/h时，车辆的最大爬坡度约为21%，大于前期所
周媛媛：基于CRUISE 的混合动力汽车仿真分析
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设定的爬坡度目标（20%），所以符合最初的设计目标。
3.1.3 最高车速
在软件中添加Constant Drive 仿真任务中，设定Start- steady state （车辆热启动）和without slip （不考虑滑移）等条件，Driver 与Course 依然选择standard 模式，运行后的得到的结果如图5所示：
图5 最高车速任务结果
由图5可知，本文设计的混合动力汽车的理论最高车速为156.58km/h ，实际最高车速为155.00km/h ，均远远大于120km/h ，完全符合开始的设计目标。 3.2 经济性能仿真分析
根据汽车理论的知识，一般以百公里油耗作为燃油经济性的评价指标。运用CRUISE 软件进行燃油经济性的仿真时，需要设定路况。
在A VL CRUISE 中，提供了很多标准的行驶工况，零件库中工况包括：
（1）NEDC （New European Driving Cycle ）； （2）UDC （Urban Driving Cycle ）； （3）EUDC （Extra Urban Driving Cycle ）； （4）FTP 75（the Federal Test Procedure ）； （5）Highway （US Highway Driving Cycle ）。
本文选用NEDC 工况，在搭建好的车辆模型里添加Cycle Run 任务，在工况库中选择NEDC 工况。
设定任务中的Driver 与Course 全部选择standard （标准）模式，确认无误后进行计算，计算结果如图6所示：
图6 经济型的计算结果
根据图6可以看出，本文所设计模型的百公里燃油消耗量为1.31L/km ，远远小于最初设计目标的5.6L/km ，完全符合设计目标。
4 结语
（1）以某款混合动力汽车的整车参数为参考，以混合动力汽车的性能设计指标为前提，制定相应的参数匹配方案，建立各参数之间的耦合关系。从性能角度出发，确定各参数的取值，并确定电机的类型、电池的组成和传动系统的传动
比。
（2）在A VL CRUISE 软件环境中搭建整车模型。将计算好的参数输入进动力部件，按照逻辑对各部件进行电气、机械、信号连接，正确搭建混合动力汽车模型。
（3）添加计算任务进行仿真分析。利用Cycle Run 等计算任务进行动力性和经济性的仿真，计算得出动力性三大性能指标以及经济性能指标（百公里油耗）的数值。将计算所得数值与前期设定目标进行对比，得出本次对混合动力汽车的仿真达到了前期要求的结论。
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