基于GT-Drive的并联式HEV综合油耗仿真Simulation of Parallel HEV Fuel Consumption in NEDC
Cycle Based on GT-Drive
向巍杨正军
(长安汽车工程研究院CAE工程所重庆  401120)
摘要：本文介绍了在公司某款并联式混合动力电动汽车(HEV)开发中利用GT-Drive进行综合油耗仿真的过程。首先给出了该车的基本参数，然后在原型车简单油耗模型的基础上进行HEV建模，最后处理计算结果得到该HEV的综合油耗值。
关键词:DT-Drive  混合动力电动汽车(HEV)    综合油耗
Abstract：The simulation of NEDC FC using GT-drive，in the process of  Changan HEV project，is introduced in this paper. Firstly, the base parameter of this car is gi ven, then establish HEV FC model on the foundation of a simple model, lastly, got the value of NEDC FC processing the computer result.
私家车107Key words:DT-Drive    HEV      Fuel Consumption
1概述
随着石油资源的日益枯竭和环境的持续恶化，在可预见的未来传统内燃机汽车势必会被新能源汽车所替代。目前各大汽车公司及科研机构主要致力于包括纯电动汽车(EV)、混合动力电动汽车(HEV)、燃料电池电动汽车(FCV)的各种电动汽车的研发，其中HEV的各种性能参数基本能达到传统内燃机汽车的水平，正越来越多的出现在道路上。
本文介绍了在长安汽车某款并联式HEV 开发中，利用DT-Drive进行HEV综合油耗仿真的过程。
2 模型建立
2.1 并联式HEV理论模型
混合动力电动汽车(HEV)按构造的差异可分为串联式、并联式、混联式和复合式等四种型式，本文讨论对象为并联式HEV，其结构框图如图1所示。
图1  并联式HEV结构框图
2.2 仿真输入数据
团油app加油优惠真的吗该车是在原型车的基础上配备1.5L汽油机、电动/发电机、功率转换器和蓄电池组以及相应的传感器、控制器等组成。影响整车油耗的基本参数主要有整车质量、轮胎滚动半径、变速器速比、整车阻力特性等，基本参数见表1、变速器参数见表2。
表1  基本参数
整车参数轮胎参数
整备质量1450 kg 滚阻系数0.008+7.17e-5*v
基准质量1550 kg 滚动半径308 mm
风阻系数0.354 蓄电池组参数
迎风面积  2.36 m^2 额定容量  6.0 A*h
发动机参数额定电压144 V
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发动机排量  1.5 L 电动/发电机参数
怠速转速750 rpm 基速1500 rpm
最大转矩140 N*m 额定转速6000 rpmm5
最大功率67 kw 功率15 kw
表2  变速器参数
一档 二档 三档 四档 五档 主减 速比    3.56    2.01    1.32 0.94 0.78    3.89
效率 0.9 0.93 0.95 0.96 0.96 0.95
2.3 建立分析模型
DT-Drive中Kinematic计算模式根据用户输入的速度曲线和变速器档位反向求解发动机的转矩、转速等参数来满足该曲线，这种模式的主要特点是计算速度快，本次计算HEV的综合油耗就是采用的Kinematic计算模式。
该HEV具有怠速启停、制动能量回收、电机助力的功能，其仿真模型是在原型车油耗模型的基础上增
加控制模块以实现这些功能。图2中左边绿方框里为原型车油耗模型，右边红方框里为HEV油耗模型。在实现电池充放电、SOC计算、电机助力、制动能量回收等功能时模块较多，将实现某种功能的各个模块封装成集合，可以使主模型相对简洁。为了方便在计算过程中实时观察重要参数的瞬态值，在功能模块搭建完后，需增加若干监视器模块。也可同时增加SampledOutput模块采集重要参数的瞬态值。
图2  仿真模型
当满足一定条件时该车会回收制动过程中的部分动能，并将回收的能量存储在蓄电池组中。这些条件包括制动力矩必须大于某个值，蓄电池SOC小于1，车速大于某个值，离合器处于结合状态等等。同样的电池充放电、电机助力、怠速启停等也需要满足一定条件才能实现。各控制模型如图3、4、5、6所示
图3  制动能量回收控制模型
图4  充电控制模型
图5  放电控制模型
图6  电机助力控制模型
3 仿真分析
运行仿真模型，将SampledOutput模块采集的数据提取出来，绘制各参数随时间变化的曲线，
图7为NEDC 循环中车速、变速器档位、蓄电池SOC、ISG 转矩、发动机转矩、发动机转速随时间变化的曲线，图8为NEDC 循环中叠加到发动机万有特性图中的发动机各个时刻的运行点。
0100200300400500600700800900100011001200
0408012010020300400500600700800900100110120
0246
0100200300400500600700800900100011001200
0.3
0.40.5
0.6v e l o c i t y  [k m /h ]
g e a r  n u m .
T i m e  [s ]
S O C
20040060080010001200
040801200
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
低油耗车1200
-120
-80-400020040060080010001200
600
12001800240030003600
E n g i n e  T o r q u e  [N *m ]
I S G  T o r q u e  [N *m ]
E n g i n e /E M  S p e e d  [r p m ]
T i m e [s ]
图7  NEDC 循环中V 、g 、SOC 、T ISG 、T 、n 随时间变化曲线
从图7中可见ISG 转矩为正值时SOC 减小，此时ISG 为电动机模式，电机助力；ISG 转矩为负值时SOC 增大，此时ISG 为发电机模式，制动能量回收。除制动能量回收之外SOC 增大还有可能是由于发动机对电池组充电。
假定发动机给电池充电使SOC 增大10%，此后电机助力使SOC 减小10%，此过程前后SOC 平衡，但充电消耗的燃料比助力节省的燃料要多。因为燃料的化学能转化为电能存储在电池中再由电能转化为机械能驱动汽车的中间环节比化学能直接转化为机械能驱动汽车的中间环节要多，每个环节的效率均小于1，前者的总效率小于后者。图9 为HEV 的五档等速油耗曲线。3为无电机助力也不对电池充电时的油耗曲线，4为电机助力时的油耗曲线，1为发动机为电池充电时的油耗曲线，曲线2为曲线1、4的均值。曲线4和曲线1中电池电量增量的绝对值相同， 相当于电池助力耗掉的电量又由发动机充电补偿回来，由图中可见在任意车速下曲线2上的值总大于该车速曲线1上的值。
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