10.16638/jki.1671-7988.2018.17.001
黄凯，邱焕尧，王宏朋
（长安大学汽车学院，陕西西安710064）
摘要：文章以某汽车公司设计的纯电动汽车EV01为基础，研究开发适用整车控制策略，以提升纯电动车整车性能。文章首先对纯电动车动力装置进行分析，再确定整车的驱动控制策略、能量管理策略、安全管理策略，最后利用A VL CRUISE软件搭建整车模型，应用MA TLAB/SIMULINK搭建控制模型，分别对增加整车控制策略及不加控制策略进行联合仿真，分析整车的加速性能、最高车速、爬坡性能、续航里程的变化，确定整车控制策略的优越性。关键词：纯电动汽车；整车控制策略；整车性能
中图分类号：U469.7 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2018)17-01-04
Research on vehicle control strategy of pure electric vehicle based on Cruise
Huang Kai, Qiu Huanyao, Wang Hongpeng
( Automobile Chang'an University, Shaanxi Xi’an 710064 )
Abstract: Based on the pure electric vehicle EV01 designed by a car company, this paper researches and develops vehicle control strategy to improve the performance of pure electric vehicle. The article first analyzes the power plant of pure electric vehicle, and then determines the driving control strategy, energy management strategy and security management strategy of the whole vehicle. Finally, the whole vehicle model is built with the A VL CRUISE software, and the control model is built with MA TLAB/SIMULINK, and the combined simulation of the control strategy and the non control strategy is carried out respectively. To analyze the acceleration, maximum speed, ramp and mileage of the vehicle, and to determine the superiority of the vehicle control strategy.
Keywords: pure electric vehicle; vehicle control strategy; vehicle performance
CLC NO.: U469.7 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2018)17-01-04
引言
目前我国面临环境污染和能源紧缺两大危机，而新能源汽车的迅速发展能有效解决这一问题。纯电动汽车作为新能源汽车的重要组成部分之一，其整车控制策略是评价电动车性能的重要指标。
1 动力装置及控制系统分析
纯电动汽车动力系统主要由电机、电机控制器、传动系统及车轮组成。能源管理系统由电池包、电池管理系统等组成。并且纯电动汽车与燃油车类似由车身、传动系、底盘、电子电气设备四大结构组成。相对燃油车车而言，纯电动车有储能机构，多采用超级电容、飞轮等储存电能，制动时还可以进行能量回收。
2 纯电动车整车控制策略研究
为使整车的驱动系统、能量管理及安全管理达到最优性能，整车控制策略无疑是整车控制系统的核心。
时风电动汽车报价作者简介：黄凯，就读于长安大学汽车学院。
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汽车实用技术
2 2.1 整车驱动控制策略研究
本文的驱动模式根据电动车的运转状况分为车辆启动模式，起步模式，正常行驶模式，制动能量回收模式，空挡模式，跛行回家模式。
根据电机驱动特性知电机转速在基速以下时以恒转矩输出，高于基速以恒功率形式输出。如图2所示，红分界线即为电机输出分界线。
图2 电机驱动特性
整车驱动控制策略的系统结构图如下图3所示：
图3 整车驱动控制策略系统的结构图
框图中：T exp (t )——整车控制器期望输出转矩（Nm ）； T out (t )——电机实际输出转矩（Nm ）；F r (t )——运动阻力（N ）；T wh (t )——车轮转矩（Nm ）；v (t+1)——车辆速度（km/h ）； SOC ——电池荷电状态（%）；Brk (t )——制动踏板信号；θ(t )——加速踏板开度（%）。 2.2 能量管理控制策略
整车能量管理的策略原理如下图4所示。当汽车上电启动后，电池供电满足车上供电设备需求；当电池
SOC 值低于某值时，整车控制器向仪表发送信号点亮仪表指示灯；当汽车在制动及减速工况下，电机此时作为发电机将制动能量回收储存于动力电池中。
图4 电池能量管理策略原理图
在起步和正常行驶工况下，电池组向电机供应电能进而使电机工作。车辆在减速或刹车制动的状态中，电机反转产生再生力矩进而为电池充电[2]。因此使动力电池能量得到高效而经济的使用，提升车辆一次充电续航里程并满足电池的使用安全性要求是能量管理策略的目标。 2.3 安全管理控制策略
本文将汽车故障分为三级，一级为严重故障，此时车辆必须断开高压电并靠边停车；二级为较严重故障，此时整车控制器主要对电机的输出功率进行限制，以保证车辆可正常低速行驶至修理服务区；三级为提示性故障，一般向驾驶人提供警报或仪表提示等。对于本文研究用车，出现故障的可能为电池故障，电机故障，整车故障，绝缘故障等其他故障，对于故障处理首先按照整车控制器等级故障划分处理，如果同时发生多个故障，将按照最高级处理。以此保障整车安全
高效的运转。
3 整车控制策略联合仿真试验研究
本文选用某款纯电动轿车整车参数如表1所示。
表1 纯电动车整车参数
整车参数在A VL CRUISE 中搭建整车模型，根据动力结构在工作区添加整车、电机、电池、减速器、车轮等并进行相应的机械连接、电气连接、CAN 总线信号连接根据，搭建好的整车模型如图5所示。
图5 纯电动整车仿真模型
根据整车性能及功能需求和上文分析的控制方法，利用MA TLAB/Simulink 相关模块，进行控制策略模型的搭建[4]。其中左边部分是控制策略输入部分，是从CRUISE 软件模型采集的实车状态信号，分别为加速、制动踏板信号，车速信
号，电池SOC ，电机转矩信号等；中间部分为信号处理的子系统模块；右边部分为输出部分，这些信号用于CRUISE 模
黄凯 等：基于cruise 的纯电动车整车控制策略研究
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型中电机模块或其他模块的信号连接。
控制策略部分Simulink 模型如图6所示。
图6 控制策略部分Simulink 模型
整车驱动电机控制模块如图7所示，整车控制器通过该模块实现控制电机输出转矩的大小。即控制电机跟随整车能量求，分配电机最佳转矩，尽可能经济增加整车续航里程，并在制动时判断是否满足再生制动条件进而进行制动回收能量，以最大程度提高整车的能量利用率和增加续航[3]。
图7 整车驱动电机控制模块模型
3.1 联合仿真结果及分析
动力性能可以在不同程度上可以说明出该汽车的整体性能情况。车辆的动力性评估指标如下：汽车的最高车速，预定车速加速时间以及一定速度的最大爬坡度等。然而CRUISE 仿真软件通过Calculation Center 计算模块精确计算出整车要求动力性、经济性能仿真任务，结果查询一般在Result Manager 文件的message 和Task 相应任务文件中，还包含了仿真前设置的一些参数。
3.1.1 最高车速仿真结果及分析
在A VL CRUISE 的Constant Drive 模块建立最高车速任务仿真时，忽略坡度阻力与加速阻力，同时该计算任务必须在车辆满载的条件下仿真，仿真结果如下图8所示。
图8 最高车速仿真结果文件
从仿真计算结果文件能够看出，纯电动车联合仿真所能达到的最大速度为110km/h ，对应电机转速为5981.09r/min ，满足并达到整车性能所设定最大车速100km/h 的设计目标。
3.1.2 加速性能仿真结果及分析
在A VL CRUISE 的Full Load Acceleration 仿真任务中，速度选择从0km/h 时开始加速，加速区间选择从0到110，最小间隔为10。然后将其他设置全部调好进行计算仿真，两个模型仿真结果如图9、10所示。
图9 未加控制策略加速性能仿真结果
图10 加入控制策略加速性能仿真结果
对比两个仿真结果可知最高行驶车速均为110km/h ，我们发现在车辆仿真未加入控制策略的图9中车辆从静止到50km/h 用时7.15秒，而在车辆仿真加入控制策略的图10中车辆从静止到50km/h 用时6.39秒，车辆加速性能明显提升，
体现了整车控制策略的实用与优越性。
3.1.3 爬坡性能仿真结果及分析
在A VL CRUISE 仿真软件中利用Climbing Performance 模块进行爬坡度仿真计算，爬坡时采用一档爬坡，车辆设置满载状态，其他参数设置完毕两种仿真结果如下图11，12所示。
图11 未加控制策略爬坡性能仿真结果
计算结果显示，在车辆未加入控制策略的图11仿真结果中，车辆最大爬坡度未达到整车设置指标最大爬坡度30%的要求，而在车辆加入整车控制策略的图12仿真结果中，车辆
汽车实用技术
4 的最大爬坡度达到30.64%，符合整车爬坡性能设置指标要求，充分体现控制策略在爬坡性能控制转矩输出的实用性[5]。
图12 加入控制策略爬坡性能仿真结果
3.1.4 续航里程仿真结果及分析
按照国家标准，需在满电状况下研究纯电动车的续驶里程。本研究课题研究汽车在车速50km/h 工况下的最大续航里程。在此任务仿真中，首先因为A VL CRUISE 的Cycle Run 模块无自带的匀速行驶工况模块，因此必须先修改profile 文件下的路况，建立50km/h 的匀速工况，如下图13所示。
图13 50km/h 匀速仿真工况
纯电动汽车在匀速仿真工况时热启动、不考虑其转向和滑移等情况。其余参数设置完毕后，两种耗电量仿真结果如图14，15所示。两种耗电量结果很明显体现控制策略的优越性，根据等速续航公式可得出，未加控制策略车辆50km/h
匀速仿真续航里程为156.1km ，加入控制策略车辆50km/h 匀速仿真续航里程为164.3km ，续航里程对比可以说明，该控制策略可以有效的增加该车的续航里程。
图14 未加控制策略百公里耗电仿真工况
图15 加入控制策略百公里耗电仿真工况
4 总结
本课题研究以某汽车设计公司开发的纯电动车EV01为研究对象，对于提出的整车性能设置指标为出发点，以整车控制策略开发研究为目的，最后应用A VL CRUISE 仿真软件建立整车仿真模型，以联合仿真形式验证车辆在加速性能，爬坡性能，以及匀速续驶里程不仅满足整车性能设置指标要求而且都有明显提升，验证了该控制策略的实用与优越性。
参考文献
[1] 董相军.基于Cruise 的混合动力电动客车仿真研究[D].长安大
学,2014.
[2] 陈清泉，孙逢春，祝嘉光.现代电动汽车技术[M].北京：北京理工大
学出版社,2002:26-38.
[3] 华梦新.纯电动车整车控制策略的研究[D].哈尔滨工业大学,2010. [4] 刘浩，韩晶.MA TLAB R2016a 完全自学一本通.电子工业出版社,
2016.
[5] 纯电动轿车整车驱动控制策略开发实践.窦国伟，刘奋，程浩等.新
能源汽车[J].2010.8-13.
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