關于ADVISOR的純電動模塊介紹

1、ADVISOR(Advanced Vehicle Simulator)高級車輛仿真器是美國國家可再生能源實驗室開發(fā)的一款著名的電動汽車仿真軟件。主要用于EV、HEV及FCEV的仿真研究工作，同時兼具對CV的仿真功能。其內部程序由模塊化的MatlabSimulink語言編寫而成，提供了多種可供選擇的電動汽車整車模型及靈活可修改的部件模型庫。可對選定車輛的整車燃油經(jīng)濟性、排放、加速時間、最大爬坡度等進行仿真計算，并且能與其它多種軟件共同仿真。人性化的GUI操作界面大大簡化了用戶的操作難度。通過修改部件模型或控制策略，還可實現(xiàn)對特定車型的優(yōu)化計算。目前已成為電動汽車仿真研究首選的工具。基于基于ADV

2、ISOR的純電動汽車仿真模型的建立的純電動汽車仿真模型的建立 對于純電動汽車ADVISOR設計了整車(Vehicle)、車輪車軸(WheelAxle)、主減速器(Final drive)、能量儲存系統(tǒng)(Energy Storage System，簡稱ESS，用于存儲電能的設備，如蓄電池)和電動機(Motor)可控制策略等多個部件的仿真模型 （圖）所示。1循環(huán)仿真工況的選擇循環(huán)仿真工況的選擇 （運行界面如圖1）ADVISTOR提供了道路循環(huán)（Drive Cycle）、多重循環(huán)（Multiple Cycle）和測試過程（Text Procedure）三種仿真工況來仿真車輛的性能。 道路循環(huán)提供了C

3、YC_ECE、CYC_FTP和CYC_1015等56中國外標準道路玄幻提供用戶選擇，另外提供了行程設計器（Trip builder）可以將多達八種步通的道路循環(huán)任意組合在一起，綜合仿真車輛的性能。 多重循環(huán)功能可以用批處理的方式以相同的初始條件，快速計算和保存不同的道路循環(huán)情況下的仿真結果，并將它們顯示在一起，供用戶進行比較。 測試過程包括TEST_CITY_HWY和TEST_FTP等八個國外標準的測試過程供用戶選擇。2車輛模塊的仿真車輛模塊的仿真 如圖2所示，ADVISOR中車輛模塊的輸入量為仿真步長結束時的速度和系統(tǒng)可提供的驅動力和線速度，根據(jù)車輛驅動力與行駛阻力平衡方程（滾動阻力、坡度阻

4、力、空氣阻力和加速阻力模塊）得到輸出量，即車輪所需要的驅動力和速度。 車輛模塊中需要定義的參數(shù)包括： veh_description=CA6700 Vehicle; %定義汽車描述變量 veh_CD=0.56; %定義風阻系數(shù) veh_FA=5.35； %定義迎風面積，單位：（m2） veh_cg_height=0.735; %定義質心高度，單位（m） veh_front_wt_frac=0.4; %定義前軸荷占整車質量的百分比 veh_wheelbase=3.935; %定義軸距，單位：（m） veh_glider_mass=3190; %定義車輛滑行質量（kg） veh_cargo_mas

5、s=1950; %定義最大裝載質量（包括乘員），單位：kg2.1行駛阻力模型行駛阻力模型 行駛阻力模型，即整車動力學模型。它是在向后仿真中以工況車速為輸入，以所需牽引力和車速為輸出，在向前仿真中，以可以得到的實際牽引力為輸入，并在此模型中計算出實際可以得到的車速。其整車動力學模型如圖2.1所示。 實際車速將作為跟蹤車速與目標車速進行對比，來評價在一個工況情況下所選電機和電池參數(shù)是否達到工況要求。實際車速的仿真模型如圖2.2所示。3 車輪模塊的仿真車輪模塊的仿真 圖3是ADVISOR中車輪模塊系統(tǒng)結構圖。左側為模塊的輸入端，包括變量1、2，分別對應右側的兩個輸出量。模塊中主要有兩條運算路線（這個

6、特點在后面的模塊中也很普遍），一條是根據(jù)下級模塊的需求運算得到上級模塊的需求，即“需求路線”；另一條是由上級模塊發(fā)出的功率到下級模塊得到的實際功率（“實際路線”）。在需求路線中，模型從車輪所需的驅動力和轉速通過牽引力控制接口和輪胎滑移率模塊計算傳動系應提供的轉矩和轉速。在實際路線中，傳動系提供的轉矩和轉速通過前/后制動控制接口和輪胎滑移率等模塊計算出車輪獲得的牽引力和線速度。車輪模塊中需要定義的參數(shù)有：wh_radius=0.385; %定義車輪滾動半徑，單位：（m）wh_inertia=40*wh_radius2/2; %定義輪胎的轉動慣量，單位：（kg*m2）wh_1 st_rrc=0.0

7、0938; %定義輪胎的滾動主力系數(shù)3.1輪胎驅動力模型輪胎驅動力模型 輪胎是汽車中一個復雜的系統(tǒng)，在汽車行駛中它既受縱向力又受側向力，并影響著汽車的操縱穩(wěn)定性。本文在建模過程中，只考慮了輪胎的縱向力，并假設輪胎是剛性物體，忽略了汽車行駛過程中的慣性損失，只建立了輪胎的驅動力模型。如圖3.1所示，該模型主要包括：附著力限制子模塊和制動力分配子模塊。1.附著力限制子模塊附著力限制子模塊 該模塊主要是對純電動汽車在加速和等速過程中，整車需求的牽引力和驅動系統(tǒng)可提供的牽引力進行限制。牽引力限制模型如圖3.1.1所示2.2.制動力分配子模塊制動力分配子模塊 該模塊主要是對純電動汽車在減速過程中的制動力

8、進行分配，考慮到制動過程中的電動機制動，制動力分為：前后輪機械制動力和前輪電動機制動力。本模塊中的制動力分配策略按照ADVISOR2002中制動力分配策略的思想建立，即：前輪機械制動力分配系數(shù)和前輪電機制動力分配系數(shù)由車速輸入信號確定。制動力分配模塊如圖3.1.2所示ADVISOR中的主減速器模塊如圖4所示。在需求路線中該模塊根據(jù)車輪的需求轉矩和轉速，考慮損耗和慣性作用等因素后計算出對上級（變速器）模塊的轉矩和轉速需求。而實際路線則由變速器提供的轉矩和轉速計算出主減速器實際輸出的轉矩和轉速。ADVISOR中主減速器模塊的參數(shù)在變速器模塊中定義。4主減速器模塊的仿真主減速器模塊的仿真5變速器模塊

9、的仿真 圖5為ADVISOR中的變速器模塊，與主減速器模塊類似，通過需求路線和實際路線分別得到了變速器輸入端所需轉矩和轉速（對電動機的要求）和變速器實際輸出的轉矩和轉速。 變速器模塊中需要定義的參數(shù)包括： gb_ratio=1.4 6; %定義變速器各檔速比 gb_gears_num=max(size（gb_ratio）); %定義變速器檔位數(shù) gb_mass=120； %定義變速器質量，單位；（kg） fb_ratio=6.167; %定義主減速器速比 fb_mass=50; %定義主減速器質量，單位：（kg）6 電動機模塊的仿真 圖6所示的電動機模塊中，程序根據(jù)轉子所需轉矩和轉速通過電動機

10、轉速預估程序，考慮了慣性作用和轉矩限制等影響因素，在參考電動機輸出功率Map圖的基礎上計算得到電動機所需的輸入功率。在實際路線中通過可得到的電動機輸入功率求出轉子可得到的驅動轉矩和轉速。 電動機模塊中需要定義的參數(shù)包括： mc_map_trq=-239.0 -221.0 -190.3 -172.7 -159.2 -145.6 -132.0 -118.5 -99.9 -89.4 -77.8 -64.2 -49.7 -34.1 -19.6 0.0 19.6 34.1 49.7 64.2 77.8 89.4 99.9 118.5 132.0 145.6 159.2 172.7 190.3 221.0

11、 239.0; %定義電動機的轉矩范圍 mc_map_spd=0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000 4400 4800 5200 5600 6000; %定義電動機的轉速范圍 mc_max_trq=239 239 239 239 239 239 239 239 239 239 214.9 195.3 179.04 165.3 153.5 143.235; %定義電動機不同轉速下的最大轉矩，單位：（Nm） mc_max_crrnt=385; %定義電動機的最大電流，單位：（A） mc_min_volts=200；%定義電動機的最低工作

12、電壓，單位（V） mc_mass=125; %定義電動機的質量，單位：（kg） 圖7所示為能量存儲（電池）模塊系統(tǒng)結構圖，根據(jù)功率總線的功率需求該模塊通過三個子模塊（電池組電壓/內阻模塊、功率限制模塊和電流值計算模塊）計算出功率總線實際得到的功率，并通過SOC算法子模塊計算得到SOC值變化曲線。 電池組電壓/內阻模塊（pack Vcc.Rint）。該子模塊輸入總線功率需求、SOC值和電池組溫度，根據(jù)SOC-溫度-電壓曲線和SOC-溫度-電阻曲線，計算出某時刻電池組的端電壓和內阻。 功率限定模塊（limit power）。模塊根據(jù)電池組能提供的最大電壓和電機控制器要求的最小電壓來限定電池組的電壓

13、值。根據(jù)公式（E-U）U/r-0.1來求電池放電的最大功率，其中公式中E為電池開路電壓，U為工作限值電壓，r是電池組內阻，0.1是安全保護值，由電池SOC值、電池最大放電功率、允許放電功率的電壓限值得到電池組的輸出電壓限值。7 能量存儲（電池）模塊的仿真 電流計算模塊（compute current）.該模塊根據(jù)總線功率需求、電池的電壓和內阻以及功率限定模塊中得到的功率限值，利用公式和（E-Umax）/r分別求電流限值，再進行比較取較小值，此值為實際允許電流輸出。最后利用公式E-Icha r來計算此時的輸出電壓。電池模塊中需要定義的參數(shù)包括： ess_max_ah_cap=250 280 30

14、0; %定義電池容量隨SOC值隨溫度的變化 ess_r_dis=0.0419 0.0288 0.0221 0.014 0.0145 0.0145 0.0162;0.072 0.01515 0.00839 0.00493 0.00505 0.005524 0.005722;0.0535 0.0133 0.0082 0.0059 0.0059 0.006 0.0063; %定義電池的放電電阻，單位：（ohm） rrUUErEErrPEE2/)(42422 ess_r_chg=0.021 0.018 0.0177 0.0157 0.0138 0.0138 0.015;0.0124 0.0068 0.

15、005426 0.00442 0.00463 0.00583 0.00583 ;0.0104 0.0079 0.0072 0.0064 0.0059 0.0058 0.006; %定義電池的充電電阻，單位：（ohm） ess_voc=4.13 4.09 3.97 4.05 4.11 3.96 4.00;3.89 4.16 4.14 4.13 3.98 3.91 3.898;4.128 4.136 3.94 4.128 4.162 3.961 3.899; %定義電池的端電壓，單位（V）ess_min_volts=2*87; %定義電池的最小電壓，單位：（V）ess_max_volts=4.25*87； %定義電池的最大電壓，單位：（V） ess_module_mun=87； %定義電池的數(shù)量 ess_module_mass=9; %定義電池的質量，單位：（kg） ADVISOR提供了并聯(lián)電輔助驅動式控制策略（Parrallel Electric Assist）、自適應控