建议阅读-202-基于-AVL-CRUISE的纯电动客车双电机协调控制研究-厦门金龙-方媛

基于AVLCRUISE的纯电动客车双电机协调控制研究方媛，叶伟宏，李明阳（厦门金龙联合汽车工业有限公司，厦门）[摘要]针对双电机驱动系统，为了提高其经济性，提出了一种双电机控制策略。本文基于AVLCRUISE搭建了整车仿真模型，并结合MATLAB/SIMULINK导入双电机控制策略进行联合仿真，验证了双电机控制策略的可行性。同时，还进行了单双电机驱动系统的仿真对比，仿真结果显示双电机系统的每公里电耗比单电机减小了11.98%，有效的提高了整车经济性。关键词：AVLCRUISE；MATLAB/SIMULINK；联合仿真主要软件：AVLCRUISE；MATLAB/SIMULINKStudyontheharmoniouscontrolofdualmotorsforpureelectricbusbasedonAVLCRUISEFangYuan，YeWeihong，LiMingyangXiamenKingLongUnitedAutomotiveIndustryCo.,Ltd.&Xiamen[Abstract]Foradual-motorpowersystem，inordertoimprovevehicleeconomy，adual-motorcontrolstrategywasproposed.BasedonAVLCRUISE，avehiclesimulationmodelwasbuilt,accompaniedwithMATLAB/SIMULINKandimportthedualmotorcontrolstrategyco-simulationtoverifythefeasibilityofdual-motorcontrolstrategy.Also，comparisonsimulationbetweensingleanddualmotorpowersystemwasconducted.Thesimulationresultindicatethatthepowerconsumptionperkilometerofdual-motorsystemissmallerthanthesinglemotor11.98%，withaneffectivelyraisinginthevehicleeconomy.Keywords:AVLCRUISE；MATLAB/SIMULINK；Co-simulationSoftware:AVLCRUISE；MATLAB/SIMULINK1.前言仿真是用理论计算的方法模拟实际系统的工作过程，在真实系统开发之前研究系统的性能，从而缩短开发周期与降低开发成本的一种研究方法和研究手段。整车开发仿真技术是现代汽车，特别是混合动力整车开发的必备技术。AVLCRUISE是研究汽车动力性、燃油经济性、排放性能及制动性的高级模拟分析软件，提供了MATLAB/SIMULINK接口功能，可于CRUISE所搭建的整车模型中导入基于SIMULINK所开发的整车控制策略，真正为混合动力汽车研究阶段提供了正向的、模块化的仿真平台，不仅能提高研发效率，也对业内交流及共同进步具有实际意义。本文正是利用CRUISE与MATLAB/SIMULINK联合仿真方法，于CRUISE所搭建的整车模型中导入双电机控制策略，进行双电机控制的研究，验证策略的可行性。2.双电机协调控制算法根据驾驶员的操作，判断驾驶意图，在满足整车动力性与驾驶平顺性的前提下，以电机高效工作为目标，合理的分配双电机的输出值，尽可能的增加动力源在高效区的工作比例，提高经济性，双电机控制算法如图1所示。图1电机控制算法控制模块的输入信号包括：油门踏板信号(Acc_ped)、整车车速(Veh_speed)、电机一转速(Motor1_speed)、电机二转速(Motor2_speed)。根据油门踏板的开度与车速大小，计算整车需求扭矩，再由整车需求扭矩与当前电机转速的大小，按效率最优算法合理分配电机一与电机二的输出扭矩，图2为基于SIMULINK所搭建的双电机控制模块。图2基于SIMULINK所搭建的双电机控制模块3.联合仿真基于CRUISE搭建整车仿真模型，将双电机控制模块编译成DLL文件，并导入于CRUISE的MATLABDLL接口模块中，创建相应的数据接口，完成数据线的连接，图3为所搭建的整车仿真模型。建立中国典型城市循环工况的Cyclerun任务，进行CRUISE与MATLAB/SIMULINK的联合仿真。图3整车仿真模型由转速与需求扭矩大小内插值电机的效率map图，得出相应的效率计算不同分配系数k，电机一与电机二的需求扭矩合成双电机效率,按效率最优选取k值，合理分配电机一与电机二的扭矩根据工况，得出整车需求扭矩Treq4.仿真结果分析4.1循环工况车速跟随情况中国典型城市循环工况持续行驶时间为1314s，全程5.83km，平均车速16.10km/h，最高车速为60km/h。仿真所得的实际车速与目标车速如图4所示，由图可知实际车速紧跟工况要求的目标车速，两者基本保持一致，说明速度跟随状态良好，仿真合理，控制策略可行。图4中国典型城市循环工况下实际车速与目标车速对比4.2双电机协调控制情况根据所述控制策略可知，电机一与电机二的工作扭矩值是由驾驶员所踩油门踏板开度与当前车速所决定。中国典型城市循环工况中，仿真油门踏板的开度如图5所示，在不同时刻下电机一与电机二仿真扭矩分配情况如图6所示。图5油门踏板信号图6中国典型城市循环工况下Motor1与Motor2电机的扭矩分配图导出整个仿真工况中电机一与电机二转速、扭矩数据，图7为电机一与电机二工作点的分布图，由图可知电机一与电机二工作于高效区的比例较大，基本实现了预设双电机控制目标。3030306060606060607070707070708080808080808282828282828484848484848686868686888888888890909090909090.590.590.590.5919191919191.591.591.591.591.5929292929292.592.592.592.59393939393.593.593.5Speed(rpm)Torque(Nm)5001000150020002500300002004006008001000120014001600180020002200电机效率特性电机外特性曲线电机工作点5001000150020002500300010020030040050060070080090045505560606565707072727274747476767678787880808081818182828283838384848485858586868687878788888888898989899090909090.590.590.59191919191.591.591.591.59292929292.592.592.592.5939393939393.593.593.593.59494949494.594.5Speed(rpm)Torque(Nm)电机效率特性电机外特性曲线电机工作点图7电机一与电机二的工作点分布图4.3单双电机的仿真对比参考我司已有的12m车型，现有两种电机驱动方案，如表1所示。表1电机驱动方案方案动力总成电机最大扭矩1电机一2100Nm2电机一+电机二2100Nm+850Nm基于CRUISE的多层建模理念，搭建单电机驱动系统的仿真模型，并建立中国典型城市循环工况的Cyclerun任务，与上述双电机驱动系统进行仿真对比，在不考虑制动能量回收的情况下，单双电机驱动系统SOC变化曲线如图8和图9所示。图8单电机驱动系统SOC变化曲线图9双电机驱动系统SOC变化曲线统计仿真结果，计算中国典型城市工况下单双电机驱动系统每公里的电耗量，表2为电Motor2SystemMotor1System耗的统计结果，单电机驱动系统每公里的电耗为1.3254kwh，双电机驱动系统的每公里的电耗为1.1665kwh，双电机系统的每公里电耗比单电机减少了11.98%，因此双电机驱动系统的经济性较高。表2仿真电耗统计结果工况单电机电耗（kwh/km)双电机电耗(kwh/km)效率提升(%)中国典型城市工况1.32541.166511.985.结语本文应用AVLCRUISE与MATLAB/SIMULINK的联合仿真，从理论上验证了双电控制策略的可行性，并应用了多层建模的理念，进行了单双电机驱动系统的经济性仿真对比。通过此次摸索，为混合动力汽车控制策略的建模、调试、验证、优化提供了一个可行的方案，为后续混合动力汽车联合仿真平台的开发提供参考依据。参考文献[1]CRUISE_Advanced_Matlab_Chinese_EditonAVLCRUISE公司[2]王庆年，曾小华.基于CRUISE软件的混合动力汽车正向仿真平台的开发.吉林大学学报,2009，39（6）：380-384