樊曉磊

摘要：本文主要以某橫置P2混動(dòng)多檔雙離合器變速器為基礎(chǔ)，應(yīng)用CRUISE和Matlab建立整車及動(dòng)力控制仿真模型，用于驗(yàn)證和調(diào)整P2混動(dòng)系統(tǒng)控制方法及策略。通過(guò)仿真計(jì)算表明此模型各模塊仿真功能正常，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。通過(guò)適當(dāng)調(diào)整此模型相關(guān)參數(shù)就可用于動(dòng)力控制策略的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證，可有效縮短開(kāi)發(fā)周期，節(jié)約開(kāi)發(fā)成本。

Abstract： In this paper， based on a transverse P2 hybrid multi-speed dual clutch transmission， CRUISE and Matlab are used to establish a vehicle and power control simulation model to verify and adjust the P2 hybrid system control method and strategy. The simulation results show that the simulation functions of each module of this model are normal and the operation is stable and reliable. By appropriately adjusting the relevant parameters of this model， it can be used for the development and verification of the power control strategy， which can effectively shorten the development cycle and save development costs.

關(guān)鍵詞： P2;仿真模型;性能分析

Key words： P2;simulation model;performance analysis

中圖分類號(hào)：U463.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）09-0168-03

1 ?背景介紹

近年來(lái)各車企都在加大混合動(dòng)力汽車的研發(fā)，以滿足日益嚴(yán)格的油耗排放法規(guī)的要求。其中全混系統(tǒng)不僅節(jié)油效果最佳而且整車的動(dòng)力性也更加強(qiáng)勁所以成為研究的重點(diǎn)。

對(duì)于SUV車型其工作環(huán)境相比一般轎車而言要更加復(fù)雜，首先要滿足一般的行駛工況比如城市循環(huán)工況、高速工況、郊區(qū)工況等還要滿足一些嚴(yán)苛的工況比如，脫困工況、長(zhǎng)時(shí)間爬坡工況、帶拖車等工況。經(jīng)過(guò)分析對(duì)于橫置平臺(tái)P2加多檔雙離合器變速器混動(dòng)方案（見(jiàn)圖1）是一個(gè)較好的選擇，它即能滿足SUV車型的一般工況，也能滿足特殊的工況，但其它形式的混動(dòng)方案有的就無(wú)法滿足帶拖車及長(zhǎng)時(shí)間爬坡等工況。

2 ?仿真模型的建立

本文使用CRUISE軟件建立整車仿真模型進(jìn)行整車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性計(jì)算及分析，使用MATLAB軟件建立動(dòng)力控制模型，用于驗(yàn)證和調(diào)整P2混動(dòng)系統(tǒng)控制方法及策略。

2.1 動(dòng)力總成參數(shù)收集

在建模時(shí)需要整車、發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、電池及DCT的參數(shù)。其中整車參數(shù)主要有整備質(zhì)量、滿載質(zhì)量、重心位置、前后輪載荷分布、車輪半徑、行駛阻力、及其它慣量及尺寸數(shù)據(jù)。發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)主要有外特性、萬(wàn)有特性、載荷譜信息圖、阻力曲線及其它排量等信息。電機(jī)的主要參數(shù)有電機(jī)外特性曲線，電機(jī)效率圖、電機(jī)扭矩轉(zhuǎn)速關(guān)系圖等。電池的主要參數(shù)有電壓、電量、熱模型及SOC與電壓曲線等。DCT主要參數(shù)有速比、換擋曲線、效率圖、及慣量參數(shù)等。

2.2 整車仿真模型建立

使用CRUISE軟件中的模塊建立整車動(dòng)力系統(tǒng)。如圖2所示。在該模型中主要包括車輛模型（某大型SUV），動(dòng)力系統(tǒng)（包括發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、電池、變速器）、制動(dòng)系統(tǒng)、輪胎、駕駛員、監(jiān)視器、整車能量控制器、雙離合器控制器、DCT換擋控制器。為了模擬變速器中電子泵的能量消耗和發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的能量消耗增加了電子泵和發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)兩個(gè)耗能原件。

由于P2混動(dòng)在電池電量充足時(shí)會(huì)有純電行駛工況，此時(shí)離合器的控制方式與發(fā)動(dòng)機(jī)控DCT起動(dòng)車輛行駛時(shí)的控制方式有所不同，所以需要依據(jù)具體的要求建立新的雙離合器控器制（如圖3）。

2.3 控制策略的搭建

在仿真模型中搭建了基于Simulink的簡(jiǎn)化混合動(dòng)力控制器模型，包括加速/制動(dòng)PID解析控制模塊，加速信號(hào)與扭矩需求轉(zhuǎn)換模塊，控制模式選擇模塊，扭矩分配模塊，發(fā)動(dòng)機(jī)需求扭矩與載荷信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊。

該模塊需要從Cruise中需要的信號(hào)有電池電量、當(dāng)前擋位及速比、電機(jī)最大扭矩、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、期望的車速和實(shí)際車速。輸出到Cruise中的信號(hào)有K0離合器控制信號(hào)、電機(jī)扭矩信號(hào)、電機(jī)開(kāi)關(guān)信號(hào)、制動(dòng)壓力信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)起/停信號(hào)、電子泵起/停信號(hào)等。（圖4-圖5）

2.3.1 加速/制動(dòng)PID解析控制模塊

此模塊的主要作用是依據(jù)期望的車速信號(hào)和實(shí)際的車速信號(hào)進(jìn)行比較，采用簡(jiǎn)單的PID控制，生成加速信號(hào)和制動(dòng)信號(hào)。其中Chart部分的主要作用是防止加速和制動(dòng)信號(hào)同時(shí)為最大值的情況出現(xiàn)（如果出現(xiàn)仿真系統(tǒng)也不會(huì)報(bào)錯(cuò)，只是Cruise仿真結(jié)果會(huì)出現(xiàn)異常）。

2.3.2 加速信號(hào)與扭矩需求轉(zhuǎn)換模塊

該模塊的主要作用是依據(jù)加速/制動(dòng)PID解析控制模塊輸出的加速信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)系統(tǒng)需求的具體扭矩值。

2.3.3 控制模式選擇模塊

此模塊的主要作用是控制整車的動(dòng)力系統(tǒng)選擇哪種工作模式。根據(jù)整車能量管理策略建立簡(jiǎn)單的P2混動(dòng)系統(tǒng)控制策略，在控制系統(tǒng)中定義了四種不同的工作模式。分別為制動(dòng)模式、純電動(dòng)模式、純發(fā)動(dòng)機(jī)模式及混動(dòng)模式。

具體的工作原理如下：

當(dāng)制動(dòng)信號(hào)大于0就會(huì)進(jìn)行制動(dòng)模式，在制動(dòng)模式中也會(huì)依據(jù)車速、制動(dòng)壓力的大小、電池SOC值及電機(jī)最大扭矩分為三種情況。①單獨(dú)電機(jī)通過(guò)能量回收進(jìn)行制動(dòng)。②電機(jī)和車輛制動(dòng)器共同作用制動(dòng)。③單獨(dú)車輛制動(dòng)器進(jìn)行制動(dòng)。

當(dāng)電池處于高SOC值區(qū)域時(shí)，盡可能采用純電動(dòng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。如果動(dòng)力不足則會(huì)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，讓電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作。

當(dāng)電池處于中SOC值區(qū)域時(shí)，且車速大于80Km/h，會(huì)優(yōu)先采用純發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。如果動(dòng)力不足會(huì)讓電機(jī)提供部分動(dòng)力。

當(dāng)電池處于低SOC值區(qū)域時(shí)，會(huì)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，如果發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)域在低扭低效率區(qū)時(shí)，會(huì)讓發(fā)動(dòng)機(jī)在帶動(dòng)車輛行駛的同時(shí)通過(guò)帶動(dòng)電機(jī)給電池充電以此增加發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載讓其工作在高效區(qū)。如果發(fā)動(dòng)機(jī)工作在經(jīng)濟(jì)區(qū)域或高扭低效率區(qū)域時(shí)，會(huì)讓發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)工作。

以上數(shù)據(jù)的具體值可依據(jù)仿真結(jié)果及優(yōu)化算法進(jìn)行調(diào)整。

2.3.4 發(fā)動(dòng)機(jī)需求扭矩與載荷信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊

由于本文所用的DCT換擋曲線是基于節(jié)汽門(mén)開(kāi)度與車速，所以需要將發(fā)動(dòng)機(jī)的需求扭矩轉(zhuǎn)換成節(jié)汽門(mén)開(kāi)度。

3 ?仿真結(jié)果分析

對(duì)于混動(dòng)車車輛，動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性評(píng)估項(xiàng)目主要包括純電0-50km/h最小加速時(shí)間，混動(dòng)0-100km/h最小加速時(shí)間，純電動(dòng)/混動(dòng)最高車速，綜合油耗、電平衡油耗、純電動(dòng)/混合動(dòng)力模式持續(xù)爬坡車速等。

能量管理策略不影響動(dòng)力性項(xiàng)目，如：純電0～50km/h最小加速時(shí)間，混動(dòng)0～100km/h最小加速時(shí)間，純電動(dòng)/混動(dòng)最高車速等（見(jiàn)表1）。只影響綜合油耗、電平衡油耗（見(jiàn)表2）通過(guò)表2可以看出當(dāng)改變制動(dòng)能量回收策略和改變中低電量范圍時(shí)對(duì)油耗的影響是比較明顯的。

圖8是不同SOC值與車速的對(duì)應(yīng)關(guān)系，由于定義了不同的低SOC值范圍，從而導(dǎo)致了電機(jī)的能量回收狀態(tài)及發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電的狀態(tài)也不同，最終影響整車的油耗也不同。

4 ?結(jié)語(yǔ)

本文所設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用于P2混動(dòng)系統(tǒng)雙離合變速器整車仿真模型，各模塊仿真功能正常，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。同時(shí)有效驗(yàn)證了離合器控制模塊及能量管理模塊的功能，且能夠通過(guò)調(diào)整部分關(guān)鍵參數(shù)，就可以得到相應(yīng)的油耗仿真結(jié)果。在此模型的基礎(chǔ)上通過(guò)理論計(jì)算仿真和與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析的方法對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整就可以用于新車型動(dòng)力控制策略的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證，可有效縮短開(kāi)發(fā)周期，節(jié)約開(kāi)發(fā)成本。

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