基于ADVISOR的混聯(lián)式混合動力汽車仿真分析

王 波

（黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學(xué)院汽車學(xué)院，哈爾濱 150088）

隨著各國對節(jié)能和環(huán)保問題的重視，各大汽車公司近年來推出了更多的混合動力車型，這些混合動力汽車多數(shù)采用的是混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)，且這種混聯(lián)式混合動力車型中，多數(shù)都應(yīng)用了行星齒輪機(jī)構(gòu)作為動力耦合的核心裝置——EVT。然而，這種裝置應(yīng)用于動力耦合功能在1960～1980年之間就早已得到廣泛的應(yīng)用［1－3］。隨著混合動力技術(shù)的日益成熟，這種裝置也得到了更廣泛的應(yīng)用［4－6］，雷克薩斯GS450h便是應(yīng)用了行星齒輪機(jī)構(gòu)二代（THSⅡ）作為動力耦合的核心裝置［7－10］。本文將通過仿真分析GS450h的動力性和經(jīng)濟(jì)性。

1 模型的建立

為了在ADVISOR里仿真GS450h的動力性和經(jīng)濟(jì)性，要先對GS450h建立整車模型。

THSⅡ的數(shù)學(xué)模型如下:

由公式 （2）、（3）可得:

根據(jù)轉(zhuǎn)速的關(guān)系可以得到扭矩的關(guān)系式，然后在此數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上建立出GS450h的整車模塊，如圖1～圖3所示，分別為GS450h車輛的頂層模塊以及THSⅡ的局部模塊和控制模塊。

利用該模型，輸入整車參數(shù)，便可以在ADVISOR里對GS450h車進(jìn)行各個(gè)性能的仿真，得到仿真數(shù)據(jù)，并處理分析。

2 GS450h的仿真及驗(yàn)證

下面將利用GS450h的實(shí)際整車參數(shù)來仿真GS450h本身的性能，并和實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對照來驗(yàn)證該模型的可用性和精準(zhǔn)性。

（1）GS450h的系統(tǒng)參數(shù)。GS450h這款具有更強(qiáng)動力性能的配備THSⅡ的混合動力汽車，它所選用的動力源和相應(yīng)配備都較之前有一定程度的改進(jìn)，見表1～表3為Lexus GS450h的系統(tǒng)參數(shù)。

圖1 GS450h車的頂層模塊Fig.1 Top module of GS450h

圖2 THSⅡ的局部Simulink模塊Fig.2 Local simulink module of THS II

圖3 THSⅡ的控制模塊Fig.3 Control module of THS Ⅱ

表1 LEXUS GS450h的發(fā)動機(jī)參數(shù)Tab.1 Engine parameters of LEXUS GS450h

表2 LEXUS GS450h的電機(jī)參數(shù)Tab.2 Motor parameters of LEXUS GS450h

表3 LEXUS GS450h的電池參數(shù)Tab.3 Battery parameters of LEXUS GS450h

（2）GS450h的動力性仿真驗(yàn)證。在ADVISOR軟件里選擇極限加速工況和低速爬坡工況來仿真GS450h的加速性和爬坡性，仿真結(jié)果與試驗(yàn)值見表4。

表4 GS450h的動力性仿真值與試驗(yàn)值Tab.4 Simulation value and experimental value of GS450h dynamic performance

在極限加速和低速爬坡時(shí)的扭矩輸出曲線分別如圖4和圖5所示。

圖4 GS450h極限加速過程Fig 4 Limit acceleration process for GS450h

圖5 GS450h低速爬坡過程Fig.5 Low－speed climbing process for GS450h

由以上結(jié)果可以看出，該模型在ADVISOR軟件里的仿真結(jié)果基本與試驗(yàn)值十分接近，具有很強(qiáng)的可用性，因此可以利用此模型做更廣泛的應(yīng)用和改善。

（3）GS450h的燃油經(jīng)濟(jì)性仿真驗(yàn)證。為了更詳細(xì)的仿真燃油經(jīng)濟(jì)性，選擇了多種不同工況進(jìn)行運(yùn)行仿真，選擇了歐洲ECE工況、歐洲NEDC工況（B－NEDC）、日本1015工況（C－1015）和美國UDDS工況（D－UDDS）作為車輛燃油分析的循環(huán)工況，GS450h燃油經(jīng)濟(jì)性仿真結(jié)果見表5，仿真平均值為7.125L/100km，試驗(yàn)值為 8.1L/100km，吻合度為90%。

圖6 ECE工況里GS450h的發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)圖Fig.6 Engine operating point in ECE

由以上結(jié)果可以看出，該模型在ADVISOR軟件里的仿真結(jié)果基本與試驗(yàn)值基本接近，偏差較小，說明該模型比較精準(zhǔn)。

表5 GS450h的燃油經(jīng)濟(jì)性仿真值Tab.5 Simulation value and experimental value of GS450h economy performance

由仿真結(jié)果可知，GS450h的燃油經(jīng)濟(jì)性的仿真值與試驗(yàn)值基本一致，接近度達(dá)到近90%。而且GS450h的燃油試驗(yàn)值僅為8.1L/100km，取得了非常好的燃油效果。在ECE工況仿真過程中，輸出發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)圖和電機(jī)工作點(diǎn)圖，如圖6和圖7所示。

圖7 ECE工況里GS450h的電機(jī)工作點(diǎn)圖Fig.7 Motor operating point in ECE

3 結(jié)束語

GS450h能將油耗輕易控制在10L/100km以內(nèi)，大約為8.1L/100km。它具有4.5LV8發(fā)動機(jī)的動力性能，卻能實(shí)現(xiàn)2.0LV4發(fā)動機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。這正是THSⅡ系統(tǒng)所能表現(xiàn)出的超驚人的先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了混合動力車的燃油經(jīng)濟(jì)性與動力性的雙方面的提高。

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［1］Livezey W G.Input－split－power，output－split－power，compound－splitpower，power－train［P］.US:A 3，470，769，1969.

［2］Beachley N H，F(xiàn)rank A A.Control considerations for a flywheel hybrid automobile with a mechanical continuously variable transmission［R］.Scottsdale，AZ:US DOE，AS ME and LLNL，1980.

［3］Besel G，Hou E.Flywheel energy accumulators for city buses－steel and composite design［R］.Scottsdale，AZ:US DOE，AS ME and LLNL，1980.

［4］Wohl R，Long T，Mucino V，et al.A model for a planetary CVT mechanism:analysis and synthesis［R］.Detroit:Society of Automotive Engineers，1993.

［5］Abe S，Sasaki S，Matsui H，et al.Development of hybrid system for mass productive passenger car［A］.Proceedings of JSAE［C］.paper JSAE，1997:25 －28.

［6］Sasaki S.Toyota′s newly developed hybrid powertrain［A］.Proceedings of the 1998 IEEE 10th International Symposium on Power Semiconductor Devices ＆ ICs［C］.Kyoto，Japan，1998:17 － 22.

［7］于永濤.混聯(lián)式混合動力車輛優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制［D］.長春:吉林大學(xué)，2010.

［8］楊妙梁.豐田 Estima混合動力裝置.［J］.汽車與配件，2002（17）:25～29.

［9］張忠強(qiáng)，強(qiáng)添綱.基于CHEMKIN的E102醇汽油的燃燒模擬研究［J］.森林工程，2012，28（2）:58 －60.

［10］楊妙梁.豐田Alphard混合動力小型廂式車.［J］.上海汽車，2004（3）:44－45.