基于Simulink-Cruise的微混系統(tǒng)控制策略研究

0 引言

隨著新能源汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，48V 微混系統(tǒng)作為一種低成本、高節(jié)油性的系統(tǒng)，日益受到關(guān)注。48V系統(tǒng)在原有12V系統(tǒng)上并聯(lián)48V系統(tǒng)，提升電能儲存和驅(qū)動能力。48V系統(tǒng)作為整車架構(gòu)的第二條電壓等級較高的電源線，用來驅(qū)動較高功率需求的電器附件，在不影響原車電器線路的基礎(chǔ)上，提高整車附件電氣化，降低整車油耗。隨著油耗法規(guī)的不斷升級，48V微混系統(tǒng)在整車節(jié)能方面具備較為明顯的優(yōu)勢，被認(rèn)為是一種較理想的降油耗技術(shù)方案。同時(shí)48V微混系統(tǒng)在整車動力性方面也有明顯提升，提高了整車駕駛性能。

目前中國對48V微混系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行了相關(guān)研究。如，楊飛等對48V輕度混合動力系統(tǒng)控制策略的仿真研究

，利用Advisor仿真軟件對比分析了NEDC測試循環(huán)下48V微混系統(tǒng)和12V系統(tǒng)的節(jié)油效果，48V微混系統(tǒng)在制動能量回收功能節(jié)油明顯，整車油耗大幅度降低；劉巨江等對48V BSG混合動力系統(tǒng)控制策略開發(fā)及試驗(yàn)研究

，對48VBSG系統(tǒng)加速助力、能量回收及高速啟動策略進(jìn)行研究及試驗(yàn)，對比研究了NEDC測試循環(huán)下的燃油消耗率和排放性能。

學(xué)成歸來后，李小軍帶著他的“小伙伴”，不斷創(chuàng)新，使裝置經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平明顯提高，二催化和二氣分裝置實(shí)現(xiàn)了“三年一修”的目標(biāo)，能耗均降至歷史最低，達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。他先后提出“氣分裝置丙烯加工方案優(yōu)化”等30多項(xiàng)合理化建議，解決了制約裝置安全高效運(yùn)行的多個(gè)“瓶頸”，年增創(chuàng)效益數(shù)百萬元，為節(jié)能降耗和挖潛增效做出了貢獻(xiàn)，成為了名副其實(shí)的“創(chuàng)新達(dá)人”。

本文基于48V微混系統(tǒng)，應(yīng)用Simulink軟件開發(fā)全新控制策略，并結(jié)合Cruise整車仿真模型對其全新控制策略進(jìn)行了仿真研究。本文對比研究了48V微混系統(tǒng)與12V原車系統(tǒng)在NEDC工況下的油耗，結(jié)果表明采用48V微混系統(tǒng)的節(jié)油效果明顯。

1 48V微混系統(tǒng)

48V微混系統(tǒng)在整車原有12V電路基礎(chǔ)上增加48V電池、48V啟發(fā)一體機(jī)(BSG電機(jī))以及DC/DC轉(zhuǎn)換器等48V電路器件。48V系統(tǒng)根據(jù)其48V電機(jī)的安裝位置不同可劃分為P0、P1、P2、P3、P4等架構(gòu)，如圖1所示。

其中P1結(jié)構(gòu)的48V電機(jī)布置在發(fā)動機(jī)的輸出軸端，通常是通過齒輪與發(fā)動機(jī)集成，可取代傳統(tǒng)飛輪，功能及性能與P0架構(gòu)類似。P1結(jié)構(gòu)的48V系統(tǒng)在起停和能量回收等功能上具備較好的性能，同時(shí)P1結(jié)構(gòu)可支持更高的電機(jī)功率，一般可達(dá)到15 kW至30kW。

能量回收功能即當(dāng)整車處于滑行狀態(tài)或制動狀態(tài)時(shí)，BSG電機(jī)以發(fā)電模式工作，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能并傳輸給電池存儲，實(shí)現(xiàn)能量回收。能量回收功能是整車實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要功能，48V系統(tǒng)能量回收能力直接影響整車的經(jīng)濟(jì)性。

P3結(jié)構(gòu)的48V電機(jī)集成在變速箱的輸出軸上，P3結(jié)構(gòu)縮短了48V電機(jī)到車輪端的傳動鏈，P3結(jié)構(gòu)有效提高了純電驅(qū)動能力，同時(shí)P3結(jié)構(gòu)的能量回收效率得到大大的提高；且P3結(jié)構(gòu)在變箱換擋過程中，48V電機(jī)可實(shí)現(xiàn)整車扭矩的補(bǔ)償，減小了輪端的扭矩波動，提升了車輛舒適性和加速響應(yīng)性。但P3結(jié)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)起動發(fā)動機(jī)功能，不具備發(fā)動機(jī)啟停功能。因此一般采用雙電機(jī)，即P0+P3方案。

主動發(fā)電策略觸發(fā)需滿足電池電流低于設(shè)定值且系統(tǒng)無故障等條件。主動發(fā)電模式下BSG電機(jī)發(fā)電扭矩需求由整車需求扭矩以及發(fā)動機(jī)高效區(qū)對應(yīng)扭矩共同決定。主動發(fā)電策略可將發(fā)動機(jī)工作區(qū)間盡可能的轉(zhuǎn)移至高效區(qū)，提高發(fā)動機(jī)效率。

本文所研究的48V微混系統(tǒng)采用P0結(jié)構(gòu)如圖2所示

。48 V系統(tǒng)通過皮帶與發(fā)動機(jī)前段曲軸輪系相連，本方案中傳動比約為3.24，此種結(jié)構(gòu)型式被稱為P0架構(gòu)。P0架構(gòu)的48V微混系統(tǒng)是目前應(yīng)用最廣泛且成本最低的方案之一。

P4結(jié)構(gòu)的48V電機(jī)集成在驅(qū)動橋上，該方案與P3結(jié)構(gòu)的性能較為類似，P4結(jié)構(gòu)能量回收及純電驅(qū)動效率較高；同樣的P4結(jié)構(gòu)也無法實(shí)現(xiàn)起動發(fā)動機(jī)功能，需采用P0+P4的雙電機(jī)方案。

P0架構(gòu)的48V微混系統(tǒng)包含48V電池、DC/DC變換器和BSG電機(jī)組成。BSG電機(jī)通過逆變器與48V電池相連，48V電池和12V電池之間通過DC/DC變換器實(shí)現(xiàn)電壓變換。

急加速助力功能即在整車突加大油門，需快速提速時(shí)，BSG電機(jī)跟發(fā)動機(jī)共同提供扭矩，增強(qiáng)整車動力性

。傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)低速突加大扭矩需求時(shí)扭矩響應(yīng)慢，扭矩響應(yīng)滯后問題限制了整車加速性能。48V微混系統(tǒng)應(yīng)用的BSG電機(jī)扭矩響應(yīng)快，可很好的解決因發(fā)動機(jī)扭矩響應(yīng)滯后造成的加速動力不足問題。

其中BSG電機(jī)即可作為發(fā)電機(jī)發(fā)電，也可作為電動機(jī)。48V微混系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)的快速起停、急加速助力以及整車制動能量回收和發(fā)電等功能。48V微混系統(tǒng)在原有發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上改動相對較少，且增加成本較低，因而開發(fā)難度較小，較易控制。但P0架構(gòu)的48V微混系統(tǒng)受限于皮帶傳動的連接方式，48V電機(jī)的功率等級一般較小，通常限制在10 kW～15 kW左右，因而48V電機(jī)的助力及能量回收等功能受到了較大限制，整車節(jié)油率一般在10%～12%左右。

2 48V微混系統(tǒng)控制策略

結(jié)合48V微混系統(tǒng)的部件組成，可知48V微混系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)自動起停、急加速助力、能量回收以及主動發(fā)電等功能，本文詳細(xì)研究了48V微混系統(tǒng)的控制策略。

2.1 發(fā)動機(jī)自動起?？刂撇呗?/h3>

發(fā)動機(jī)自動起停功能即在車輛等待紅燈或中間短時(shí)間停車時(shí)，發(fā)動機(jī)呈自動關(guān)閉狀態(tài)，取代原來怠速工況狀態(tài)，節(jié)省發(fā)動機(jī)怠速下油耗，解決怠速工況期間的排放問題。當(dāng)有行車意圖時(shí)，控制器控制BSG電機(jī)自動快速啟動發(fā)動機(jī)，車輛正常行駛。

竹韻神情呆滯地坐在急救室門外的椅子上，海力坐在她身邊反復(fù)安慰她，竹韻，不要急，龍斌福大命大造化大，現(xiàn)在醫(yī)學(xué)很發(fā)達(dá)，他不會有事的，不會有事的……

2.2 急加速助力功能控制策略

對于農(nóng)村體育事業(yè)來說，經(jīng)濟(jì)發(fā)展是一個(gè)重要的影響因素，發(fā)揮著決定性的作用。面對新的發(fā)展形勢和需求，應(yīng)該客觀分析當(dāng)前農(nóng)村地區(qū)體育事業(yè)的特征。不斷探索和思考，為農(nóng)村體育事業(yè)的發(fā)展構(gòu)筑物質(zhì)基礎(chǔ)、思想基礎(chǔ)和執(zhí)行基礎(chǔ)，為農(nóng)村體育事業(yè)各項(xiàng)工作的推進(jìn)提供持續(xù)的動力來源。

急加速功能控制策略如表2所示。急加速策略以判斷油門踏板開度變化率大于設(shè)定值為觸發(fā)條件，以整車需求扭矩和發(fā)動機(jī)實(shí)際響應(yīng)扭矩差為跳出條件。BSG電機(jī)補(bǔ)償整車需求扭矩和發(fā)動機(jī)響應(yīng)扭矩的差值。

某院2011－2017年非痰標(biāo)本產(chǎn)AmpC酶陰溝腸桿菌的臨床分布及耐藥性分析 …………………………… 謝朝云等（8）：1069

(7)由于進(jìn)入煙氣管的煙氣溫度相對低，而煙氣管道又比較長，約64 m，礦溫又不高，外排鍋爐氣的溫度也低，因此熱能利用率較高；

2.3 能量回收功能控制策略

P2結(jié)構(gòu)的48V電機(jī)布置在離合器與變速箱之間。與P0、P1結(jié)構(gòu)相比，P2結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)48V電機(jī)與發(fā)動機(jī)的解耦。P2結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)純電行駛功能，在車輛需求功率較小時(shí)，發(fā)動機(jī)停機(jī)，離合器分離，48V電機(jī)驅(qū)動整車行駛。P2結(jié)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)能量回收功能時(shí)，可分開離合器，不存在整車同時(shí)倒拖發(fā)動機(jī)的情況，有效提高能量回收效率。P2結(jié)構(gòu)同時(shí)具備發(fā)動機(jī)快速啟停功能，包含行車啟停功能。

能量回收策略分為滑行能量回收和制動能量回收兩種策略如表3所示。其中滑行能量回收觸發(fā)需同時(shí)滿足油門踏板開度為零、離合器閉合、檔位不在空擋、車速大于設(shè)定值等條件，此模式下BSG電機(jī)以等功率回收能量；而制動能量回收觸發(fā)需在滿足滑行能量回收觸發(fā)條件的基礎(chǔ)上，同時(shí)滿足制動踏板開度大于設(shè)定值等條件，此模式下BSG電機(jī)回收能量受制動踏板開度大小影響。

發(fā)動機(jī)自動關(guān)閉策略需同時(shí)滿足多個(gè)條件才能觸發(fā)，如油門踏板行程為零，車速為零，檔位為空檔，拉起手剎，且整車48V電路連通、電機(jī)電池?zé)o故障、電池SOC充足以及發(fā)動機(jī)水溫大于設(shè)定值等條件。發(fā)動機(jī)快速啟動策略，當(dāng)發(fā)動機(jī)處于自動關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，若此時(shí)同時(shí)滿足離合器打開或空擋、松開手剎并踩下制動踏板等條件時(shí)，控制器自動觸發(fā)發(fā)動機(jī)啟動需求，BSG電機(jī)快速拖起發(fā)動機(jī)。

2.4 主動發(fā)電功能控制策略

主動發(fā)電功能即在整車運(yùn)行過程中，當(dāng)電池電量低于設(shè)定值且BSG電機(jī)未處于能量回收模式時(shí)，控制器主動控制發(fā)動機(jī)部分扭矩來驅(qū)動BSG電機(jī)，BSG電機(jī)以發(fā)電模式為電池充電。主動發(fā)電模式下，發(fā)動機(jī)輸出扭矩需同時(shí)滿足整車扭矩需求和BSG電機(jī)發(fā)電扭矩需求。

欣欣和老亮約定今天去民政局辦離婚，是誰也看不出來也意想不到的。在電梯里，鄰居彼此打招呼，那個(gè)快嘴的阿姨一如既往地夸贊他們：“看人家這小兩口，什么時(shí)候都笑呵呵的，和和氣氣的，好女旺三代，這小媳婦兒會說話會辦事，給她當(dāng)婆婆真是修來的福氣呀！”

3 Simulink-Cruise聯(lián)合仿真

本文中應(yīng)用Simulink實(shí)現(xiàn)48V微混系統(tǒng)的控制策略，并將控制模型生成可用于Cruise軟件的代碼；應(yīng)用Cruise模型搭建48V整車模型驗(yàn)證基于全新控制策略的48V微混系統(tǒng)的節(jié)油能力。

3.1 整車參數(shù)

本文研究48V微混系統(tǒng)基于配置2.5L柴油機(jī)的皮卡車型，具體整車參數(shù)如表4所示。

3.2 功能配置

本文基于NEDC測試循環(huán)，對不同功能配置的系統(tǒng)進(jìn)行控制策略仿真研究。功能配置如表5所示。分別是傳統(tǒng)12V系統(tǒng)(配置1)、48V系統(tǒng)僅帶起停功能(配置2)、48V系統(tǒng)且?guī)в心芰炕厥蘸椭δ?配置3)以及48V系統(tǒng)帶有起停、能量回收、急加速助力、主動發(fā)電功能(配置4)。

3.3 仿真結(jié)果分析

本文基于4種功能配置開發(fā)對應(yīng)的Simulink控制模型，不同功能配置的控制策略均遵循測試循環(huán)前后電池SOC保持平衡的基本原則，電池SOC仿真基準(zhǔn)值為60%。NEDC工況下四種不同功能配置對應(yīng)仿真結(jié)果如表6所示。四種不同配置NEDC工況下的油耗曲線如圖3所示。

嫁接后前三天不能通風(fēng)，白天和夜間溫室大棚溫度分別控制在30℃和18℃以內(nèi)，確保溫室內(nèi)相對濕度較高，一般維持在90%。遇到連續(xù)晴朗天氣，在每天白天10點(diǎn)到下午4點(diǎn)需要對嫁接好的幼苗進(jìn)行遮陰處理。一般采用上述方法管理3天左右，逐漸降低小拱棚內(nèi)溫度，增加光照小時(shí)數(shù)。一般嫁接10天左右，就可以將拱棚撤去轉(zhuǎn)為正常管理[1]。

由仿真結(jié)果可知，配置1對應(yīng)的傳統(tǒng)12V系統(tǒng)NEDC工況油耗最高，約為0.571Kg；配置4對應(yīng)的含有全部功能的48V系統(tǒng)NEDC工況油耗最低，約為0.507Kg，相比12V系統(tǒng)約節(jié)油11.25%，節(jié)油效果明顯。

配置2僅帶有起停功能的系統(tǒng)，對比配置1油耗，此配置下節(jié)油效果明顯，約節(jié)油7.8%，此仿真結(jié)果較實(shí)際值偏高，由于Cruise中發(fā)動機(jī)模型自帶啟動發(fā)動機(jī)功能，因而此配置下啟動發(fā)動機(jī)時(shí)，發(fā)動機(jī)自動啟動，而不是由BSG電機(jī)拖起，并未消耗48V電能。配置3帶有能量回收和助力功能的系統(tǒng)，此配置下相比傳統(tǒng)12V系統(tǒng)約節(jié)油5.3%，效果較好。

4 結(jié)論

對比傳統(tǒng)12V系統(tǒng)，48V微混系統(tǒng)節(jié)油效果明顯，NEDC工況下約節(jié)油11.25；自動起停技術(shù)節(jié)油效果明顯，約節(jié)油7.8%，雖然略高于實(shí)際工況下的節(jié)油率，但發(fā)動機(jī)啟動時(shí)間短，耗電量較小，此仿真數(shù)值能夠反映自動起停技術(shù)在NEDC工況下的節(jié)能潛力，然實(shí)際整車運(yùn)行中自動起停技術(shù)的節(jié)能效果與整車實(shí)際工況相關(guān)。

[1]楊飛等. 48V輕度混合動力系統(tǒng)控制策略的仿真研究[J].內(nèi)燃機(jī)工程,2017,06.

[2]劉巨江等. 48VBSG混合動力系統(tǒng)控制策略開發(fā)及試驗(yàn)研究[J].車用發(fā)動機(jī),2016,04.

[3]趙治國等. 48V微混系統(tǒng)瞬時(shí)優(yōu)化力矩管理策略[J]. 機(jī)電一體化, 2017,11.

[4]王震等. 48V微混系統(tǒng)降低油耗策略分析[J]. 汽車技術(shù),2017,02.