[摘要]  在混合动力电动汽车中，动力源功率的合理匹配是影响整车性能的最主要因素。本文使用ADVISOR测量整车性能数据，然后采用三维插值的方法对动力源的功率进行匹配计算。结果表明，采用这种方法可以准确的匹配动力源的功率。

关键词：三维插值；匹配；ADVISOR

中图分类号：U491.3        文献标识码：A

 

The research of hybrid electric vehicle’s energy power match depend on ADVISOR

 

 WANG Xin- yan 

（College of Transportation Ludong University, Shandong Yantai 264025, China）

Abstract：That the energy power matched logically is the most important factor to affect the whole vehicle’s performance in hybrid electric vehicle. The whole vehicle performance data is measured by ADVISOR, and then three-dimensional interpolation method is used to match the energy power of vehicle. The result indicates that the energy power can be matched accurately by using this method.

Key words： Three-dimensional interpolation; Match; ADVISOR

 

0 绪论

混合动力电动汽车（Hybrid Electric Vehicle，简称HEV）在世界范围内成为新型汽车开发的热点。根据其驱动系统的配置和组合方式不同，混合动力电动汽车分为串联式、并联式和混联式三种。串联式结构的传动效率很低，并联式结构的发动机工况要受汽车行驶工况的影响，不适于变化频繁的行驶工况；相比于串联式结构，需要较为复杂变速装置和动力复合装置以及传动机构。因此，综合串联式、并联式二者优点的混联式驱动系统成为人们研究的重点。

1 计算方法分析

首先对动力源功率采用传统的设计方法，是单纯的以动力性为约束条件计算得出的结果，计算中只采用了一些动力性的计算公式。并没有给出计算燃油消耗量的理论公式，由于油耗计算的复杂性，因此不能保证整车综合性能达到最佳，由此使用仿真软件与数值计算方法相结合的办法对动力源的功率进行匹配计算。由于仿真模型的建立，能够很容易的得到具有针对性的大量数据，使得动力源的功率值在所建立的模型下达到最优值。对混合动力车三大动力源的仿真模型分别如图1、图2和图3所示。

图1 发动机总成模型

图2 交流感应电机模型

图3 电池总成模型

2 动力源功率匹配计算

在汽车这样一个非常复杂的非线性动态系统中，单纯的建立数学模型来对设计变量进行优化是很不现实的，很多所谓的优化匹配都是使用动力性指标作为约束简单计算得来的，得到的数据只是建立在理论分析基础上的，并没有达到真正意义上的优化。在原有研究成果的数据基础上开发了仿真软件ADVISOR，因此可以使用仿真软件与数值计算的结合进行优化，效果显然高于简单的计算选取。在前面合理设计的数据基础上会使所需测试的数据大大减小，加快优化速度。

由理论分析可知，在其它条件不变，只有三大动力元件功率变化(相应质量随着变化)的情况下，对于整车的动力性和燃油经济性有如下的函数关系：

0~cnv w:st="on" tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="100" unitname="km">100km加速时间 ：

                        (1)

最大爬坡度 ：

                        (2)

燃油消耗量 ：

                         (3)

HC排放量 ：

                        (4)

CO排放量 ：

                        (5)

NO_x排放量 ：

                        (6)

式中  ——发动机功率；

      ——电动机功率；

      ——电池组功率。

上面的函数是复杂的多变量非线性函数，很难得到其具体的表达式。这就需要使用数值分析的方法，把仿真测试得到的有限个离散数据进行三维插值，可以得到需要范围内的任何数值。在MATLAB中，三维插值可以用函数interp3来实现。函数interp3的调用格式如为：VI＝interp3(X，Y，Z，V，XI，YI，ZI，method)  返回三维函数V在插值向量XI，YI，ZI处的函数值向量VI，向量XI、YI、ZI的大小必须相同。并且，要么全都是行向量形式，要么全都是列间量形式。其中，三维函数V由向量X、Y、Z插值而来。这里X、Y与Z也可以是矩阵形式。Method用来指定插值方法进行插值，参数method可以取以下各值：

‘nearest’ 最近括值

‘linear’ 线性插值

‘spline’ 三次样条插值

‘cubic’ 三次插值

由于此处的实际问题中功率的数值一般取为整数，使用整数点插值即可。对各种性能的重要性进行加权值分析，使用MATLAB中的MIN函数容易得到插值数据中的最小值，同时找出对应于最小值的设计变量值作为最终的设计结果。

3 计算实例

保持某传统轿车的外形尺寸不变，把其改装成为混联式混合动力电动汽车。采用传统的设计方法得到的结果如下：

发动机功率               kW

蓄电池功率               kW

电动机功率               kW

把整车的参数输入到在ADVISOR中建立的混联式混合动力电动车的模型中，然后运行ADVISOR软件进行数据采集，按照前面的方法对测试数据进行插值计算并加权处理后进行优化提取得到设计结果如下：

发动机功率               kW

蓄电池功率               kW

电动机功率               kW

4 经济性与动力性结果分析

得到动力源优化分配的结果之后，再次使用仿真软件对整车的性能进行仿真分析，在UDDS循环工况下分别对使用传统设计方法和优化设计方法得到的整车性能进行仿真分析。性能数据分别如表1与2所示，原车性能数据如表3所示。

表1 基于ADVISOR设计车性能数据

表2 传统设计车性能数据

表3 原车性能数据

把表1和表2中的整车性能数据与表3中原车的性能参数进行比较，改装后的汽车最高车速与原车的最高车速基本相等，加速能力和爬坡能力稍稍要好于原车，重要的是油耗和排放明显要好于原车。由这些数据可以得到如下结论：在没有降低原车动力性的条件下，经改装的混联式混合动力电动车燃油经济性与排放性能都有明显的改善，达到节能和环保的目的。

同时比较表1与表2中的数据发现，采用传统设计方法改装的车在动力性上稍好于采用优化方法改装的车，但在经济性上后者要远远好于前者，在车的动力性没有降低的情况下，盲目的提高动力性是没有必要的，这就说明了传统的设计方法得到的结果并不是最优解，优化出来的设计值才能使整车的综合性能达到最佳。

5 结论

本文使用ADVISOR的仿真模型对所设计的混合动力电动车进行仿真，以传统设计方法得到的动力源功率结果为参照点测量它周围的一些数据，对所得到的数据进行插值处理，根据整车各种性能的重要性对所得数据再进行加权值处理，最后使用MATLAB中的寻找最小值函数找出整车性能的最优点和其对应的设计值。在仿真软件中输入优化设计值，对整车性能进行分析。通过性能结果的输出与比较，可以得到如下结论：首先，在传统的内燃机汽车上使用混合动力系统能够改善整车的动力性、经济性和排放性能，满足节能和环保的要求。其次，通过两次设计结果的性能比较可知本文采用的优化设计方法要好于传统的设计方法。从而证明了本文所采用的优化方法的合理性。

参考文献

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