增程式混合动力系统动力经济性仿真

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01-构型介绍

七天假期【思想】并没有闲着。有网友小伙伴想看增程式汽车动力性经济性仿真，今天它来了。现如今的混合动力汽车在动力系统构型上已经五花八门。增程式混合动力也叫做串联，是其中比较容易实现的一种。混合动力装置通过电功率与整车需求功率耦合。整车行驶时由驱动电机驱动，消耗动力电池中的电能；增程器中的发动机带动ISG电机发电，为动力电池充电。这样一来发动机就不会直接参与整车驱动，发动机的转速与车速没有了直接联系。那就意味着可以更加灵活的安排控制发动机。

新能源动力经济性仿真的工具有很多，如AMESim、Advisor、CRUISE M等，这些仿真软件的介绍和对比可以看下【思想】之前的文章《部分仿真软件对比介绍》。

图中是一个增程式混合动力构型的CRUISE仿真模型，我们可以把他的动力系统分为两部分来理解。红色驱动部分与【思想】之前介绍的纯电动仿真模型一致，直接通过驱动电机经过减速器与车轮机械连接，而蓝色部分就是增程器部分，ISG电机负责发动机的启停及发电。

02-模式分析

仿真用控制策略可以直接借用高级纯电动的架构，这个控制策略的架构在【思想】之前的文章中也介绍过，如果有落下内容的朋友赶紧回去看看《AVL-CRUISE纯电动仿真策略提高教程》。

上图是在【Modes】模块中具体模式分类，左边保留纯电动下驱动与制动能量回收的模式。右边增加了增程器（APU）的控制策略，具体有如下几个策略：

ApuStart/发动机启动

该模式下由ISG消耗电能将发动机拉到工作转速区，该过程中发动机不喷油也不对外输出扭矩。仿真模型中的发动机模块的Switch设置为0；

ApuStop/发动机停止

该模式下由ISG电机提供反向扭矩，迅速把发动机转速减低到0，该过程中发动机也不工作。仿真模型中的发动机模块的Switch设置为0；

发动机单点控制

该模式是最简单粗暴的控制逻辑，使用PID算法限定发动机的工作转速，再通过ISG电机设定发电扭矩，以此控制发动机定点工作。

从仿真的结果上看，这个点一般都会设置在燃油经济区内。但是实际的情况还要根据NVH等其他整车性能进行标定。AVL-CRUISE自带例子Range_Extender的Ver001就是单点控制的逻辑.

实际车辆上只需要把发动机切换到转速控制模式，通过向发动机发送需求转速来实现。具体的PID控制算法由ECU负责。

发动机多点控制

该模式的原理与上一个模式的原理是一样的，为了避免【机械能-电能】的冗余转换，并且延长电池寿命。标定工程师根据不同的整车需求功率选定了个不同的发动机工作点。

例如上图是一款阿特金森循环发动机，有非常宽大的经济区，可供选择的工作点非常多。

在该模式中需要有一个Stateflow作为状态机，结合SOC、需求功率、是否开空调等逻辑进行判断，编写不同工作点的切换逻辑。

功率跟随算法

这里的功率跟随的对象可以是SOC，也可以的是整车需求功率。由于功率=扭矩*转速/9500，需要标定一条发动机最优燃油工作线。该部分内容请大家关注【思想】之前的文章《混合动力节油的秘密-发动机万有特性》。增程器的发电功率与整车的需求功率进行耦合，这里的整车需求功率包括驱动的需求功率与电附件的功率。由于发动机的响应时间大于电机，所以通常这个模式用于稳态工况，例如高速巡航。

在仿真的结果的工况图中就能看到发动机工作点沿着最优燃油曲线移动，那AVL-CRUISE自带的增程式例子中的第二个版本就是功率跟随的算法。

03-状态机

除了发动机启停控制的两个模式外，发动机单点工作/发动机多点工作/功率跟随算法，这三个控制模式是工程师运用最多的。

通常项目会用到其中的一个或者多个曾程器控制算法，通过状态机Stateflow在这几个模式之间进行切换。

如果是高校的网友，可能还会接触到Fuzzy（模糊控制）这类的智能算法。这部分内容其实在实际工程很少应用，如果想了解这部分内容的网友可以留言告诉我，可以另外写一篇关于模糊控制的专题。

04-APU匹配需要注意的问题

由于增程式混合动力汽车的驱动模式依然只有电机参与，所以动力匹配的计算方式与纯电动基本一致。但每个项目的需求不同，所选的增程器功率有差别，增程器功率会影响车辆的续航里程。例如在高速工况中，增程器的需求功率较高，如果增程式功率比需求功率小，这样电池中的电量就会一直消耗，直到SOC过低整车限功率，SOC回到允许范围后再恢复电机的输出功率，这点问题是匹配计算中需要考虑的问题。

05-精彩预告

【思想】最近在规划AVL-CRUISE M软件的视频教程，预计年底或明年初能与各位网友。

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