基于ADVISOR混合動力電動汽車的建模
Tony Markel and Keith Wipke
（美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室）

摘 要：混合動力電動汽車整車系統(tǒng)的效率主要依賴于能量控制策略。本文基于并聯(lián)式混合動力電動汽車提出了多功能電力輔助能量控制策略。Advisor被用來作為建模工具，以確定混合動力電動汽車的能量控制策略和相應(yīng)的整車結(jié)構(gòu)參數(shù)。仿真結(jié)果表明，這一控制策略在滿足各種性能參數(shù)的同時(shí)燃油經(jīng)濟(jì)性可能比傳統(tǒng)汽車好一倍。此外，最后整車設(shè)計(jì)提供了一個超過20英里的巡航里程。
引言
現(xiàn)在許多汽車制造商正在開發(fā)混合動力電動汽車。這些目前正在銷售的汽車是通過改善傳動系統(tǒng)的效率以幫助我們減少對外國石油的依賴。在美國能源部（DOE）的支持下，國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）的工程師開發(fā)了一個軟件工具來幫助早期階段混合動力電動汽車的設(shè)計(jì)。通常，有多種設(shè)計(jì)可達(dá)到或超過客戶的感知需求。Advisor這個軟件包允許用戶快速的運(yùn)行以通過車輛設(shè)計(jì)的初始階段。
Advisor是在Matlab/Simulink軟件環(huán)境下開發(fā)的，并可以在互聯(lián)網(wǎng)上免費(fèi)下載。該軟件在評估車輛的性能時(shí)采用了獨(dú)特的將后向仿真和前向仿真相結(jié)合的混合仿真方法（1）。后向仿真是在某一時(shí)間段，程序推算出汽車從車輪到傳動裝置滿足汽車行駛所需的速度軌跡要求的能量。在前進(jìn)道路上，后向部件受到前向部件的限制。這種方法簡化了計(jì)算過程，并消除了對每一時(shí)刻進(jìn)行迭代的需要。缺點(diǎn)是很難生成真正的直接完成設(shè)計(jì)的控制算法。
現(xiàn)有的混合動力電動汽車的設(shè)計(jì)有三種基本類型：串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)（2）。各種類型是通過車輛部件不同的連接方式和能量流動路徑區(qū)分的。串聯(lián)式混合動力電動汽車由一個給電池組提供電力的動力裝置（即內(nèi)燃機(jī)（ICE）/發(fā)電機(jī)或燃料電池系統(tǒng)）組成，并由一個電力驅(qū)動的電動機(jī)驅(qū)動。該動力裝置是不直接與車輪耦合并能運(yùn)行在最有效率的區(qū)域。并聯(lián)式混合動力汽車的內(nèi)燃機(jī)（ICE）和電動機(jī)都可以為傳動系統(tǒng)提供能量。這種設(shè)計(jì)在發(fā)動機(jī)和車輪之間提供了直接的機(jī)械動力傳遞路徑。混聯(lián)式混合動力電動汽車如豐田的Prius綜合了串聯(lián)式和并聯(lián)式的特點(diǎn)。
車輛的形式又可以根據(jù)汽車的能量控制策略分為不同小類?，F(xiàn)在被廣泛應(yīng)用的能量控制策略是電力輔助式控制策略。這種方案是車輛的動力裝置使電池組的（SOC）保持在一個相對穩(wěn)定的范圍。同時(shí)該策略將考慮電荷枯竭和電荷滿負(fù)荷的不尋常情況（3，4）。該策略主要用于控制電池組的電量而不用于發(fā)動機(jī)的控制。它試圖充分利用電池組和機(jī)載發(fā)動機(jī)的能量。當(dāng)這樣做是最有效時(shí)，在使用中車輛將使用電動機(jī)和電池組獨(dú)自推動車輛行駛。當(dāng)電池組能量沒有高效運(yùn)用