基于ADVISOR混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的建模
Tony Markel and Keith Wipke
（美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室）

摘 要：混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)系統(tǒng)的效率主要依賴(lài)于能量控制策略。本文基于并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)提出了多功能電力輔助能量控制策略。Advisor被用來(lái)作為建模工具，以確定混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的能量控制策略和相應(yīng)的整車(chē)結(jié)構(gòu)參數(shù)。仿真結(jié)果表明，這一控制策略在滿(mǎn)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(chē)好一倍。此外，最后整車(chē)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)超過(guò)20英里的巡航里程。
引言
現(xiàn)在許多汽車(chē)制造商正在開(kāi)發(fā)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)。這些目前正在銷(xiāo)售的汽車(chē)是通過(guò)改善傳動(dòng)系統(tǒng)的效率以幫助我們減少對(duì)外國(guó)石油的依賴(lài)。在美國(guó)能源部（DOE）的支持下，國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）的工程師開(kāi)發(fā)了一個(gè)軟件工具來(lái)幫助早期階段混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的設(shè)計(jì)。通常，有多種設(shè)計(jì)可達(dá)到或超過(guò)客戶(hù)的感知需求。Advisor這個(gè)軟件包允許用戶(hù)快速的運(yùn)行以通過(guò)車(chē)輛設(shè)計(jì)的初始階段。
Advisor是在Matlab/Simulink軟件環(huán)境下開(kāi)發(fā)的，并可以在互聯(lián)網(wǎng)上免費(fèi)下載。該軟件在評(píng)估車(chē)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(chē)從車(chē)輪到傳動(dòng)裝置滿(mǎn)足汽車(chē)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(jiǎn)化了計(jì)算過(guò)程，并消除了對(duì)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(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的設(shè)計(jì)有三種基本類(lèi)型：串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)（2）。各種類(lèi)型是通過(guò)車(chē)輛部件不同的連接方式和能量流動(dòng)路徑區(qū)分的。串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)由一個(gè)給電池組提供電力的動(dòng)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(gè)電力驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。該動(dòng)力裝置是不直接與車(chē)輪耦合并能運(yùn)行在最有效率的區(qū)域。并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)的內(nèi)燃機(jī)（ICE）和電動(dòng)機(jī)都可以為傳動(dòng)系統(tǒng)提供能量。這種設(shè)計(jì)在發(fā)動(dòng)機(jī)和車(chē)輪之間提供了直接的機(jī)械動(dòng)力傳遞路徑?；炻?lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)如豐田的Prius綜合了串聯(lián)式和并聯(lián)式的特點(diǎn)。
車(chē)輛的形式又可以根據(jù)汽車(chē)的能量控制策略分為不同小類(lèi)。現(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(chē)輛的動(dòng)力裝置使電池組的（SOC）保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的范圍。同時(shí)該策略將考慮電荷枯竭和電荷滿(mǎn)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(dòng)機(jī)的控制。它試圖充分利用電池組和機(jī)載發(fā)動(dòng)機(jī)的能量。當(dāng)這樣做是最有效時(shí)，在使用中車(chē)輛將使用電動(dòng)機(jī)和電池組獨(dú)自推動(dòng)車(chē)輛行駛。當(dāng)電池組能量沒(méi)有高效運(yùn)用