混合动力柴油机仿真方法及仿真系统研究.pdf

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1、混合动力柴油机仿真方法及仿真系统研究梁建伟罗旭(石家庄职业技术学院机电工程系，河北石家庄050081)摘要：通过对混合动力柴油机仿真软件、仿真方法和建模方法的分析，发现现有仿真软件的不足，需要通过前向仿真方式自主开发混合动力系统模型及数据分析处理软件。关键词：混合动力柴油机；仿真；建模混合动力汽车和传统汽车相比可以有效减少燃料消耗，对于整车的动态需求、驾驶性能、舒适性以及系统安全性等方面也有更高的要求。通过仿真可以对HEV的动力性、经济性和排放性等特征进行快速分析，并提供详细的仿真分析结果。1现有仿真软件随

2、着计算机技术的发展，仿真已成为混合动力汽车重要的分析手段，推出了多种混合动力力仿真软件。目前有代表性的软件有德国dspace公司开发的AsM(Auto—motiveSimulationModels)仿真模型库、美国国家再生能源实验室(NationalRenewableEnergyLabomtory，简称NREL)开发的ADVISOR(AdvancedVehiclesimulator，先进汽车模拟程序)、奥地利AVL公司研究开发的CRuISE仿真分析软件、基于MAT—LAB电力系统分析工具包PsAT稳态仿真软

3、件、奥地利AVL公司研究开发的CRuISE仿真分析软件等。但上述已有的混合动力仿真软件或实时性差、或与控制逻辑对接能力差、或开放性差，尤其是发动机模型，不能满足本研究的要求，需要自主开发。2仿真方法根据仿真方法信息流向的不同，混合动力系统仿真方法可以分为前向仿真和逆向仿真两种。(1)前向仿真，以驾驶员的意图为输入，计算在驾驶循环操作下仿真系统运行状态，所以数据流向与实车操作过程中的能量流方向相同，计算过程与汽车行驶时各部件的实际工作过程相一致。在前向仿真中，驾驶员模型是数据流的输入，整车控制器从驾驶员模型得

4、到油门开度和制动踏板开度，然后由整车控制器根据控制策略进行转矩需求和能量分配，将转矩需求和状态参数发送给各个子系统。由于前向仿真以驾驶员的意图体现路况需求，而驾驶员的意图直接作为控制系统驾驶循环的输入，它对控制逻辑的调用过程和实车在路上的状态一致，所以前向仿真对系统控制逻辑开发更有利，更直接。(2)逆向仿真，以系统的需求对象为输入条件，即将假定的驾驶循环路况特征为系统输入，根据工况需求仿真得到系统工作需求和各子系统的状态需求。逆向仿真更着重干系统性毹的体现。在仿真过程中，以系统需求为输入，根据各子系统的性能

5、参数和工况特性，如驱动系统各部件必须具备和可以得到的转矩、转速、功率等信息，得到各子系统所需的能量消耗，进而得到整车系统在设定的行驶循环工况下的燃油消耗和电池电量消耗。逆向仿真模型结构简单，模型运行时间短，能较好地反映系统性能特征，当在特征路况下进行系统设计、性能匹配等工作时，逆向仿真可以提供有效支持。3建模方法仿真系统从使用的建模方法又可以分为实验数据法、理论机理法以及两种模式结合的复合仿真。在混合动力系统中发动机模型构造复杂，很难线形化，所以混合动力系统中发动机采用的仿真建模方法通常直接决定了系统的建模

6、方法。(1)实验数据仿真法，根据大量的台架实验数据，以经验MAP或者数据拟合公式的方式确定某一款发动机输入输出特性。该方法建立的模型主要由实验得来的经验MAP和数据参数构成。(2)理论机理仿真法，依托动力学原理、流体力学知识、燃烧理论和热传导理论等，分析发动机的工作过程，将发动机的物理实物公式化，建立运动机构的动力学方程。(3)复合仿真法，结合试验数据和理论公式。一方面，利用试验数据得出简化的特性数据，完成难以公式归纳和有大量闭环迭代的仿真部分，满足理论公式边界条件要求；另一方面，需要将理论公式与试验数据接

7、合，用离散化方法消除其可能存在的迭代收敛影响，将复杂的数学问题简化成可执行的仿真逻辑构架。该仿真方式偶尔在复杂的电控系统控制逻辑中见到，其仿真模型通常用于计算目标设定值和估算值。实验数据法，仿真模型简单，仅依靠一个或几个经验数据函数就可以完成混合动力发动机的仿真模型，其优越性在混合动力整车性能分析过程中得到体现。但难以描述发动机的实时特性，无法与控制逻辑连接，也体现不出发动机控制系统参数变化引起的系统性能变化。理论仿真模型计算时间长，需要大量的外边界条件，迭代计算过程与真实电控制系统控制过程不同，造成仿真与

8、实际控制输入信号无法兼容。仅单独使用试验数据法、理论机理法，或者两种方法建立的模块简单拼接都不满足系统实时性以及与和真实控制逻辑连接的需求。而使用复合仿真模式搭建动态发动机模型，虽然理论理解能力要求高——需要对多处收敛公式进行解环处理，工作量大——大量的数据分析和边界条件规划，但却是建立实时性发动机瞬态特性数据仿真模型，并与真实控制策略对接的唯一手段。4结语通过分析已有的仿真软件、仿真方法和建模方法，本文建立自主