11_基于CRUISE与Simulink软件对整车启停技术的仿真_奇瑞张毅等

基于Cruise与Simulink软件对整车智能启停技术的仿真
张毅解国强邓晓龙
（奇瑞发动机工程研究院，安徽，芜湖，241009）
摘要：讨论了如何使用CRUISE与SIMULINK对整车启停技术进行仿真，通过仿真计算分析了采用启停技术对整车经济性能的影响。

关键词：整车性能；启停技术
主要软件：A VL CRUISE
1. 前言
由于面临能源短缺和环境保护的巨大挑战，新能源汽车成为一个研究的热点。

有专家认为，从近期和中期来看，混合动力汽车（HEV）与电动汽车（EV）是传统汽车的最佳替代车辆[1]。

由于电池储能技术的限制，虽然近年来插电式混合动力汽车（PHEV）技术作为未来纯电动车的过度技术得到极大的重视，各大汽车厂家纷纷投入巨资进行PHEV技术的研发，但是价格成本阻碍了该技术的普及，所以近年来微混技术成为各公司研发的重点，其技术方向主要包括传动一体化启动/发电机（BSG）技术和智能启停（Smart Start-Stop）技术。

Delphi，Ricardo，Bosch和Valeo等公司都成功地开发了微混技术，其微混方案可与现有动力总成组合，启动电机可以安静快速地重启内燃机，这是传统的动力总成无法做到的[2]。

常见的智能启停技术分为以下两种控制模式：（Ⅰ）减速过程中，车速为零，发动机回到怠速，迅速停机；待松开制动踏板，发动机快速启动车辆运行。

采用此模式的有风神S30，奇瑞A5 BSG等车型[3]。

（Ⅱ）减速过程中，汽车车速低于一定值时，发动机停机。

采用该种启停模式的有Benz Smart Fortwo，当刹车过程中车速低于一定车速时，发动机停止工作；当松开制动踏板，发动机快速启动车辆运行[4]。

文中对分别采用两种工作模式的某整车经济性能进行了模拟仿真，分析了采用启停技术前后，ECE、EUDC、NEDC油耗的变化量。

2. 基于Cruise与Simulink对采用启停技术的整车建模简介
2.1 模型介绍
利用A VL-CRUISE对整车采用启停技术建模如图1所示，与不采用启停技术的模型相比仅多了一个控制单元Matlab API，其余模型部分均与传统的汽油机为动力，前置前驱车辆模型一致[5] [6]。

图1 采用启停技术的整车模型
图2 mdl 模型控制图
2.2 Simulink 模型与信号连接处理
发动机自动启动的逻辑条件为有加速信号、无刹车信号、档位处于非空档状态。

发动机自动停机的逻辑条件为车速降低至限值以下、无加速信号、档位置于空档、离合器踏板完全松开。

利用Simulink 建立的控制发动机启动与停机的mdl 模型图如图2所示。

控制逻辑为当检测到load signal （加速踏板）信号和gear （档位）信号，并且没有brake pressure （制动压力）时，发动机启动；当检测到velocity （车辆速度）信号低于限值时，发动机停机。

Matlab API 即mdl 模型连接Cruise 信号如表1所示。

表1 Matlab API 信号连接
图3 未采用启停技术时ECE 循环发动机运行工况图4 采用启停技术Ⅰ时ECE
循环发动机运行工况图5 未采用启停技术时ECE 循环发动机运行工况图6 采用启停技术Ⅱ时ECE 循环发动机运行工况
3. 计算结果分析
利用Cruise 对采用启停技术Ⅰ﹑Ⅱ前后整车欧洲工况油耗进行了计算，计算结果见表2所示。

表2 采用启停技术前后整车工况油耗变化
未采用启停采用启停技术Ⅰ 采用启停技术Ⅱ 油耗 油耗 改善量 改善程度油耗 改善量 改善程度 L/100km L/100km L/100km % L/100km L/100km % ECE 8.97 8.14 0.85 9.25 7.7 1.27
14.16 EUDC 5.65 5.60 0.10 0.88 5.59 0.06 1.06 NEDC 6.87 6.54 0.33 4.80 6.37 0.50 7.28 整车采用启停技术Ⅰ后，ECE 循环油耗降低9.25%，EUDC 循环油耗降低0.88%，NEDC 循环油耗降低4.80%；整车采用启停技术Ⅱ后，ECE 循环油耗降低14.16%，EUDC 循环油耗降低1.06%，NEDC 循环油耗降低7.28%。

采用启停技术Ⅰ，车速降低为零时，API 控制使发动机迅速停机；满足迅速启动的逻辑条件时，发动机快速启动。

采用启停技术前后，ECE 循环，发动机运行工况分别见图3与图4所示。

采用启停技术后，循环过程中基本消除了怠速过程不必要的油耗损失。

采用启停技术Ⅱ，车速降低为5km/h 时，API 控制使发动机迅速停机；满足迅速启动的逻辑条件时，发动机快速启动。

采用启停技术前后，ECE 循环，发动机运行工况分别见图5与图6所示。

采用启停技术Ⅱ后，循环过程中既消除了怠速过程不必要的油耗损失，又缩短了车速较低时发动机低负荷高油耗区域运行时间；比采用启停技术Ⅰ，经济性能更好，但如果采用该模式，在拥堵的城市中使用，容易造成非常频繁的启停，驾驶性比较差。

4. 结语
（1）采用Cruise与Simulink耦合计算可以实现采用启停技术后整车经济性能仿真，建模过程简单方便，无须在原有的未采用启停技术的模型上做太多改动。

（2）采用启停技术，消除的是怠速阶段油耗，这对改善汽车城市运行时的经济性能大有好处，达到道路越拥堵越省油的目的。

（3）发动机本身怠速油耗影响使用启停技术后的整车油耗改善量，如果发动机本身怠速油耗较大，则采用启停技术对改善整车油耗效果很明显。

参考文献
[1] 常城,周雅夫. 混合动力电动汽车的建模与仿真研究[J]. 机械设计与制造, 2009, 2（2）: 130~132
[2] 李振磊,林逸,龚旭,等.基于Start-Stop技术的微混轿车仿真与试验研究[J]. 中国机械工程. 2010, 21（1）:
110~113
[3] 詹迅,秦大同,杨阳,等.轻度混合动力汽车再生制动控制策略与仿真研究[J]. 中国机械工程. 2006, 17（3）：
321~324
[4] 许鸿德,谭浩鹏. 欧洲车厂的节能之路: Stop-Start系统卷土重来[J]. 汽车杂志. 2008（1）:154~157.
[5] Avl Cruise 2008 User guide
[6] Avl Cruise 2008 Interfaces, 22-25。