基于ADVISOR2002混合动力汽车控制策略模块开发
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[ Abstract] T he parallel cont rol st rategy in the HEV simulat ion soft ware ADVISOR w as introduced in this paper T hen t hat strat eg y module in ADVISOR2002 w as redeveloped according to t he specif ic case of t he project and a comparat ive simulat ion w as performed on a real vehicle model T he results show ed that the modified cont rol st rat eg y could be robustly run in t he int erface GU I of ADV ISOR 2002 and is more rational and reliable, meet ing the practical requirement s
2004 年 ( 第 26 卷) 第 4 期
汽车 工程 Automotive Engineer ing
2004 ( Vol. 26) No. 4
2004094
基于 ADVISOR2002 混合动力汽车控制策略模块开发
ห้องสมุดไป่ตู้
曾小华1 王庆年2 李 骏3 王伟华2 初 亮2
( 吉林大学, 1 汽车动态模拟国家重点实验室, 2 汽车工程学院, 长春 130025) 3( 第一汽车研究中心, 长春 130011)
HEV 的实际需要, 提出了一种新的控制策略。编制 了它的 实现模块( MAT LAB/ SIMU L INK) , 并嵌入 到原控制策略库中, 作为以后调用的模块。同时提 出了修改 ADV ISOR2002 的步骤, 使所提出的控制 策略能够参与 ADVISOR2002 的仿真。
2 并联控制策略研究
[ 摘要] 介绍 了 混 合 动 力汽 车 仿 真 软件 A DVI SOR 中 的并 联 控 制 策略, 结 合 课题 的 实 际 情况, 对 ADV I SOR2002 的并联控制策略进 行了二次开发, 并针对某一车型 进行了 仿真对比 , 结 果表明 所提出的 控制策 略不仅 能 够鲁棒地在 ADV ISOR2002 界面中运行, 而且合理、可靠, 满足实际需要。
叙词: ADVISOR, 混合动力汽车, 控制策略, 仿真
T he Development of HEV Control Strategy M odule Based on ADV ISOR2002 Softw are
Zeng Xiaohua1, Wang Qingnian2, Li Jun3, Wang Weihua2 & Chu Liang2
对电机的充电转矩。通过上面的分析可见, 缺省并 联控制策略简单、有效[ 2, 3] 。
大负荷工况下按此控制策略运行时, 如 ADVI
SOR2002 中的 CYC NREL 2VAIL 工况, 因为有爬
坡要求, 所以多数 情况下发动机和 电机联合工作。
而模 型中的 ess on 值 在 HEV 中, 都 是固定的 常
v inf name= ∀PARAL LEL ESSOF F defaults in ∀vinf drivetr ain name= ∀parallel ESSOF F∀;
用户可以根据需要自己命名所修改的 顶层模 块。为了使 ADV ISOR2002 能识别此模块, 须向全 局变量 Vinf 的驱动链域中添加如下命令。 optionlist ( ∀add∀,∀drivet rain∀, ∀parallel ESSOFF∀) 然 后在 block diagram name m 文件的 sw itch drive t rain 语句中增加下面语句
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汽车工程
2004 年 ( 第 26 卷) 第 4 期
求须存入一 GoT o T ag 模块中, 以引用作为 电池开 关判断。 3 3 修改 m 文件
为了使 ADVISOR2002 能够引用上面所修改的 顶层模块, 必须修改部分 m 文件。将原有的装载文 件 PARALL EL defaults in m 的头两条语句修改 为
值, 即为 1 。这样当电池非常馈电如低于 20% 时, 由于当前汽车的负荷很大, 发动机已不能够提供足
够的动力, 而此时, 电池还要进一步放电来辅助提供
动力, 这样使电池进一步恶化。但在实际情况下, 出 于对安全和电池寿命的考虑, 对电池的工作区间按 红黄绿 3 区进行划分, 如图 2 所示。在大多数情况 下, 使电池工作在绿区( 中间附近) , 同时电池也可工 作在黄区( 中间与两侧相夹区域) , 但电池绝不能在 红区( 两侧) 工作。即电池电量处于左侧红色区域还 要求电池放电或电池处于右侧红色区域且还要求对 电池充电, 这两种情况都是不允许的。
对于 HEV, 控制策略的主要任务是发动机与电 机之间的功率( 或转矩) 如何有效地分配。更高级的 控制策略应当以两系统最优为目标, 按最优控制规 律来进行合理分配。但最优控制规律分配使系统变 得很复杂且难实现。虽然 ADVISOR2002 中的高级 选项已有这部分内容, 但在较短时间内理解和消化 是比较困难的。作为研究的突破口, 这里以 ADV I
当电池的 SOC 满足 SOC< SOC dllo and T m r> 0 或
SOC> SOC dlhi and T m r< 0 时必须关闭电池, 其中 SOC dllo和 SO C dlhi 分别 对应模块中的 cs dl lo soc 及 cs dl hi soc, 它 们分别表示电池 SOC 不能工作的极限低值和极限 高值。根据上述思想, 对原 ADVISOR 中的缺省并 联控制策略进行修改, 以避免对电池的损坏。
打开原 ADV ISOR 顶层模块 BD PAR mdl, 并 另存命名为 BD PAR ESSOFF mdl, 在该顶层模 块进行修改。首先断开 pow er bus 子模块, 把原来 ess on 常数模块替换为 GoT o T ag 模块, 这样可将 控制策略判断所得电池开关命令分配到电池电机系 统, 以便适当时机断开电系统。另外, 电机的转矩要
dl lo soc= 0 4; 并另存名称如 P T C PAR ES SOF F。最后打开 adjust conf ig bds m 文 件找到 case ∀par#cs∃conf ig∀语句, 在它下面索引语句如:
Tm= 0 红区
同 右 黄区
T e= T+ T chg T e= T- T chg
( - ) Tm= T - T e ( + ) T m= T - T e
绿区
绿区
同 左 黄区
T m= 0 红区
0 soc dllo soclo
soc0
so chi soc dlhi 100%
图 2 电池工作的 3 个分区示意图
T m 分别是发动机和电机系统向驱动车轮提供的转
矩, T chg 为电池补充转矩。T m 前面的符号说明: 如 果当前电池电量在中线右侧, 则 T m 为正, 此时电机
处于电动状态, 辅助提供动力, 相应地电池放电使电
池 SOC 向中线靠近; 相反, 如果电池电量在中线左
侧, 则 T m 为负, 电机处于发电状态, 发动机不仅给 车轮提供动力还给电池充电, 同样使电池 SOC 向中
3 并联控制策略嵌入 ADV ISOR2002
为了保证电池寿命, 提出电池工作的 3 区域, 这 样要对电池的开关进行控制。下面分以下几个步骤 进行。 3 1 修改模块控制库
打开 lib controls 控制库文件, 选择 EDIT 菜单 下的 UNL OCK L IBRARY, 同时拷贝、粘贴 原控制 策略模块并命名 ( 这里按缺省名后加 1) , 然后断开 L INK 选项就可修改, 以实现对电池开关进行控制。 修改后的 ess on 判断子系统不再是常数。最后在 配置子系统模板中配置新增模块, 然后关闭保存该 库。 3 2 修改顶层模块
K=
T const A soc
=
T co nst ( SO Chi - SOClo) / 2
该值说明电池 SOC 偏离中线越大, 平衡到中线的转
矩值也越大, 其中 SO Chi、SOClo和 T const 分别对应模 块中的 cs hi soc、cs lo soc 和 cs charge t rq, 分别表示为电池 SOC 设定高限值、低限值和发动机
T e = T + T chg (- ) T m = T - T e
T e = T - T chg (+ ) Tm = T - Te
0
so clo
so c0
soc hi
100%
图 1 缺省并联控制策略原理
图 1 中 T 为汽车运行工况的转矩要求, 即汽车 的总负荷要求, 在给定的工况下, 为一确定值。T e 和
原稿收到日期为 2003 年 7 月 4 日, 修改稿收到日期为 2003 年 9 月 16 日。
2004 年 ( 第 26 卷) 第 4 期
汽车工程
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SOR2002 中最为常用的控制策略, 即缺省的并联控 制策略作为研究对象, 讨论其特点, 并有针对性地提 出实际有效的控制方案。
在 ADVISOR2002 中, 并联 HEV 控制策略的建 模思想是: 在多数情况下, 电池 SOC 维持在它的中 线附近, 使电池电量保持充足, 这样对电池的寿命有 利, 它的实现见图 1。
线靠近。可见该控制策略的思想是使电池 SOC 向
中线平衡, 即在多数情况下, 维持电池电量在中线波
动, 处于动态平衡状态, 所以称为电池平衡型控制策
略。
在 ADVISOR2002 中, 上述控制策略是由电池
补充转矩 T chg 计算子模块具体实现的。
T chg = | K ( SOC - SOC0) | 式中常数 K > 0。
case ∀parallel ESSOFF∀ bd name= ∀BD PAR ESSOFF∀;
这样在 ADVISOR2002 的 GUI 界面中便可看 到新 驱动链配置项( BD PAR ESSOFF ) , 同时在 AD V ISOR \ gui \ gui image m 文件中增加所索引的 图象文件名, 即可替换成用户所要显示的图像界面。 另外, 两个新变量 cs dl lo soc 及 cs dl hi soc 必须在控制策略 m 文件中进行定义: 打开原 P T C PAR, 增加该两变量如定义 cs dl hi soc= 0 9; cs
Keywords: ADVISOR, Hybrid electric vehicle, Control strategy, Simulation
1 前言
ADVISOR 的第二版 自 1998 年在 网上公布 以 来, 国内的研究单位和院校对它进行了不同程度的 应用与开发。2002 年 4 月公布的最新版本 ADVI SOR2002 除了继承原版本的风格外, 还增加了几项 新功能[ 1] 。其中很重要的一点 是用户可更方 便地 对它进行开发和配置新模块。
ADVISOR 本身含有混合动力汽车( H EV) 的控 制策 略, 而 且 所提 出 的 控 制 策 略 及 方 法 都 通 过 M AT L AB/ SIM UL INK 模块反映出来, 这种开放式 的编 程方式对 国内进行 HEV 的研究是 值得借 鉴 的。作者在充分理解原 ADVISOR2002 软件的并联 控制策 略的基 础上, 针对 课题 组正在 开发 的并 联
1 S tate Key Laborat ory of Au tomobi le Dynami cal S i mulat ion , Changchun 130025 2 Coll ege of A utomot iv e Engi neer ing , Jil in Uni v ersi ty , Changchu n 130025 3R & D Ce nter of FA W , Changchun 130011
2004 年 ( 第 26 卷) 第 4 期
汽车 工程 Automotive Engineer ing
2004 ( Vol. 26) No. 4
2004094
基于 ADVISOR2002 混合动力汽车控制策略模块开发
ห้องสมุดไป่ตู้
曾小华1 王庆年2 李 骏3 王伟华2 初 亮2
( 吉林大学, 1 汽车动态模拟国家重点实验室, 2 汽车工程学院, 长春 130025) 3( 第一汽车研究中心, 长春 130011)
HEV 的实际需要, 提出了一种新的控制策略。编制 了它的 实现模块( MAT LAB/ SIMU L INK) , 并嵌入 到原控制策略库中, 作为以后调用的模块。同时提 出了修改 ADV ISOR2002 的步骤, 使所提出的控制 策略能够参与 ADVISOR2002 的仿真。
2 并联控制策略研究
[ 摘要] 介绍 了 混 合 动 力汽 车 仿 真 软件 A DVI SOR 中 的并 联 控 制 策略, 结 合 课题 的 实 际 情况, 对 ADV I SOR2002 的并联控制策略进 行了二次开发, 并针对某一车型 进行了 仿真对比 , 结 果表明 所提出的 控制策 略不仅 能 够鲁棒地在 ADV ISOR2002 界面中运行, 而且合理、可靠, 满足实际需要。
叙词: ADVISOR, 混合动力汽车, 控制策略, 仿真
T he Development of HEV Control Strategy M odule Based on ADV ISOR2002 Softw are
Zeng Xiaohua1, Wang Qingnian2, Li Jun3, Wang Weihua2 & Chu Liang2
对电机的充电转矩。通过上面的分析可见, 缺省并 联控制策略简单、有效[ 2, 3] 。
大负荷工况下按此控制策略运行时, 如 ADVI
SOR2002 中的 CYC NREL 2VAIL 工况, 因为有爬
坡要求, 所以多数 情况下发动机和 电机联合工作。
而模 型中的 ess on 值 在 HEV 中, 都 是固定的 常
v inf name= ∀PARAL LEL ESSOF F defaults in ∀vinf drivetr ain name= ∀parallel ESSOF F∀;
用户可以根据需要自己命名所修改的 顶层模 块。为了使 ADV ISOR2002 能识别此模块, 须向全 局变量 Vinf 的驱动链域中添加如下命令。 optionlist ( ∀add∀,∀drivet rain∀, ∀parallel ESSOFF∀) 然 后在 block diagram name m 文件的 sw itch drive t rain 语句中增加下面语句
! 396 !
汽车工程
2004 年 ( 第 26 卷) 第 4 期
求须存入一 GoT o T ag 模块中, 以引用作为 电池开 关判断。 3 3 修改 m 文件
为了使 ADVISOR2002 能够引用上面所修改的 顶层模块, 必须修改部分 m 文件。将原有的装载文 件 PARALL EL defaults in m 的头两条语句修改 为
值, 即为 1 。这样当电池非常馈电如低于 20% 时, 由于当前汽车的负荷很大, 发动机已不能够提供足
够的动力, 而此时, 电池还要进一步放电来辅助提供
动力, 这样使电池进一步恶化。但在实际情况下, 出 于对安全和电池寿命的考虑, 对电池的工作区间按 红黄绿 3 区进行划分, 如图 2 所示。在大多数情况 下, 使电池工作在绿区( 中间附近) , 同时电池也可工 作在黄区( 中间与两侧相夹区域) , 但电池绝不能在 红区( 两侧) 工作。即电池电量处于左侧红色区域还 要求电池放电或电池处于右侧红色区域且还要求对 电池充电, 这两种情况都是不允许的。
对于 HEV, 控制策略的主要任务是发动机与电 机之间的功率( 或转矩) 如何有效地分配。更高级的 控制策略应当以两系统最优为目标, 按最优控制规 律来进行合理分配。但最优控制规律分配使系统变 得很复杂且难实现。虽然 ADVISOR2002 中的高级 选项已有这部分内容, 但在较短时间内理解和消化 是比较困难的。作为研究的突破口, 这里以 ADV I
当电池的 SOC 满足 SOC< SOC dllo and T m r> 0 或
SOC> SOC dlhi and T m r< 0 时必须关闭电池, 其中 SOC dllo和 SO C dlhi 分别 对应模块中的 cs dl lo soc 及 cs dl hi soc, 它 们分别表示电池 SOC 不能工作的极限低值和极限 高值。根据上述思想, 对原 ADVISOR 中的缺省并 联控制策略进行修改, 以避免对电池的损坏。
打开原 ADV ISOR 顶层模块 BD PAR mdl, 并 另存命名为 BD PAR ESSOFF mdl, 在该顶层模 块进行修改。首先断开 pow er bus 子模块, 把原来 ess on 常数模块替换为 GoT o T ag 模块, 这样可将 控制策略判断所得电池开关命令分配到电池电机系 统, 以便适当时机断开电系统。另外, 电机的转矩要
dl lo soc= 0 4; 并另存名称如 P T C PAR ES SOF F。最后打开 adjust conf ig bds m 文 件找到 case ∀par#cs∃conf ig∀语句, 在它下面索引语句如:
Tm= 0 红区
同 右 黄区
T e= T+ T chg T e= T- T chg
( - ) Tm= T - T e ( + ) T m= T - T e
绿区
绿区
同 左 黄区
T m= 0 红区
0 soc dllo soclo
soc0
so chi soc dlhi 100%
图 2 电池工作的 3 个分区示意图
T m 分别是发动机和电机系统向驱动车轮提供的转
矩, T chg 为电池补充转矩。T m 前面的符号说明: 如 果当前电池电量在中线右侧, 则 T m 为正, 此时电机
处于电动状态, 辅助提供动力, 相应地电池放电使电
池 SOC 向中线靠近; 相反, 如果电池电量在中线左
侧, 则 T m 为负, 电机处于发电状态, 发动机不仅给 车轮提供动力还给电池充电, 同样使电池 SOC 向中
3 并联控制策略嵌入 ADV ISOR2002
为了保证电池寿命, 提出电池工作的 3 区域, 这 样要对电池的开关进行控制。下面分以下几个步骤 进行。 3 1 修改模块控制库
打开 lib controls 控制库文件, 选择 EDIT 菜单 下的 UNL OCK L IBRARY, 同时拷贝、粘贴 原控制 策略模块并命名 ( 这里按缺省名后加 1) , 然后断开 L INK 选项就可修改, 以实现对电池开关进行控制。 修改后的 ess on 判断子系统不再是常数。最后在 配置子系统模板中配置新增模块, 然后关闭保存该 库。 3 2 修改顶层模块
K=
T const A soc
=
T co nst ( SO Chi - SOClo) / 2
该值说明电池 SOC 偏离中线越大, 平衡到中线的转
矩值也越大, 其中 SO Chi、SOClo和 T const 分别对应模 块中的 cs hi soc、cs lo soc 和 cs charge t rq, 分别表示为电池 SOC 设定高限值、低限值和发动机
T e = T + T chg (- ) T m = T - T e
T e = T - T chg (+ ) Tm = T - Te
0
so clo
so c0
soc hi
100%
图 1 缺省并联控制策略原理
图 1 中 T 为汽车运行工况的转矩要求, 即汽车 的总负荷要求, 在给定的工况下, 为一确定值。T e 和
原稿收到日期为 2003 年 7 月 4 日, 修改稿收到日期为 2003 年 9 月 16 日。
2004 年 ( 第 26 卷) 第 4 期
汽车工程
! 395 !
SOR2002 中最为常用的控制策略, 即缺省的并联控 制策略作为研究对象, 讨论其特点, 并有针对性地提 出实际有效的控制方案。
在 ADVISOR2002 中, 并联 HEV 控制策略的建 模思想是: 在多数情况下, 电池 SOC 维持在它的中 线附近, 使电池电量保持充足, 这样对电池的寿命有 利, 它的实现见图 1。
线靠近。可见该控制策略的思想是使电池 SOC 向
中线平衡, 即在多数情况下, 维持电池电量在中线波
动, 处于动态平衡状态, 所以称为电池平衡型控制策
略。
在 ADVISOR2002 中, 上述控制策略是由电池
补充转矩 T chg 计算子模块具体实现的。
T chg = | K ( SOC - SOC0) | 式中常数 K > 0。
case ∀parallel ESSOFF∀ bd name= ∀BD PAR ESSOFF∀;
这样在 ADVISOR2002 的 GUI 界面中便可看 到新 驱动链配置项( BD PAR ESSOFF ) , 同时在 AD V ISOR \ gui \ gui image m 文件中增加所索引的 图象文件名, 即可替换成用户所要显示的图像界面。 另外, 两个新变量 cs dl lo soc 及 cs dl hi soc 必须在控制策略 m 文件中进行定义: 打开原 P T C PAR, 增加该两变量如定义 cs dl hi soc= 0 9; cs
Keywords: ADVISOR, Hybrid electric vehicle, Control strategy, Simulation
1 前言
ADVISOR 的第二版 自 1998 年在 网上公布 以 来, 国内的研究单位和院校对它进行了不同程度的 应用与开发。2002 年 4 月公布的最新版本 ADVI SOR2002 除了继承原版本的风格外, 还增加了几项 新功能[ 1] 。其中很重要的一点 是用户可更方 便地 对它进行开发和配置新模块。
ADVISOR 本身含有混合动力汽车( H EV) 的控 制策 略, 而 且 所提 出 的 控 制 策 略 及 方 法 都 通 过 M AT L AB/ SIM UL INK 模块反映出来, 这种开放式 的编 程方式对 国内进行 HEV 的研究是 值得借 鉴 的。作者在充分理解原 ADVISOR2002 软件的并联 控制策 略的基 础上, 针对 课题 组正在 开发 的并 联
1 S tate Key Laborat ory of Au tomobi le Dynami cal S i mulat ion , Changchun 130025 2 Coll ege of A utomot iv e Engi neer ing , Jil in Uni v ersi ty , Changchu n 130025 3R & D Ce nter of FA W , Changchun 130011