混合电动汽车模糊控制策略仿真分析

（研究生课程论文）

汽车动力学

论文题目：混合电动汽车模糊控制策略仿真分析2014年 1 月 4 日

混合电动汽车模糊控制策略仿真分析

摘要:本文以ADVISOR软件中本田Insight的整车模型为研究对象，该车型搭载了ISG启动电机，是一款典型的并联式混合动力汽车。文章首先对其主要模块：车辆动力学、发动机、电机和蓄电池的仿真模型进行了详细地数学建模分析。然后基于后向仿真的原理在MA TLAB/SIMULINK环境中建立了模糊逻辑的控制策略。对ADVISOR软件进行二次开发，将建立的控制策略嵌入到ADVISOR操作系统中进行仿真测试。最后，在ADVISOR的GUI界面中选择1.0L、41kW的发动机和10kW的电机，选择典型城市道路循环工况（UDDS）对模糊控制策略进行性能仿真，验证该控制策略下车辆的动力性、燃油经济性与排放性能并记录仿真结果。

关键词：混合动力电动汽车、ISG、ADVISOR、控制策略、后向仿真

Abstract: The paper takes Honda Insight parallel hybrid electric vehicle (HEV) as the research subject, which is assisted by an integrated starter generator. We firstly mathematical modeling and analyzing the main units of the Insight vehicle simulation model (such as: the vehicle dynamics module, engine module, and motor controller module) in the ADVISOR software, then formulates the Rule-based Control Strategy and the Fuzzy Logic Control Strategy in the MATLAB/SIMULINK environment based on the Backward Simulation principle. In order to embed the two control strategies into the operating system of ADVISOR, the paper redeveloped the ADVISOR2002 for the off-line simulation of the two control strategies. Finally, we chose 1.0L, 41kW engine and 10kW motor in the GUI interface of ADVISOR, test the vehicle’s fuel economy, emission, and power performance in the UDDS conditions, and recorded the simulation results in the table.

Keywords:Hybrid electric vehicle; ISG; ADVISOR; control strategy; backward simulation

1 仿真软件MATLAB/SIMULINK及ADVISOR的介绍

1.1 MATLAB/SIMULINK简介

MATLAB的全称是矩阵实验室。不仅具有强大的数值计算能力，它还可以提供了专业的文字处理、符号计算、实时控制和可视化建模仿真等功能。SIMULINK是MATLAB软件下的一个模块，它主要是用来对动态系统各种信号流进行建模、仿真计算和结果分析的MA TLAB软件包。

SIMULINK在混合动力汽车模拟仿真过程中的主要作用是：利用提供的现有模块对混合动力系统近似建模、仿真和分析，可以在设计之初，根据仿真结果对模型进行调整和修改，也对设计的参数选定有一定的帮助，对控制系统也能进行一定的优化。

1.2 ADVISOR简介

ADVISOR是美国能量部为了便于管理一些关于混合动力的动力系统的项目在二十世纪九十年代基于MATLAB开发的，并在1998年命名为ADVISOR[1]，ADVISOR的主要功能有以下几点：（1）ADVISOR的主要功能是模拟各种汽车（传统汽车，电动汽车等）在整个循环工况中的车辆动力性能、经济燃油性指标以及排放指标，并具有强大的动力性分析、能量流分配分析、效率数据分析能力[2]。

（2）可用来对设计参数的优化匹配，包括整车质量、滚动阻力系数、变速比等，为优化整车及车辆

各部件参数提供一定的参考，也可输入动力性、燃油经济性等车辆指标，自动优化匹配车辆参数，如变速器速比等[1]。

（3）对于电动汽车，可以用来研究其控制策略及参数的匹配，以及变速器换挡规律和车辆动力性能。 （4）该软件的开放平台使出了在软件原有的车型外，用户可根据实际情况修改现有车型参数，以及各部件模块等，建立用户需求的车型，进行仿真分析。

2 混合动力电动汽车主要部件建模分析

本文直接采用ADVISOR 软件中自带的日本本田Insight 单轴并联式混合动力电动轿车模型。Insight 的动力系统以汽油机为主动力，电机为辅助动力，结构特点是发动机和电机在一根轴上混合。在车辆启动和加速时，辅助电机发挥了低速大转矩的优点，弥补汽油机低速、启动加速差的缺点；在减速和制动时电机作为发电机，实现制动能量回收功能。在车辆短时间停车时，发动机关闭取消怠速，在加速踏板踩下后重新启动[2]。

2.1 车辆动力学模型

图1 车辆动力学模型

该模块根据汽车动力方程∑=

ma F 进行计算，其中合力包括滚动阻力、空气阻力、加速阻力和坡度

阻力。该方程首先计算迭代步的加速度来计算所要求的后向驱动力，将迭代步骤开始处和末端处速度的平均值作为平均速度。汽车的实际速度可通过车速子模块计算出来。车辆动力学顶层仿真模型如上图1所示。

假设汽车在坡度为()t γ的路面上行驶，可将整车视为一个整体，对其进行受力分析，如图2所示。

图2 车辆受力分析图

车辆驱动力设为v F ，空气阻力为w F ，爬坡阻力为i F ，滚动阻力为f F ，根据牛顿第二定律，不考虑前后轴的负荷转移，则整车的驱动力需求为[3]：

()()()()())(cos t F t t F t F t F t F j f i w v +++=γ （1） 其中滚动阻力()t F f 与车轮负载、形式和结构有关，空气阻力、爬坡阻力、加速阻力和滚动阻力可表示为[9]：

()()()()()()()()[]

⎪⎪⎪⎩

⎪⎪

⎪⎨⎧=+++===

dt du m

t F t v t v t v gm t F t gm t F A c t v t F j o f i f D w δααααγρα)(sin 22

322212 （2） 式中，αρ为空气密度，()t v 为车速，D c 为风阻系数，f A 为迎风面积，g 为重力加速度，m 为整车质量，()t γ为坡度，o α，1α，…，3α为滚动系数，δ为汽车旋转质量换算系数。由此得到整车的驱动力为：

()()

()()()dt

du

m

t t F t gm A c t v t F f f D v δγγρα+++=

cos sin 2

2 （3）