构建混合动力电动汽车P2模型
混合动力电动汽车(HEV) P2参考应用程序代表了一个完整的HEV模型,包括内燃机、变速器、电池、电机和相关的动力系统控制算法。使用参考应用程序进行HEV P2混合动力车的硬件在环(HIL)测试、权衡分析和控制参数优化。要创建并打开参考应用程序项目的工作副本,输入
默认情况下,HEV P2参考应用程序配置为:锂离子电池组
测绘电动机
映射火花点火(SI)发动机
这个图表显示了动力总成的配置。
该表描述了参考应用程序中的块和子系统,表明哪些子系统包含变量。为了实现模型变量,参考应用程序使用了变量子系统。
参考应用程序元素 | 描述 | 变体 |
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分析电力和能源 |
双击分析电力和能源打开实时脚本。运行脚本以评估和报告组件级和系统级的功率和能源消耗。有关实时脚本的详细信息,请参见分析电力和能源. |
NA |
驱动周期来源block - FTP75(2474秒) |
生成标准或用户指定的驱动周期速度与时间配置文件。块输出是选定的或指定的车辆纵向速度。 |
✓ |
环境 子系统 |
创建环境变量,包括道路等级、风速、大气温度和压力。 |
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纵向驱动程序 子系统 |
使用纵向驱动程序或开环变体,以生成标准化的加速和制动命令。
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✓ |
控制器 子系统 |
实现一个动力总成控制模块(PCM),包括P2混合动力控制模块(HCM)、发动机控制模块(ECM)和传动控制模块(TCM)。 |
✓ |
乘用车 子系统 |
实现一种混合动力乘用车,它包含动力传动系统、电力装置和发动机子系统。 要建模传动系统,请使用切换到模拟传动系统按钮切换Simscape™和动力传动子系统的Powertrain Blockset™变体。默认情况下,参考应用程序使用Powertrain Blockset变体。Simscape变体集成了物理连接,以提供一种灵活的组装组件的方式。 |
✓ |
可视化 子系统 |
显示车辆级性能、电池荷电状态(SOC)、燃油经济性和排放结果,有助于动力系统匹配和组件选择分析。 |
评估和报告电力和能源
双击分析电力和能源打开实时脚本。运行脚本以评估和报告组件级和系统级的功率和能源消耗。有关实时脚本的详细信息,请参见分析电力和能源.
脚本提供:
可以导出到Excel的整体能源摘要®电子表格。
发动机厂、发电厂和传动系统厂的效率,包括在不同发动机厂效率上花费的时间的发动机直方图。
数据记录,以便您可以使用模拟数据检查器来分析动力系统效率和能量传输信号。
驱动周期来源
的驱动周期来源
Block为选定的或指定的驾驶周期生成目标车辆速度。引用应用程序有这些选项。
时机 | 变体 | 描述 |
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输出采样时间 |
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连续运算符命令 |
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离散运算符命令 |
纵向驱动程序
的纵向驱动程序
子系统生成标准化的加速和制动命令。参考应用程序具有这些变体。
块变异 |
描述 | ||
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纵向驱动器(默认) |
控制 |
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PI控制跟踪发条和前馈增益是车辆速度的函数。 |
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最佳单点预览(前视)控制。 |
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比例积分(PI)控制跟踪上发条和前馈增益。 |
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低通滤波器(LPF) |
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使用LPF对目标速度误差平滑驾驶。 |
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不要在速度误差上使用过滤器。 |
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转变 |
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Stateflow®图表模型倒车、空挡和驱动档位调度。 |
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输入齿轮、车辆状态和速度反馈生成加速和制动命令,以跟踪车辆前进和后退的运动。 |
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不传播。 |
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状态流程图模型倒车,空挡,停车,和n速换挡调度。 |
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开环 |
开环控制分系统。在子系统中,您可以使用恒定或基于信号的输入配置加速、减速、齿轮和离合器命令。 |
要在驱动循环开始时怠速发动机,并在使用踏板命令移动车辆之前模拟催化剂熄火,请使用纵向驱动器变体。纵向驱动器子系统包括点火开关信号剖面,IgSw
.发动机控制器使用点火开关信号启动发动机和催化剂熄火计时器。
当催化剂点燃计时器计数时,催化剂点燃计时器覆盖发动机停止-启动(ESS)停止功能控制。在模拟过程中,IgSw
下沿时间达到催化剂亮起时间CatLightOffTime
, ESS恢复正常运行。如果没有转矩命令,则仿真到达EngStopTime
时,ESS关闭引擎。
控制ESS和催化剂起燃:
在纵向驱动器模型子系统中,设置点火开关剖面
IgSw
“在
”。在发动机控制器模型工作空间中,设置以下校准参数:
EngStopStartEnable
—启用ESS功能。禁用ESS时,设置为false。CatLightOffTime
-从发动机启动到催化剂熄火的发动机空闲时间。EngStopTime
- ESS发动机在驾驶员模型扭矩要求截止后的运行时间。
控制器
的控制器
子系统有一个包含ECM、HCM和TCM的PCM。控制器有这些变体。
控制器 | 变体 | 描述 | |
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ECM | SiEngineController (默认) |
实现了如果控制器 |
|
CiEngineController |
实现了CI控制器 |
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中医 |
|
实现传输控制器 |
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HCM |
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能源管理系统 |
实现了等效消耗最小化策略 |
基于规则的控制 |
P2监控 |
实现一个动态监控控制器,确定发动机扭矩,电机扭矩,启动器,离合器和制动压力命令。 |
|
再生制动控制 |
在基于规则的控制过程中实现并行或串联再生制动控制器。 |
基于规则的控制
HCM实现了一个动态监控控制器,它可以确定发动机扭矩、电机扭矩、启动器、离合器和制动压力命令。具体来说,HCM:
将驾驶员油门踏板信号转换为扭矩请求。该算法利用最优发动机转矩和最大电机转矩曲线来计算动力系统总转矩。
将驾驶员制动踏板信号转换为制动压力请求。该算法将制动踏板信号乘以最大制动压力。
为牵引电机实现再生制动算法,以从车辆中回收最大数量的动能。
实现了一个虚拟电池管理系统。该算法以电池荷电状态为函数,输出动态放电和充电功率极限。
HCM通过在statflow中实现的一组规则和决策逻辑确定车辆的运行模式。操作模式是电机速度和要求转矩的函数。该算法使用计算出的功率请求、油门踏板、电池SOC和车辆速度规则来在电动汽车(EV)和平行混合动力汽车(HEV)模式之间转换。
模式 | 描述 |
---|---|
电动汽车 |
牵引电机提供转矩要求。 |
并联混合动力汽车 |
发动机和电机分开了功率要求。基于目标电池SOC和可用动能,HEV模式确定充电持续功率水平。并联HEV模式为发动机功率命令增加了充电维持功率。为了提供所需的充电持续动力,牵引电机在需要充电时充当发电机,在需要放电时充当电机。如果功率请求大于发动机功率,则牵引电机提供剩余的功率请求。 |
静止的 |
当车辆处于静止状态时,如果电池荷电状态低于最低荷电状态值,发动机和发电机可以提供可选充电。 |
HCM通过一组在statflow中实现的规则和决策逻辑来控制电机和引擎。
控制 | 描述 |
---|---|
引擎 |
|
电动机 |
基于规则的电源管理算法计算不超过动态功率限制的电机转矩。 |
乘用车
实现了一种乘用车乘用车
子系统包括传动系统、发电厂和发动机子系统。要为参考应用程序创建自己的引擎变量,请使用CI和SI引擎项目模板。参考应用程序具有这些变体。
动力传动系统
要建模传动系统,请使用切换到模拟传动系统按钮可以在Simscape和动力传动子系统的Powertrain Blockset变体之间切换。默认情况下,参考应用程序使用Powertrain Blockset变体。Simscape变体集成了物理连接,以提供一种灵活的组装组件的方式。
提示
参考应用程序设置适当的求解器,以优化每个发动机和传动系统组合的性能。首先选择引擎变体,然后使用切换按钮选择传动系统。如果在更换引擎之前选择传动系统,则可能会遇到求解错误。
动力传动系统子系统 | 变体 | 描述 | |
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差异和遵从性 |
全轮驱动 |
配置传动系统的所有车轮,前轮或后轮驱动。对于全轮驱动变体,您可以配置耦合扭矩的类型。 |
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前轮驱动 (默认) |
|||
后轮驱动 |
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液力变矩器自动变速器 |
理想的固定齿轮传动 |
使用1D或4D(默认)查找表配置锁定和解锁传输效率。 |
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变矩器 |
配置为外部、内部(默认)或不锁定。 |
||
车辆 |
车身1自由度纵向 |
配置为1个自由度 |
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车轮和刹车 |
|
对于轮子,你可以配置类型:
为了性能和清晰度,确定每个车轮的纵向力,变体实现纵向轮块。要确定总计所有车轮作用在轴上的纵向力,变体使用比例因子将一个车轮的力乘以轴上的车轮数量。通过使用这种方法来计算总力,变体假设前后轴的轮胎滑移和载荷相等,这在纵向动力系统研究中很常见。如果情况并非如此,例如,当轴的左右两侧的摩擦力或载荷不同时,使用唯一的纵向轮块来计算独立的力。然而,使用唯一的块来建模每个车轮增加了模型的复杂性和计算成本。 |
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发电厂
电厂子系统 | 变体 | 描述 |
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电池 |
BattHevP2 |
配置锂离子电池和DC-DC变换器 |
低压起动系统 |
StarterSystemP2 |
配置低电压启动系统 |
电动机 |
MotMapped (默认) |
映射的电动机使用隐式控制器 |
MotDynamic |
内置控制器的永磁同步电机(PMSM) |
引擎
限制
MathWorks®使用了SI核心引擎而且如果控制器校准混合控制模块(HCM)。如果你使用CI核心引擎而且CI控制器由于HCM没有使用校准的结果,因此模拟可能会出错。
鸣谢
MathWorks要感谢Simona Onori博士对本参考应用程序中实现的ECMS最优控制算法的贡献。Onori博士是斯坦福大学能源资源工程教授。她的研究方向包括汽车和电网级应用储能装置的电化学建模、估计和优化,混合动力和电动汽车建模和控制,PDE建模,以及减排系统的模型阶降阶和估计。她是IEEE的高级成员®.
参考文献
[1]巴拉兹,A.摩拉,E.皮辛格,S.城市汽车电气化动力系统优化.SAE技术论文2011-01-2451。Warrendale, PA: SAE国际替代动力系统杂志,2012。
[2] Onori, S. Serrao, L.和Rizzoni, G.,混合动力电动汽车能源管理系统.纽约:施普林格,2016。
另请参阅
驱动周期来源|纵向驱动程序|映射SI引擎|SI核心引擎|如果控制器|映射CI引擎|CI核心引擎|CI控制器|映射的电动机