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作者单位：长安大学陕西 西安710064
【摘要】以现有车型为基础，综合考虑成本、系统实现以及循环工况要求，对设计方案进行了详细分析，并通过模拟仿真来对混合动力汽车HEV的性能进行评估，包括动力性、燃油经济性和排放，最终给出纯电动车轿车方案的设计，主要内容包括关键零部件的配置、关键参数选取以及基本控制策略设计。通过在AVL cruise环境下搭建整车仿真模型，并在 MATLAB 环境下搭建控制策略模型，应用AVL和Simulink联合仿真，验证该增程式串联纯电动车满足设计要求。
【关键词】纯电动汽车；AVL cruise；MATLAB；控制策略
前言
一、增程式串联纯电动车
增程式串联纯电动汽车是一种配有地面充电和车载供电功能的纯电驱动的电动汽车。整车运行模式可根据需要，工作于纯电动模式、增程模式或混合动力模式纯电动车模式（HEV）。当工作在增程模式时，节油率随电池组容量增大无限接近纯电动汽车，是纯电动汽车的平稳过渡车型。
（一）布置形式
增程式串联纯电动轿车由发动机、发电机组，电池，电动机等部分组成，其主要特点如下：
1.系统结构简单，采用大功率电动机直接通过主减速器驱动车轮，从而取代了变速器；
2. 增程式电动汽车纯电动驱动模式在一般工况下启动，而仅当电池电量不足时才启动增程驱动模式，且具备结构简单，整车轻量化等特点；
3.由于该系统设计的电池容量比较大，外部的充电功能（即纯电动部分）可以满足低速工况行驶的要求。此时，发动机可以不工作在怠速区域，从而可以降低了汽车的油耗和废气排放。
（二）工作模式
增程式纯电动车比纯电动汽车增加了发动机和+发电机组，大大提高了续驶里程。增程式纯电动车可利用外部电网进行充电。
增程式纯电动车在电池充满电的初期行驶，整车所需求功率完全由动力电池提供，发动机不参与工作，此时增程式纯电动车相当于纯电动汽车；当电池组的能量消耗到一定程度时，发动机启动，与动力电池协同工作，此时增程式纯电动车相当于混合动力汽车[2]。其电池容量只要满足城市多数人员必要的工作出行要求，故和纯电动汽车相比，大大降低了电源成本。
三、增程式纯电动汽车控制策略研究
本文控制策略是基于 Simulink 建立的。Simulink 是 MATLAB 中的一个附加组件，用于提供系统级的建模与动态仿真工作平台。Simulink 以模块组合的形式使用户能快速而准确地创建动态系统的计算机模型。我们可以使用 Simulink 处理线性和非线性系统，离散、连续和混合系统。
在满足整车动力性、燃油经济性、排放性以及成本等要求的前提下，增程式纯电动车控制策略的目标是实现能量在增程器、动力电池组和驱动电机之间合理而有效的分配，使整车系统效率最高。而增程器以及电机工作性能的优劣，对整车的动力性，经济性以及排放性有巨大的影响。在增程式纯电动车的研究中，优化控制增程器和电机是提高增程式纯电动车工作效率的关键。
利用Matlab/Simulink软件，实现了该策略代码。该模型由三部分组成，第一部分用于输入信号，第二部分用于判断驾驶模式，第三部分用于能量管理。模块的输入信号来自CRUISE车辆模型中的输出，包括车速、加速踏板位置、发动机转速等等。主控制器的输出包括发动机断油控制、节气门开度控制和电机负载。这些控制变量传送到CRUISE车辆模型作为控制器的输入[4]。
四、CRUISE整车模型
（一）模型的建立及参数设定
Cruise模型搭建，以上述方法搭建轮毂电机、电池、ASC等部件的模型，按照选型设计的计算结果设定其参数。连接各个部件，Cruise整车模型搭建完成。
五、CRUISE与MATLAB联合仿真
CRUISE与MATLAB的联合应用，可以让用户把自己设计的逻辑程序集成到CRUISE里面，这样
我们就可以方便的使用MATLAB/SIMULINK进行建模[5]。CRUISE与MATLAB的联合应用主要有一下四种方式：（1）MATLAB DLL方式；（2）MATLAB API方式；（3）CRUISE INTERFACE 方式；（4）CRUISE INTERFACE CMC编译方式。
本文采用MATLAB DLL方式与CRUISE进行联合仿真。使用此方式进行联合仿真时，需要在SIMULINKTM模型中进行一下操作：（1）输出定义；（2）模型编译；（3）在MS Windows下链接生成DLL文件。在CRUISE进行仿真计算时，MATLAB DLL是在后台运行的，连接组件之间的数据交换，是通过SIMULINKTM中输入输出向量的定义来进行的。
六、仿真结果分析
根据软件的设计和整车计算的需要，应设定如下计算任务：（1）全负荷加速度计算任务；（2）标准循环工况分析。
（一）仿真结果输出及分析
主要的仿真结果如下：
1.汽车全加速性能
增程式串联纯电动汽车在13s内可加速至60km/h，17.5s内可加速至72km/h，最大加速为15m/s2，因此基本满足整车主要的技术指标。
2.标准循环工况仿真结果
标准循环工况仿真中，SOC从95%下降致65%左右，车辆纯电动里程数为10km，可以看出，整车符合静默里程要求。
通过在AVL cruise环境下搭建整车仿真模型，并在 MATLAB 环境下搭建控制策略模型，应用AVL和simulink联合仿真，验证该增程式串联纯电动车满足设计要求。也说明了了该仿真方法的可行性。
参考文献
[1]洪亮.增程式电动汽车动力系统参数匹配与仿真[J].机电技术，2012.
[2]杨志鹏.新型增程式电动汽车动力传动系统设计及其控制策略研究[D].重庆大学，2013.
[3]王磊.增程式电动车参数匹配与综合控制研究[D]. 重庆大学，2014.
[4]顾庆.一种混合内燃机动力系统控制研究[J].内燃机工程，2008.
[5]吴苗苗. 增程式电动汽车[J].汽车工程师，2013.
【摘要】以现有车型为基础，综合考虑成本、系统实现以及循环工况要求，对设计方案进行了详细分析，并通过模拟仿真来对混合动力汽车HEV的性能进行评估，包括动力性、燃油经济性和排放，最终给出纯电动车轿车方案的设计，主要内容包括关键零部件的配置、关键参数选取以及基本控制策略设计。通过在AVL cruise环境下搭建整车仿真模型，并在 MATLAB 环境下搭建控制策略模型，应用AVL和Simulink联合仿真，验证该增程式串联纯电动车满足设计要求。
【关键词】纯电动汽车；AVL cruise；MATLAB；控制策略
前言
一、增程式串联纯电动车
增程式串联纯电动汽车是一种配有地面充电和车载供电功能的纯电驱动的电动汽车。整车运行模式可根据需要，工作于纯电动模式、增程模式或混合动力模式纯电动车模式（HEV）。当工作在增程模式时，节油率随电池组容量增大无限接近纯电动汽车，是纯电动汽车的平稳过渡车型。
（一）布置形式
增程式串联纯电动轿车由发动机、发电机组，电池，电动机等部分组成，其主要特点如下：
1.系统结构简单，采用大功率电动机直接通过主减速器驱动车轮，从而取代了变速器；
2. 增程式电动汽车纯电动驱动模式在一般工况下启动，而仅当电池电量不足时才启动增程驱动模式，且具备结构简单，整车轻量化等特点；
3.由于该系统设计的电池容量比较大，外部的充电功能（即纯电动部分）可以满足低速工况行驶的要求。此时，发动机可以不工作在怠速区域，从而可以降低了汽车的油耗和废气排放。
（二）工作模式
增程式纯电动车比纯电动汽车增加了发动机和+发电机组，大大提高了续驶里程。增程式纯电动车可利用外部电网进行充电。
增程式纯电动车在电池充满电的初期行驶，整车所需求功率完全由动力电池提供，发动机不参与工作，此时增程式纯电动车相当于纯电动汽车；当电池组的能量消耗到一定程度时，发动机启动，与动力电池协同工作，此时增程式纯电动车相当于混合动力汽车[2]。其电池容量只要满足城市多数人员必要的工作出行要求，故和纯电动汽车相比，大大降低了电源成本。
三、增程式纯电动汽车控制策略研究
本文控制策略是基于 Simulink 建立的。Simulink 是 MATLAB 中的一个附加组件，用于提供系统级的建模与动态仿真工作平台。Simulink 以模块组合的形式使用户能快速而准确地创建动态系统的计算机模型。我们可以使用 Simulink 处理线性和非线性系统，离散、连续和混合系统。
在满足整车动力性、燃油经济性、排放性以及成本等要求的前提下，增程式纯电动车控制策略的目标是实现能量在增程器、动力电池组和驱动电机之间合理而有效的分配，使整车系统效率最高。而增程器以及电机工作性能的优劣，对整车的动力性，经济性以及排放性有巨大的影响。在增程式纯电动车的研究中，优化控制增程器和电机是提高增程式纯电动车工作效率的关键。
利用Matlab/Simulink软件，实现了该策略代码。该模型由三部分组成，第一部分用于输入信号，第二部分用于判断驾驶模式，第三部分用于能量管理。模块的输入信号来自CRUISE车辆模型中的输出，包括车速、加速踏板位置、发动机转速等等。主控制器的输出包括发动机断油控制、节气门开度控制和电机负载。这些控制变量传送到CRUISE车辆模型作为控制器的输入[4]。
四、CRUISE整车模型
（一）模型的建立及参数设定
Cruise模型搭建，以上述方法搭建轮毂电机、电池、ASC等部件的模型，按照选型设计的计算结果设定其参数。连接各个部件，Cruise整车模型搭建完成。
五、CRUISE与MATLAB联合仿真
CRUISE与MATLAB的联合应用，可以让用户把自己设计的逻辑程序集成到CRUISE里面，这样
我们就可以方便的使用MATLAB/SIMULINK进行建模[5]。CRUISE与MATLAB的联合应用主要有一下四种方式：（1）MATLAB DLL方式；（2）MATLAB API方式；（3）CRUISE INTERFACE 方式；（4）CRUISE INTERFACE CMC编译方式。
本文采用MATLAB DLL方式与CRUISE进行联合仿真。使用此方式进行联合仿真时，需要在SIMULINKTM模型中进行一下操作：（1）输出定义；（2）模型编译；（3）在MS Windows下链接生成DLL文件。在CRUISE进行仿真计算时，MATLAB DLL是在后台运行的，连接组件之间的数据交换，是通过SIMULINKTM中输入输出向量的定义来进行的。
六、仿真结果分析
根据软件的设计和整车计算的需要，应设定如下计算任务：（1）全负荷加速度计算任务；（2）标准循环工况分析。
（一）仿真结果输出及分析
主要的仿真结果如下：
1.汽车全加速性能
增程式串联纯电动汽车在13s内可加速至60km/h，17.5s内可加速至72km/h，最大加速为15m/s2，因此基本满足整车主要的技术指标。
2.标准循环工况仿真结果
标准循环工况仿真中，SOC从95%下降致65%左右，车辆纯电动里程数为10km，可以看出，整车符合静默里程要求。
通过在AVL cruise环境下搭建整车仿真模型，并在 MATLAB 环境下搭建控制策略模型，应用AVL和simulink联合仿真，验证该增程式串联纯电动车满足设计要求。也说明了了该仿真方法的可行性。
参考文献
[1]洪亮.增程式电动汽车动力系统参数匹配与仿真[J].机电技术，2012.
[2]杨志鹏.新型增程式电动汽车动力传动系统设计及其控制策略研究[D].重庆大学，2013.
[3]王磊.增程式电动车参数匹配与综合控制研究[D]. 重庆大学，2014.
[4]顾庆.一种混合内燃机动力系统控制研究[J].内燃机工程，2008.
[5]吴苗苗. 增程式电动汽车[J].汽车工程师，2013.