研究混合动力电动汽车P2参考应用程序- MATLAB和Simulink MathWorks日本金宝app

探讨混合动力汽车P2参考应用

混合动力电动汽车(HEV) P2参考应用代表了一个完整的混合动力模型，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混合动力汽车的半实物测试、权衡分析和控制参数优化。要创建并打开引用应用程序项目的工作副本，输入

autoblkHevP2Start

默认情况下，HEV P2参考应用程序配置如下:

锂离子电池组
映射的电动马达
映射的火花点火(SI)发动机

这张图显示了动力系统的配置。

该表描述了参考应用程序中的块和子系统，指出哪些子系统包含变体。为了实现模型变体，参考应用程序使用变体子系统。

参考应用程序元素	描述	变体
分析功率和能量	双击分析功率和能量打开现场脚本。运行该脚本以评估和报告组件级和系统级的功耗和能源消耗。有关活动脚本的更多信息，请参见分析功率和能量．	NA
驱动循环来源block - FTP75(2474秒)	生成标准或用户指定的驱动周期速度与时间剖面。块输出是选定或指定车辆的纵向速度。	✓
`环境`子系统	创建环境变量，包括道路坡度、风速、大气温度和压力。
`纵向驱动程序`子系统	使用纵向驱动程序或开环变体，以产生规范化的加速和制动命令。纵向驱动程序Variant实现了一个使用车辆目标和参考速度的驾驶员模型。开环变体允许您配置加速，减速，齿轮，离合器命令与恒定或信号为基础的输入。	✓
`控制器`子系统	实现包含P2混合控制模块(HCM)、发动机控制模块(ECM)和变速器控制模块(TCM)的动力总成控制模块(PCM)。	✓
`乘用车`子系统	实现一种混合乘用车，包含传动系统，电力工厂，和发动机子系统。	✓
`可视化`子系统	显示车辆级性能，电池充电状态(SOC)，燃油经济性和排放结果，这对动力总成匹配和部件选择分析是有用的。

评估和报告动力和能量

双击分析功率和能量打开现场脚本。运行该脚本以评估和报告组件级和系统级的功耗和能源消耗。有关活动脚本的更多信息，请参见分析功率和能量．

该脚本提供了:

您可以导出到Excel中的总体能源摘要^®电子表格。
发动机工厂，发电厂，和动力工厂效率，包括一个发动机直方图的时间花在不同的发动机工厂效率。
数据记录，以便您可以使用仿真数据检查器来分析动力系统效率和能量传输信号。

有关活动脚本的更多信息，请参见分析功率和能量．

驱动循环来源

的驱动循环来源块生成选定或指定的驾驶周期的目标车辆速度。参考应用程序有这些选项。

时机	变体	描述
输出样本的时间	`连续`(默认)	连续操作命令
输出样本的时间	`离散`	离散操作命令

纵向驱动程序

的纵向驱动程序子系统生成规范化的加速和制动命令。参考应用程序有这些变体。

块变异			描述
纵向驱动(默认)	控制	`映射`	PI控制与跟踪上发条和前馈增益是一个函数的车辆速度。
		`预测`	最佳单点预览(前视)控制。
		`标量`	比例积分(PI)控制跟踪上盘和前馈增益。
	低通滤波器(LPF)	`通滤波器`	使用LPF目标速度误差平滑驾驶。
	低通滤波器(LPF)	`通过`	不要对速度误差使用过滤器。
	转变	`基本`	Stateflow^®图表模型倒车，空挡，和驱动换挡计划。
		`外部`	输入齿轮、车辆状态和速度反馈产生加速和制动命令，以跟踪车辆的前进和后退运动。
		`没有一个`	不传播。
		`计划`	状态流程图模型倒挡、空挡、停车和n速档位调度。
开环			开环控制子系统。在子系统中，您可以配置加速度、减速、齿轮和离合器命令与常数或信号为基础的输入。

若要在驾驶周期开始时使发动机怠速，并在使用踏板命令移动车辆之前模拟催化剂熄火，请使用纵向驱动型。纵向驱动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灯定时器。

当催化剂点火定时器计数时，催化剂点火定时器覆盖引擎停止-启动(ESS)停止功能控制。在模拟过程中，经过IgSw下边缘时间达到催化剂熄火时间CatLightOffTime， ESS恢复正常操作。如果在仿真到达之前没有扭矩命令EngStopTime时，ESS关闭引擎。

控制ESS和催化剂熄火:

在纵向驱动器模型子系统中，设置点火开关轮廓线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——使ESS。关闭ESS时，设置为false。
- CatLightOffTime-从发动机启动到催化剂熄火的发动机怠速时间。
- EngStopTime- ESS发动机在驾驶员模型要求扭矩切断后的运行时间。

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
ECM	`SiEngineController`(默认)		实现了如果控制器
ECM	`CiEngineController`		实现了CI控制器
中医	`TransmissionController`		实现传输控制器
HCM	`最优控制`(默认)	`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，决定发动机扭矩，电机扭矩，起动器，离合器，和制动压力命令。
	`基于规则的控制`	`回复制动控制`	在基于规则的控制中实现了并联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，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总成的总转矩。
将驾驶员刹车踏板信号转换为刹车压力请求。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，从车辆中回收最大的动能。
实现虚拟电池管理系统。该算法输出电池荷电状态函数的动态放电和充电功率限制。

HCM通过statflow中实现的一组规则和决策逻辑来确定车辆的操作模式。操作模式是电机速度和所需扭矩的函数。该算法利用计算出的功率请求、油门踏板、电池SOC和车辆速度规则，在电动汽车(EV)和混合动力汽车(HEV)并行模式之间进行转换。

模式	描述
电动汽车	牵引电机提供所需的扭矩。
并联混合动力汽车	发动机和电动机分开了功率要求。HEV模式根据目标电池SOC和可用动能确定充电维持功率水平。并行HEV模式将充电维持功率添加到发动机功率命令中。为了提供所需的充电维持功率，如果需要充电，牵引电机充当发电机，如果需要放电，则充当电机。如果功率要求大于发动机功率，牵引电机提供剩余的功率要求。
静止的	当车辆处于静止状态时，如果电池SOC低于最低SOC值，发动机和发电机可以提供可选充电。

HCM通过statflow中实现的一组规则和决策逻辑来控制电机和引擎。

控制	描述
引擎	决策逻辑决定发动机的运行模式(关、启动、开)。在发动机启动(静止)模式下启动发动机，电动机关闭离合器并将变速器置于空档。如果高压电池SOC低，模式使用低压启动电机。在发动机启动(驱动)模式下启动发动机，该模式使用离合器1打开的低压起动电机。为了连接传动系统，发动机控制器匹配发动机和电机的速度，并关闭离合器1。在发动机启动(静止)模式下，查找表确定发动机扭矩和发动机转速，从而优化给定发动机功率要求下的制动特定油耗(BSFC)。ECM使用最佳的发动机扭矩命令。电机控制使用最佳发动机转速命令。在发动机上(并行HEV)模式，查找表确定发动机扭矩为给定的发动机功率。然而，由于传动系统耦合发动机和车轮速度，发动机在模式下可能不会以最小化BSFC的速度运行。
电动机	基于规则的功率管理算法计算不超过动态功率限制的电机扭矩。

控制

描述

引擎

决策逻辑决定发动机的运行模式(关、启动、开)。
在发动机启动(静止)模式下启动发动机，电动机关闭离合器并将变速器置于空档。如果高压电池SOC低，模式使用低压启动电机。
在发动机启动(驱动)模式下启动发动机，该模式使用离合器1打开的低压起动电机。为了连接传动系统，发动机控制器匹配发动机和电机的速度，并关闭离合器1。
在发动机启动(静止)模式下，查找表确定发动机扭矩和发动机转速，从而优化给定发动机功率要求下的制动特定油耗(BSFC)。ECM使用最佳的发动机扭矩命令。电机控制使用最佳发动机转速命令。
在发动机上(并行HEV)模式，查找表确定发动机扭矩为给定的发动机功率。然而，由于传动系统耦合发动机和车轮速度，发动机在模式下可能不会以最小化BSFC的速度运行。

电动机

基于规则的功率管理算法计算不超过动态功率限制的电机扭矩。

乘用车

为了实现乘用车，乘用车子系统包括传动系统、电力装置和发动机子系统。要为参考应用程序创建自己的引擎变体，请使用CI和SI引擎项目模板。参考应用程序有这些变体。

动力传动系统

动力传动系统子系统	变体	描述
微分和遵从性	`全轮驱动`	配置传动系统为全轮，前轮，或后轮驱动。对于全轮驱动变型，您可以配置耦合扭矩的类型。
	`前轮驱动`(默认)
	`后轮驱动`
变矩器自动变速器	`理想固定齿轮传动`	使用1D或4D(默认)查询表配置锁定和解锁传输效率。
变矩器自动变速器	`变矩器`	配置为外部，内部(默认)，或没有锁定。
车辆	`车身纵向1自由度`	配置为1个自由度
轮子和刹车	`纵向车轮-前`	对于车轮，您可以配置的类型: 刹车力的计算阻力计算垂直运动为了性能和清晰度，为了确定每个车轮的纵向力，变型实现纵向轮块。来确定总计所有车轮作用在轴上的纵向力，变型使用一个比例因子，将一个车轮的力乘以车轮在轴上的数量。通过使用这种方法来计算总力，变型假设相同的轮胎滑移和载荷在前后轴，这是常见的纵向动力系统研究。如果不是这样，例如当摩擦或负载在左右轴不同，使用独特的纵向轮块来计算独立力。然而，使用独特的块来建模每个轮子增加了模型的复杂性和计算成本。
轮子和刹车	`纵向车轮-后1`

Simscape动力传动系统。定制动力系统的另一种方法是选择Simscape™变体。该变体结合了物理连接，以提供一种灵活的方式来组装组件。

使用参考应用程序顶层的按钮在动力系统子系统的Simscape和Powertrain Blockset变体之间切换。

参考应用程序设置适当的求解器，以优化每个引擎和传动系统组合的性能。首先选择引擎变量，然后使用切换按钮选择传动系统。如果在更换发动机之前选择传动系统，可能会遇到求解器错误。

发电厂

发电厂子系统	变体	描述
电池	`BattHevP2`	配置锂离子电池和DC-DC变换器
低压起动系统	`StarterSystemP2`	配置低压启动系统
电动机	`MotMapped`(默认)	映射的电动机与隐式控制器
电动机	`MotDynamic`	带控制器的内置式永磁同步电机(PMSM)

引擎

引擎子系统	变体	描述
引擎	`SiEngineCore`	动态如果核心引擎与涡轮增压器
	`SiMappedEngine`(默认)	映射SI引擎用隐式涡轮增压器
	`SiEngineCoreNA`	动态自然吸气SI核心引擎

限制

MathWorks^®使用了如果核心引擎和如果控制器校正混合控制模块(HCM)。如果你使用CI核心引擎和CI控制器变，模拟可能会错误，因为HCM不使用校准的结果。

承认

MathWorks感谢Dr. Simona Onori在本参考应用中实现的ECMS最优控制算法的贡献。Onori博士是斯坦福大学能源工程教授。她的研究兴趣包括汽车和网格级应用的储能设备的电化学建模、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数降低和估计。她是IEEE的高级成员^®．