純電動車整車建模仿真及性能分析

建立車輛架構模型、根據車輛部件參數進行參數化,進行仿真分析。此方法前期有助於目標制定、部件選型及策略優化,後期有助於問題復現及驗證。

純電動車整車建模仿真及性能分析

本文構成

一、純電動車系統構成

系統零部件包括:電池包系統:BMS、電池包;高壓配電系統:充電機/DCDC、分線盒、高壓線束;電驅動系統:驅動電機、電機控制器、減速器;整車控制系統:VCU。

系統部件職責:VCU承擔扭矩控制、加速踏板信號採集、真空壓力採集、制動開關採集等功能;MCU承擔電機控制、電機溫度採集等功能;BMS承擔SOC計算、絕緣檢測等功能。


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車輛部件系統示意圖

二、建模仿真的意義

建模仿真就是通過建立實際系統模型並利用所建模型對實際系統進行試驗研究的過程。

1 系統或零部件早期目標參數設定

2 系統或零部件功能行為早期驗證

3 極端或惡劣工況環境模擬

4 降低成本、縮短週期

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三、建模原理及部件參數收集

1 簡化被控對象

2 建立被控對象模型、控制器模型;

3 在給定輸入信號的基礎上觀測被控對象的輸出信號;

4 驗證輸出是否是期望的輸出。


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車輛參數


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部件參數

四、模型搭建

汽車仿真系統分析前向仿真和後向仿真兩種:

後向仿真系統假定車輛按照既定循環工況行駛,通過計算系統需求功率,能量沿著車輪-傳動系-動力源進行傳遞,計算路線與車輛實際運作相反,不考慮實際行駛中駕駛員的操作意圖(建模難度小、仿真速度快但無法實現控制策略的開發及測試);

前向仿真系統增加了駕駛員模型,使控制器模型能夠根據駕駛員模型輸出的信號來進行控制,其控制信號和功率流的方向與實際車輛相同,前向仿真系統更適合對各部件進行匹配設計及控制優化(調試工作量大);

純電動汽車建模原理:按照路普輸入,為滿足整車的功率需求,將車輛的機械功率轉換為電功率。

整個純電動汽車模型如下圖所示,包括整車控制模塊、車輛模塊、駕駛員模塊。其中整車模塊包含電驅動系統、動力電池系統、車輛動力學模塊。


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模型架構圖


電機系統模型:根據電機系統map搭建扭矩模型及效率模型,如下圖所示:


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電機系統模型


動力電池系統模型:採用內阻模型,通過安時積分法進行SOC計算,內阻是溫度計SOC的函數,如下圖所示:


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電池模型


車輛動力學模型:建立車輛縱向動力學模型,如圖所示:


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車輛模型


駕駛員模型:通過計算實際值與期望值的差值採用PID算法得到駕駛員輸入請求信號:油門踏板信號、剎車踏板信號。

整車控制模型

包含駕駛員需求解析;

電機扭矩計算;

電池功率限制;

制動能量回收;

……


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整車控制器模型

五、NEDC工況仿真分析

NEDC工況路普如下圖所示,因車輛最高車速為100km/h,所以需要對路普進行調整


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路普示意圖


NEDC工況下仿真如下圖所示,通過觀測需要的信號進行車輛模型的功能進行驗證及性能分析,根據仿真分析結果,進行控制策略及部件參數優化。

純電動車整車建模仿真及性能分析

參數仿真


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