混動車的動力傳動系統(tǒng)設計是一個復雜的系統(tǒng)工程，需要考慮涉及在性能和成本之間平衡的不同需求以及開發(fā)成熟的控制策略。其挑戰(zhàn)包括動力傳動系統(tǒng)架構的選擇、零部件如電機的選型以及整車性能的整體優(yōu)化等以保證在較寬范圍的駕駛行為和運行模式下均能提供良好的燃油經(jīng)濟性。

系統(tǒng)仿真是一種非常好的手段在設計前期幫助評估系統(tǒng)性能、零部件選型以及優(yōu)化控制策略。本文以一種可在多模式運行的混動車為例，闡述如何運用 Simulink 建立整車動力系統(tǒng)模型并對零部件參數(shù)和控制策略進行優(yōu)化。

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該混動車的原型為雅閣 2014 版插電式混動車，根據(jù)不同工況下可運行于以下三種模式：

純電模式

串混模式

發(fā)動機模式

能量管理策略

能量管理策略需要確保電池能量保持在安全限值之內，可在電池充電和放電模式之間切換。進入放電模式的條件包括最小初始荷電狀態(tài)（SOC）和對電池能量的需求上限，當兩者之一有不滿足時進入充電模式。

充電模式可以進一步劃分為純電、混動和發(fā)動三種模式，在扭矩需求 Fd 和當前車速 Fd 組成的坐標系上通過 α, β, γ, k, ψ 五個參數(shù)建立的控制策略的劃分為下圖所示的運行區(qū)間。

其中：

Ψ為從純電模式切換到發(fā)動機模式的臨界車速

k為從發(fā)動機模式的上限扭矩

α, β, γ三個參數(shù)定義的雙曲線切分了純電模式和混動模式

整車系統(tǒng)建模

構建完整的混動車動力傳動模型通常有較高的技術門檻，需要掌握發(fā)動機、變速箱、傳動系、制動系、車身和輪胎動力學、電機、電池等不同專業(yè)領域的知識建立各部件模型，以及相應部件系統(tǒng)的控制策略和駕駛循環(huán)、駕駛員模型、環(huán)境模型等。

MathWorks 自 2016b 版本起推出的動力總成工具箱（Powertrain Blockset）大大降低了這一門檻，除了以上所說的各部件系統(tǒng)和控制策略模型，還提供包括混動車在內的整車架構模板，用戶在此基礎上可以最快速度搭建整車系統(tǒng)模型。動力總成工具箱提供的模型均為白盒模型，亦方便用戶了替換和修改。

仿真優(yōu)化

我們以燃油經(jīng)濟性的優(yōu)化為目標，評價指標為最大化每加侖行使英里數(shù)（MPGe），采用的行使工況為 FTP75 和 HWFET，加權指數(shù)分別為 0.55 和 0.45。選取的優(yōu)化參數(shù)除了上文提到的能量管理策略中的多模式切換 α, β, γ, k, ψ 外， 還有傳動系的后橋主減速比 kl。

Simulink 設計優(yōu)化工具箱可以配置優(yōu)化參數(shù)和設計要求，并自動進行迭代優(yōu)化過程。仿真優(yōu)化是典型的任務解耦過程，利用并行計算工具箱將任務分配到多核處理器同時進行可以大大縮短仿真優(yōu)化時間。

設置設計要求

設置優(yōu)化參數(shù)

優(yōu)化結果

在普通的筆記本電腦上經(jīng)過若干小時的仿真優(yōu)化后燃油經(jīng)濟性得到了 2% 的提升，同時得到了新的控制策略參數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)（如主減速比從起始數(shù)值 3.42 到優(yōu)化后的新數(shù)值 2.92）可為后續(xù)的控制策略優(yōu)化和系統(tǒng)部件選型提供了重要參考。