混合电力驱动房车的建模和仿真外文翻译资料

混合电力驱动房车的建模和仿真

I.引言（HEADING 1）

目前，电动和混合动力电动车辆是唯一能够满足国际规则的日益增加的排放限制的车辆。为了设计汽车系统，需要开发自动化设计过程的低级细节的设计工具，以允许复制和管理类似的复杂程度[1]，[2]。已经开发了许多数字工具来模拟和分析混合动力系。车辆模型可以是稳态，准稳态或动态的，这取决于每个的具体水平

组件被建模对于ADVISOR [3]，[4]模型被认为是一个稳态，而PSAT [5]和PSIM [6]和虚拟试验台（VTB） [7]。快速计算是使用稳态模型或准稳态模型的主要优点。但是在动态模拟中缺乏准确性对于那些模型仍然是不利的。 ADVISOR是最受欢迎的，因为它是免费的。

ADVISOR以前向后方法评估车辆性能a。它对特定车辆快速执行灵敏度和参数研究的能力是一个独特和宝贵的特点[3,8]。本文介绍了电动和混合动力汽车的模型和模拟。使用ADVISOR开发电动车辆“EV”，串联混合动力电动车辆“SHEV”和并联混合动力电动车辆“PHEV”传动系。然后，为每个车辆呈现和讨论模拟结果。最后，我们讨论了我们的车辆应用“休闲车（高尔夫车）”的选择。

II。娱乐车的特点

高尔夫球车被认为是具有低排放和体面性能的生态友好型娱乐车的最佳模型，这是建筑中的主要特征革命车，后者应该能够从700到900公斤重量，其速度限制不应超过60km / h。电动机必须是感应电动机，并且所使用的能量存储系统将更好地是镍镉电池。这种车辆定制为跨越千米不平的地面和绿草，被认为具有对环境完全无害的适当的传动系模型。正在检查的娱乐车如图1所示，其技术规格列于表一。

III。车辆设计

在本节中，我们将使用ADVISOR来讨论EV，SHEV和SHEV的分析和设计。对每个车辆设计给出性能规格，控制策略和已开发的发电厂的描述。 ADVISOR是由美国DOE在1994年开发的一个软件[9] - [11]。它基于MATLAB / SIMULINK，并提供允许修改车辆参数的图形用户界面。 ADVISOR允许在模拟中定义不同的车辆。所有源代码都是公共的（提供mfiles和mdl文件）。用户可以使用子模块开发新模块并模拟车辆模块[4,12-16]。 ADVISOR允许在多个驱动周期上应用模拟。由于其数据库包含超过40个驱动周期。发动机的模拟应用于ECE_EUDC驱动周期，以提取每个传动系的性能，并将它们与对日常娱乐车的近距离比较，以最终扣除我们的应用的最佳解决方案。

为了完成对不同车辆的坚实的研究，我们选择强调配置的重要性和娱乐车“高尔夫球车”的杂交类型，因此，我们选择扩大对两个家庭的研究（轻和全地形车）。使用ADVISOR，我们根据每个系列的变量输入（加速度和坡度）开始研究： - 轻型车辆：轻型车辆是一种低功率车辆，注定要使用简单，不需要重要的驱动功率。 - 地形车：全地形车是能够克服或多或少升高的坡道的四轮驱动车的后代，并且需要强大的驱动力以确保附着。为了实现我们的工作，我们选择研究两个家庭的树型推进（纯电动，串联混合动力和并联混合动力）的动力传动系性能。

1. 电动车辆设计

图1所示的电动车辆结构由两个主要的部件组成，即机械部件和电气部件。根据图2，大多数块具有两个输入和两个输出。每个块传输和转换扭矩和速度请求，它还传输可实现的或实际的扭矩和速度。箭头从左到右代表扭矩和速度要求。每个驱动周期使用给定速度。

表II显示了纯电动汽车的规格。该模型使用此表构建并嵌入在ADVISOR中。图。图2示出了ADVISOR的顶级电动车型号。它是在MATLAB / Simulink环境中构建的。箭头表示数据流;而框示出了数据处理元件或组。框图的每个系统块都与一个Matlab m文件相关联，该文件定义了它的参数。用户可以修改块内的模型以及相关联的m文件以适应建模需要。车辆由ADVISOR使用表2中所示的车辆参数来模拟。图3示出了车辆速度，能量存储系统“SOC”（电池）的充电状态的变化，以及ECE_EUDC的车辆排放驱动周期。在Light和All-Terrain车辆模拟结果之间存在紧密匹配，除了全地形能够以更好的速度牵引爬上更高的道路坡度。尽管全地形车辆的电动机比灯更强大，但是蓄能系统水平（ESS）的变化是相同的，因为电池具有类似的尺寸，并且两个家庭经历相同的驱动周期的耐压性。电动车应该称为“

B.混合动力电动车辆设计

混合动力电动车辆类似于电动车辆，除了第一车辆具有ICE和发电机，如图4所示。车辆已由ADVISOR使用表III所示的车辆参数模拟。

图5示出了车辆速度，电池的SOC值，ECE_EUDC驱动周期的车辆排放的模拟结果。光和全地形车辆的模拟结果在相同的驱动周期中几乎相同。在轻型车辆的能量存储系统的水平上，我们注意到电池能量的突然下降，这允许在开始时和在城市段中的扭矩和速度的第一请求时点燃内燃机（ICE）驱动周期。串联混合动力电动车辆中的排放物取决于许多参数，并且不仅取决于加速度和坡度能力，使得我们可以注意到全地形车辆比轻型车辆更少的能量消耗和更少的污染。

C.并联混合动力电动车辆设计

除了电动车辆的部件，并联混合动力电动车辆具有ICE和离合器，如图6所示。车辆已经由ADVISOR使用表IV中列出的车辆参数。图7示出了车辆速度，电池的SOC值，ECE_EUDC驱动周期的车辆排放的模拟结果。平行车辆以更灵活的方式遵守驾驶周期，我们注意到，全地形车辆可以执行整个驾驶周期，同时轻型车辆不能。全地形车辆提供了更强烈的能量下降，主要是在城市间区段的水平上，以满足电动机的需求（扭矩和速度）。内燃机（ICE）能够接近推进系统，所以它从点火开始以克服惯性车辆。我们还注意到，（ICE）在城市周期段的速度和扭矩的强烈需要重新点燃。 ICE介入作为车辆类型的重要因素并且作为全地形车辆类型的弱因素。并行混合动力轻型车辆比其同时的全地形车辆更消耗和污染。

IV。交通车辆

顾问的完全工程选择允许用户知道车辆是否对于驱动周期是可靠的，以及它提供下面的表V和VI的容量在欧洲驾驶循环测试期间的不同的成功性能。为了对这些不同的车辆进行排序，我们使用下表VII和VIII来提取车辆的不同结构之间的关系。基于（价格，缺失轨迹，功率和发射）在每种类型的杂交之间扣除关系。

由分别表示轻型车辆（Mark_lig）和全地形车辆（Mark_all）的等式（1）和（2）给出的以下比例分类研究的车辆;这些比例类似地固定在同一开采领域的其他车辆上。

V.结论

本文使用ADVISOR讨论车辆建模，模拟和分析，以研究与纯电动，串联和PHEV设计三个基本类别相关的问题，如燃油经济性，能源效率和车辆排放。根据表VII和VIII中通过模拟和三种配置（EV，SHEV，PHEV）之间的比较获得的注释，我们发现轻型车辆传动系的结果在SHEV（11.13）和PHEV（12.09），但EV以14.92的标志率领先，这使得纯电动车解决方案更适合低功率应用。对于All-Terrain应用，并联混合动力车辆被认为是与EV（10.05）和SHEV（10.47）相比最好的解决方案，因为它撞上了刻度上的最高标记（15.32）。因此，通过结合内燃机车和纯电动车的优点，用于全地形应用的并联混合动力电动车辆现在可以是用于低排放和优良燃料经济性的良好解决方案。

适用于休闲区和本地交通的电动车

介绍

越来越多的环保意识导致寻找替代燃料燃烧发动机的汽车。尽管与常规技术相比，电池车辆的能量含量相对于汽油在可比容量单位上仍然存在弊端，但是对于城市地区和城市地区通常使用电动车辆。本文提出了一种基于由金属管制成的框架的轻型车辆。两个新颖的电动盘电机直接安装在前轮中，并且被控制为高效的电子电路，其通过利用通过制动过程获得的电流闭合电池来提供节能制动模式。车辆可以运输一个平均值（年龄4 - 人 - 年龄为4人 - 速度为12英里/小时，在35-40英里的距离再充电）太阳能电池板补充了电池板的供应，提供高达30％的总能量为常规考虑到操作的总成本 - 每英里几美分，当计算电池的500次充电循环的使用寿命和太阳能电池板的额外使用时...这种车辆可以成功地替代相当大一部分的常规娱乐或康复区的汽车车队，以及用于购物，商业或休闲活动的个人运输的装置，唯一的限制是由气候和操作区域的地形决定的。

电池技术的改进将进一步增加这种类型的车辆在市场上的机会。

机箱

一些制造商或踏板驱动，娱乐车辆为两或四乘客基于钢框架或铝管。机械驱动部件通常从骑自行车上推出，并且以所有乘客可通过操作踏板对乘坐作出贡献的方式布置。这些车辆除了顶部以外都是敞开的，并且有时被称为“riksha”，因为与在东部使用的车辆很相似（然而，这些车辆中的大多数是简单的两轮/一轴人拉椅子与屋顶）。这些金属框架被证明足够稳定，可作为电动摩托车驱动的衍生物的基础。由于踏板驱动操作被认为是电动版本的一种选择，所以后踏板被移除，所得到的自由空间容纳电池。前轮足够大，以便将摩托车直接安装到轮毂中。广泛的现场测试带来了一些好的经验与前轮驱动电动自行车，因此前轮驱动概念已经保持。此外，踏板和电机操作的分离更容易，踏板仅在后轮上工作。然而，对于希望稍微移动他们的腿（并且扩展车辆的范围）的那些用户，控制电路允许肌肉和电力的平滑组合。前轮之间的自由空间保持电子控制电路的功率级。因此，在乘车期间，冷却翅片暴露于在riksha前部的迎面而来的空气。小型控制面板放置在方向盘后面熟悉的位置，提供主要关于电池和控制电路状态的信息。该屋顶被证明是稳定的和足够大的，以在整个区域上携带太阳能电池板，这有助于车辆的节能操作。

电子驱动器

包括与低损耗齿轮结构（尽管高传动比在驱动和制动模式中具有非常低的摩擦）组合的电动盘式电动机和电子控制电路的驱动器已经在前面的论文中详细描述。 1），2）。由于电动机被证明是非常可靠的，除了扭矩行为（最大为约120Nm）和非常高的效率（约90％），没有进行进一步的修改。结合小尺寸，内置变速器，高输出功率和特定尺寸，电机最适合于直接集成到车轮的轮毂中。这样，它已经成功地用于电动自行车和高速轮椅。每个电机的功率输出连续为1kW。基于状态机并且主要作为用于馈送电机的基于MOSFET的功率级的脉冲宽度调制电源的控制电路已经被调整并且在某些方面与原始电路相比被简化。在自行车中使用的电子3速变速器已经通过也考虑到两个发动机的平滑配合的单速版本来补充。单速版本证明是一个适当的解决方案，因为这种类型的车辆（在奥地利6 mph）的当前速度极限容易由两个电机处理，没有任何额外的机械或电子传输。 （限速可能会在将来延长至12英里/小时。但是，需要采取一些立法措施，以保证riksha成功地融入正常交通）。控制电路的电子制动器几乎完全取代机械制动器（当然，它仍然在车辆上工作，至少满足法律要求并提供额外的安全性，尽管通常不需要正常操作）。运动能量转换成电流并且对电池再充电，因此显着地扩大了范围。控制电路在制动模式和常规充电模式（例如过夜）期间监控充电过程，并且以高效率进行，因为充电电路包括考虑电池的状态和类型的智能算法。特别注意将电机的电气特性（电阻和电感）包括在电路的控制回路中。这对于系统的总效率是最重要的，因为电池，控制模块和电动机之间的双向能量流强烈地依赖于该特定点的无瑕疵的设计。控制电路的设计自动带来的另一个特性是集成的防阻塞特性。相对于所施加或输送的电流，被驱动的车轮的旋转的持续监控允许电路通过将制动功能释放到自由运行状态来快速地对车轮的阻挡作出反应，反之亦然。这以用户不可识别的非常快的顺序完成。

能源供应

尽管电池技术方面的一些最新发展，展示了未来考虑能量容量，尺寸，重量和寿命的电动车辆的一些有前途的方面，riksha已经提供常规的高性能铅酸蓄电池。虽然只考虑了EIS;这种电池被证明是可靠性，可用性和充电能力的最佳选择，同时提供了关于最大输出电流和快速充电的令人满意的行为。目前，使用具有12Vol / 64h Ah的四个电池。这些电池是在豪华轿车中用作起动器电池和请求IOW维护的常规现成类型。他们将很快被更换的最终版本由一组20件12W 2小时铅酸电池更高效，更轻，更好地适合于车辆地板上的储存室，因为他们较小的尺寸。太阳能电池板面积约。 18平方英尺支持电池，在阳光灿烂的日子提供额外的150-200瓦特，足以提供所需的总能量的大部分（30-50％），以在平坦的道路上用四个滑块和6mph 。然而，太阳能电池板的主要作用是在操作中断期间对外部电池缓慢充电。在riksha的操作的能量成本惊人地低。在水平，平面道路（没有强逆风），两个成年人和两个孩子并且最高速度为12mph的情况下，车辆的平均功率消耗将为大约850瓦。这将导致。在35-40英里的最大范围所需的约3kWh的总能量。考虑到模拟铅酸蓄电池的寿命（当使用智能的，电池特定的方案充电现代充电模块时，大约500个周期），考虑到电池的成本并且考虑大约70％的充电效率，最终导致每英里费用5美分，其中一半由电池的更换成本引起。该计算没有考虑太阳能电池板的支撑。对电池充电过夜（10小时）将导致美国家庭的常规AC插座约5安培的负担，这是相当可接受的。

结论

用于娱乐用途的轻型电动车辆可以作为对个体本地交通的贡献，至少在一年的较暖月份和

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