基于ADVISOR的DE纯电动汽车仿真

王孝全 赵国霖 肖泽辉 王 钊



基于ADVISOR的DE纯电动汽车仿真

王孝全 赵国霖 肖泽辉 王 钊

东南（福建）汽车工业有限公司研发中心

采用ADVISOR软件对DE纯电动汽车进行整车建模、各子模块建模、数据输入、测试工况建立、仿真计算，并将计算结果与国家《纯电动乘用车技术标准》意见征求稿中的标准做对比, 评估现有DE纯电动汽车的技术方案。

纯电动汽车；ADVISOR；整车性能；建模；仿真

纯电动汽车是指以车载电源为动力,用电机驱动车轮行驶,符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。电动汽车除了能解除当前世界上石油储量日益枯竭的忧患外，最大的优点是电动汽车本身不存在有害气体排放，不会污染大气。虽然目前电力来源于发电厂，其排放的硫和微粒较高（尤其是火力发电），但由于发电厂是集中排放，清除有害物质较容易，况且电力也可以从其他能源获得，如核能、水力、风力、太阳能等。因此电动汽车在保护环境方面依然具有积极意义。

现在发达国家与主要汽车集团都十分重视研究开发电动汽车，我国电动汽车虽然没有欧美等国家起步早, 但从“八五”开始，电动汽车一直是国家计划项目，并在2001 年设立了“电动汽车重大科技专项”。通过组织企业、高等院校和科研机构, 集中各方面力量进行联合攻关。2008年10月公布的《纯电动乘用车技术标准》的意见征求稿更是对电动汽车整体性能提出了更规范、更严格的要求。

因此，为开发出更经济、更实用、更高效能的纯电动汽车产品，在开发DE纯电动汽车时，采用先进的仿真技术对其性能进行仿真分析是非常必要的。目前，ADVISOR通过大量的实践证明具有良好的实用性，因此世界上许多整车企业、研究机构都采用其作为电动汽车、混合动力汽车的仿真计算工具。在DE纯电动车的仿真中，我们也将采用ADVISOR软件进行分析。

1 ADVISOR软件介绍

ADVISOR(Advanced Vehicle Simulator)高级车辆仿真器是美国国家可再生能源实验室开发的一款著名的电动汽车仿真软件。主要用于EV、HEV及FCEV的仿真研究工作，同时兼具对CV的仿真功能。其内部程序由模块化的Matlab／Simulink语言编写而成，提供了多种可供选择的电动汽车整车模型及灵活可修改的部件模型库。可对选定车辆的整车燃油经济性、排放、加速时间、最大爬坡度等进行仿真计算。人性化的操作界面大大简化了用户的操作难度。通过修改部件模型或控制策略，还可实现对特定车型的优化计算。目前该软件已成为电动汽车仿真研究首选的工具。

2 仿真模型建立

2.1 实际车辆整车基本构架

仿真模型基于实际车辆的整车基本构架，目前开发的DE纯电动汽车的整车系统框架图如图1所示：

图1 DE纯电动车整车系统框架图

2.2 整车系统仿真模型

依据图1，建立ADVISOR中的整车仿真模型图2所示：

图2 整车仿真模型

其中包括驾驶工况、车辆、轮胎、主减速器、变速箱、电机、电池等子模块，每个子模块都包含一个Simulink仿真模块，能够通过修改其对应的M文件中的相关参数完成数据的输入。

图2中箭头表示数据流及传动系能量流的流向，箭头从左往右表示逆向仿真法，从右往左表示正向仿真。正向方法的部件模型之间的联系更加接近车辆的实际情况，这种方法比逆向仿真方法的计算结果更准确，但是，计算量大，速度也比采用逆向仿真方法的软件慢。有些软件采用正向仿真和逆向仿真结合的仿真策略，ADVISOR是以逆向仿真为主，正向仿真为辅的综合仿真方法。这种仿真方法的计算量较小，模型比较简单，同时也可以保证仿真结果的精度。

2.3 电池系统模型建立

电池系统模型是纯电动车模型中的重要模块，因此单独列出讨论。电池模块主要接受来自传动系统中的需求功率，并根据电池的当前电压，电流和SOC输出系统可以提供的功率。在计算电池可输出的功率时主要有5个子模块：开路电压和内阻计算子模块，功率限制子模块，电流计算子模块，SOC算法子模块，温度估算子模块，能量计算模块。

2.3.1开路电压和内阻计算子模块

该模块功能是根据电池的当前SOC值和工作温度以及需求功率确定电池的开路电压和内阻。输入功率用来判断电池的工作状态，功率为正时电池放电，反之，功率为负时电池处于充电状态。

2.3.2功率限制子模块

另外，考虑到实际情况和电池安全，对电池充放电功率限制如下：

2.3.3电流计算模块

该模块根据总线功率需求、电池的电压和内阻以及功率限定模块中得到的功率限值，公式为：

2.3.4 SOC算法子模块

电池的电量状态是指电池的剩余容量与额定容量的比值，用百分比来表示(0≤≤1) ，该模块主要用来估算电池的剩余容量。

2.3.5电池热模型子模块

该模块用来模拟电池的热特性，预测电池的工作温度，为其它子模块提供温度参数。主要计算公式如下：

根据上述5个子系统公式分别建立子系统模块后，组件电池仿真模型如图3所示：

图3 电池仿真模型

2.4 电机系统模型建立

电机控制器模型考虑了电机损失的影响、转子的转动惯量、转矩输出能力以及热量输出模块。电动机模块中，程序根据转子所需转矩和转速通过电动机转速预估程序，考虑了惯性作用和转矩限制等影响因素，在参考电动机输出功率Map图的基础上计算得到电动机所需的输入功率。仿真模型如图4。

图4 电机仿真模型

2.5 车辆模型建立

该车辆模型在汽车模块中的计算是表示在轮胎处力的平衡，其动力学方程与传动汽油、柴油车辆无异，这里就不一一列举，根据这些动力学方程建模如图5。

图5 车辆仿真模型

3 整车参数输入及测试工况建立

3.1 整车参数输入

在图6的参数输入界面，通过修改各模块M文件中的参数，完成性能仿真计算所需的参数输入。

其中DE纯电动汽车的主要整车参数见表1（其他参数涉及保密资料暂不对外公布）：

图6 参数输入

表1 DE纯电动车主要参数

3.2 仿真测试工况建立

依据《纯电动乘用车技术标准》的意见征求稿及国标《GB/T 18385-2005 电动汽车动力性能实验方法》、国标《GB/T 18386-2005 电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法》，在图7所示界面设定仿真测试工况。

图7 参数输入

主要仿真内容为：

①动力性：最高车速、30 min最高车速、0~50 km/h加速时间、50~80 km/h加速时间、4%坡度最大爬坡车速、12%坡度最大爬坡车速、最大爬坡度。

②经济性：等速60 km/h续驶里程、NEDC循环工况下续驶里程。

4 仿真计算结果

依据上述模型及参数，对DE传电动汽车进行仿真计算，所得仿真结果如表2所示。

表2 仿真计算结果

因为续驶里程是电动汽车的标志性数值，所以特别列出计算续驶里程过程中，SOC值的变化。

4.1 NEDC循环公况下续驶里程

图8 NEDC循环续驶里程

由上图8可知，DE纯电动车在NEDC循环工况下能行驶10. 6个循环，续驶总里程为116.2km。

4.2 60公里定速行驶下的续驶里程

图9 60km/h定速续驶里程

由图9计算得：DE纯电动车在60km/h定速行驶工况下，续驶里程为167.8km。

5 结语

对比上述计算结果与国标限定值可知，现有DE纯电动车技术方案可以满足国家《纯电动乘用车技术标准》意见征求稿中的动力性能及续驶里程的技术要求。该技术方案在理论上满足产品开发目标，可以投入进行后续开发工作。

采用ADVISOR软件对纯电动汽车进行建模、仿真计算可以提前模拟出车辆的各项动力性、能量耗量等性能，并可与开发目标值作比对，在项目开发前期很好地评估整车技术方案可行性，降低了投资费用，减少了开发周期。ADVISOR软件在纯电动车项目开发阶段可以发挥相当积极的作用。

[1] 陈全世,朱家琏,田光宇.先进电动汽车技术[M].北京:化学工业出版社, 2007.

[2] 崔胜民,王剑峰,王大方.新能源汽车技术[M].北京大学出版社,2009.

[3] 张翔,赵韩,钱立军,等.电动汽车仿真软件ADVISOR[J].汽车研究与开发, 2003(04).

[4] ADVISOR Documentation[M].National Renewable Energy Laboratory,2002

Simulation of the Power Performance of Pure Electric Vehicle DE Based on ADVISOR

Wang Xiaoquan, Zhao Guolin, Xiao Zehui, Wang Zhao

(Research and Development Centre, Southeast (Fujian) Automobile Industry Co., Ltd, Minhou 350019, China )

，Models of battery，electromotor drive system and whole vehicle were constructed by using the simulation software ADVISOR．With inputted data, the test conditions were established. Simulation calculation was conducted. The simulation result of the vehicle power performance was compared with the national technical standards for the electric car. It is indicated that the design of the power system is practical and feasible,

electric vehicle; ADVISOR; power performance; modeling; simulation.