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基于详细发动机的增程车建模
2024.11.27
基于详细发动机的增程车建模(图1)


概要

2024第三届内燃动力智能控制算法国际挑战赛已于2024年10月30日至11月1日在大连市成功举办。在本次赛事中,艾迪捷公司为18支参赛队提供了一个包含详细发动机的增程车辆模型。各参赛队通过设计控制方法来控制发动机启停、EGR阀、废弃旁通阀、发动机转速、发电机扭矩等来达到最佳的能耗,并同时能成功达成目标EGR率、目标增压压力、以及目标终点SOC。


1 简介

目前市场上,增程车型的上市款数和销量正在快速增长,各大主机厂也纷纷布局增程车型。相对于并联构型混动车辆,虽然增程车油耗并不占优势,但其在驾驶体验和成本上具有突出的优点。① 增程车的车辆完全由电机驱动,内燃机并不直接控制车辆,故即使在长距离行车中,增程车的驾驶体验也与电动车无异; ② 增程构型的驱动总成更接近电动车,结构和控制都要更为简单,故其成本相对于并联构型低。


本次组委会经过慎重考虑,选择了增程式车辆作为比赛用题。比赛的重点是关注增程车型中的发动机控制。各参赛队通过设计控制方法来控制发动机启停、EGR阀、废弃旁通阀、发动机转速、发电机扭矩等来达到最佳的能耗,并同时能成功达成目标EGR率、目标增压压力、以及目标终点SOC。


2 GT-SUITE的增程车辆模型

GT-SUITE的GT-Power模块提供详细发动机模型,该发动机为一个1.5L的四缸直喷汽油机,并采用涡轮增压以及低压EGR技术。发动机模型如下图所示。


基于详细发动机的增程车建模(图2)


车辆模型为一个1.5t的乘用车,采用单级减速器。


基于详细发动机的增程车建模(图3)
基于详细发动机的增程车建模(图4)


电池包为45度电的磷酸铁锂电池包。最终模型如下图所示。该模型导出FMU文件,各参赛队在Simulink中调用该模型,故不需要安装GT-SUITE软件。


基于详细发动机的增程车建模(图5)


3 与Simulink的耦合

本次赛题中,制动能量回收(负责驱动电机和制动卡钳)、BMS 电池限流和限压、BMS 中对两个电机限值的分配控制、驾驶员扭矩需求(车速跟随)等策略内置,而各竞赛队员利用Simulink 控制发动机系统。GT-SUITE与Simulink存在多种耦合方式,下图为GT-SUITE主导的耦合方式。


基于详细发动机的增程车建模(图6)


下图为Simulink为主导的耦合方式。


基于详细发动机的增程车建模(图7)


本次比赛中,我们采用由Simulink主导的FMU方式。GT-SUITE将模型通过FMUExport模板转化为FMU模型,各参赛队在Simulink中导入该FMU文件,导入后如下图所示。


基于详细发动机的增程车建模(图8)


4 结果展示

在比赛中,各参赛队针对未知的路况(车速和坡度)进行发动机控制系统的设计,故各参赛队需要根据历史车速和坡度情况进行车速估计。下图为比赛用路况。


基于详细发动机的增程车建模(图9)


下图为发动机转速、发动机和发电机扭矩。


基于详细发动机的增程车建模(图10)


下图为电池SOC。


基于详细发动机的增程车建模(图11)


下图为EGR率的跟随结果。其中EGR率的控制采用基于模型的控制。


基于详细发动机的增程车建模(图12)


5 HiL平台展示

在本次比赛中,艾迪捷还与上海昆易电子合作,在昆易的Mini HiL测试平台上演示了GT-SUITE实例。考虑到详细发动机计算的实时性难以满足HiL测试平台需求,故只选择车辆模型作为演示,并加入了空调系统。在上位机中导入GT模型和Simulink模型,Simulink模型也编译下载到ECU中去,ECU通过CAN总线与实时机(Mini HiL)相连。这样就可以在上位机上进行控制参数的标定,如下图所示。


基于详细发动机的增程车建模(图13)
基于详细发动机的增程车建模(图14)



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