【正文】 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)論文外文翻譯 1 Using an Advanced Vehicle Simulator (ADVISOR) to Guide Hybrid Vehicle Propulsion System Development Keith B. Wipke， Matthew R. Cuddy． National Renewable Energy Laboratory， Golden CO． 基于 advisor的混合動力車輛動力系統(tǒng)的開發(fā) 基思 B. Wipke ， 馬修 R. Cuddy． 美國國家再生能源實驗 室 , 科羅拉多州戈爾登 ． 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)論文外文翻譯 2 摘要： 全國可再造能源實驗室 開發(fā) 了一種名為 ADVISOR 的先進的汽車模型仿真軟件，用來對汽車進行系統(tǒng)分析和交易研究 。由于 ADVISOR 的快速的執(zhí)行速度和 MATLAB/Simulink的開放程序環(huán)境， 這個仿真系統(tǒng)非常地 適用于合乎新一代汽車合作伙伴計劃 PNGV 要求的，高燃油經(jīng)濟性車輛的參數(shù)設(shè)計和研究 。配置 五種不同汽車模型， 包括 3 種 輕量級車(并聯(lián)型、串聯(lián)型和傳統(tǒng)型 )與 1996 年車重量的 2 輛車一起 (平行和常規(guī)傳動 )。 還有在1996 年加入的 2 種重型車（并聯(lián)型和傳統(tǒng)型）。 對每類 車的 重要 燃料經(jīng)濟敏感性 參數(shù)進行分析 ，并且 車的行駛工況參數(shù)進行設(shè)置。通過分析這些車的仿真結(jié)果，來獨立的分析串聯(lián)和并聯(lián)兩種混合動力方式對汽車的影響。 先進的汽車仿真模型： ADVISOR 1994 年 11 月，國家可再生能源實驗室 的交通技術(shù) 中心 在 Mathworks 公司的面向?qū)ο蟮木幊陶Z言的 MATLAB∕ Simulink 環(huán)境下 創(chuàng)造 了 進 的 車輛 模型仿真 系統(tǒng) 。 這個模型是在汽車工業(yè)的能源部的支持下建立的。 ADVISOR 可以將汽車各個部件那些不連續(xù)的動作近 似地看作為連續(xù)動作狀態(tài)下的穩(wěn)定狀態(tài)。那樣，在每個時刻都將忽略掉電流 、 電壓 、轉(zhuǎn)矩 、 轉(zhuǎn)速的改變對 系統(tǒng)的影響。這樣通過測試動力傳動系統(tǒng)在一個固定的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速下，在每單位時間步長下 對電力的需求，允許有效率或功率 的損耗。 在 Simulink∕ Matlab的環(huán)境下利用這個模型有一個非常顯著的優(yōu)勢，那就是靈活容易地來改變模型，例如可以更換一種控制策略或是更換一種再生制動算法。 MATLAB 也可以容易的分析仿真結(jié)果，盡可能詳細地分析車輛的配置。 ADVISOR 是由輸入一些車輛行駛的參數(shù)來去驅(qū)動的，包含一些經(jīng)典的特性曲線 ，如美國的城市循環(huán)工況，或者是速度與爬坡能力的特性曲線。在 給定驅(qū)動的目標(biāo) 配置文件后 ， ADVISOR 將采取向后的方式 從 輪轂和各動力源間各部分 所需車輪速度 要求的扭矩和速度來控制，這取決于 混合動力單元或由電池供電。 圖 1 顯示了一系列高級的混合模型的數(shù)值仿真。 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)論文外文翻譯 3 圖 1 高級的混合模型的數(shù)值仿真。 仿真 和交互作用的檢驗 是重要的重要之處是建立模型的可信度 。 通過與那些成功制造和測試混合動力汽車大學(xué)的合作， 國家再生能源實驗室 獲得了一些驗證組件模型，包含了量化的不確定性，并增加了可信的數(shù)據(jù)。 最后車輛幾倍的驗證， 包含詳細的不確定性分析在 1996 年的九月完成。同時，與公共汽車模型相關(guān)的部分已完成，才外還加入了一些汽車行業(yè)中的專用模型。在此基礎(chǔ)上比較 ， ADVISOR 看來是在根據(jù) 多數(shù)模型之內(nèi)相同輸入的 2%以內(nèi) 。 因此，在 ADVISOR 的 結(jié)果是通過它的算法來反映最小的不確定性；輸入數(shù)據(jù)的不確定性 是分析不確定性的要原因。所以， 所有輸入數(shù)據(jù)的來源模仿的在 分析下面指定。 車輛模型和假設(shè) ： 五種不同的車輛配置建模。串、并聯(lián)混合動力車以 小的質(zhì)量和 高效的傳動系統(tǒng) 建模是為了得到像 PNGV 一樣的混合動力車 ,獲得城市∕高速路的燃油經(jīng)濟性在 80 英里∕加侖 。這些被稱為“ 3 倍 ” 的車 ,是 因為他們得到 3 倍于傳統(tǒng)車輛 的燃油經(jīng)濟性 城市∕高速路 英里∕加侖 。第三個配置 是創(chuàng)建一個沒有混合動力的 常規(guī)的車輛。第四和第五車輛配置是由以傳統(tǒng)的車輛 (大概在 由于柴油機和手操作的傳動系統(tǒng) ),并將它變成并聯(lián)混合動力。表 1 提供五 種車輛仿真配置 的燃油經(jīng)濟性 的差異 ,而 表 2 給出了 數(shù)據(jù)來源的 輸入。 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)論文外文翻譯 4 表 1:車輛配置模型 的主要參數(shù)值 ： 縮放比例： 因為從 060英里 /小時的加速時間和 在 55英里 /小時和爬坡能力是所有車的性能要求， 液壓動力系統(tǒng) ，在這種情況下 類似奧迪五缸的 渦輪柴油引擎和電動機 可以滿足這兩個參數(shù)目標(biāo) 。 一個主要的假設(shè)下 ,這兩種 結(jié)構(gòu) 的轉(zhuǎn)矩 /速度 (相當(dāng)于功率損耗 效率圖 )可以在 坐標(biāo)圖 上 簡單的標(biāo)出 扭矩 比例 。眾所周知 ,這不是最精確的方法 ,但被用于缺乏一個可合理尺度算法 的情況下 。 Vehicle Config 3X Parallel Hybrid 3X Series Hybrid Light Wt (non hybrid) Conv. (diesel) Parallel Hybrid Mass (kg) 1000. 000 1000. 000 1000. 000 1611. 000 1611. 000 Battery Cap. (kWh) n/a n/a P e a k H P U Power (kW) 0 0 0 0 Peak Motor Power (kW) 0 0 n/a n/a CDA C rolling resistance City (mpg) 0 0 0 0 High way (mpg) 0 0 0 0 Combined (mpg) 0 0 0 0 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)論文外文翻譯 5 質(zhì)量： 這些傳統(tǒng)的 時流行的福特品牌的金牛座車的評估報告。 在報告中對于那些 質(zhì)量大概在一噸左右的 3X型的車輛會在 2020年以后用鋁來代替其他的金屬作為制造的主要材料。這與今天的車輛在質(zhì)量比較上是巨幅的減少；并且這些數(shù)據(jù)還可以用在 其它的高效率的總成以及作為 滿足 PNGV計劃中所要求的技術(shù)參數(shù)。 混合動力控制策略： 串聯(lián)的混合控制是用一個類似于 “ 恒溫器 ” 的東西來操縱液壓動力裝置，當(dāng)在開啟狀態(tài)時 HPU是在一個固定的扭矩和轉(zhuǎn)速下運行。在這項研究中 ，當(dāng)電池的充電量低于 40%時 HPU將打開，而電池的充電電量達到 80%以上時將關(guān)閉。并立案的混合控制策略 對于那些電池使用時間短的車有影 響，除非在電池電量低的時候保持電池充電。 它是樣定義的，將 60%的 SOC狀態(tài)定位高，將 50%的 SOC狀態(tài)定為低 ： *HPU不會停機（除非實在不需要時） *不論是否達在電池的充電狀態(tài)發(fā)動機都可以產(chǎn)生在成制動力。 *HPU一般會在遇到指令或是在發(fā)動機需要必要的動力時 會提供動力，也有一些特殊情況： 當(dāng)電量過低時會提高扭矩來重新充電。 當(dāng)點亮過高時將不會充電。 燃油經(jīng)濟性的計算： 為了證明在一個測試循環(huán)中電池組充電狀態(tài)的變化，推薦用一個簡單版本的美國汽車工程是學(xué)會的混合動力汽車測試程序。為了提高城市燃油的經(jīng) 濟性，兩個緊接的從高電量狀態(tài)到低電量狀態(tài)的城市循環(huán)工況各自反映了電池電量的減少和增加。在電池充電狀態(tài)變化不大的情況下，可以用一種簡單的線性插值的方法來預(yù)測汽車燃油經(jīng)濟性的評估值。這將確保一個公平的比較常規(guī)的車輛和混合動力汽車對電池組的任何電能盈余或赤字。如果沒有這樣計算電池組的充電狀態(tài)，由于電能被用來代替燃料能源，混合動了可能似乎已經(jīng)具有極高的燃油經(jīng)濟性。 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)論文外文翻譯 6 表 2 ： 數(shù)據(jù)的來源為模仿輸入和性能要求 車輛的燃油經(jīng)濟性的關(guān)鍵參數(shù)： 靈敏度分析的關(guān)鍵參數(shù)的模擬車輛說明如何敏感輸出（燃油經(jīng)濟性在這種情況下）是變化的輸入?yún)?shù)。這允許并排比較輸入?yún)?shù)，以便把重點放在 提高 燃油經(jīng)濟性 的重要技術(shù)領(lǐng)域。此外，相對比較有可能 的是 ， 由于輸入?yún)?shù)的變化可以很容易地計算出 燃油經(jīng)濟性 的數(shù)量變化 。 對于五種基本模型中的每一種都可以對關(guān)鍵參數(shù)進行上下 5%的調(diào)整。這表明這些系數(shù)可以在超出 10%的情況下計算，但是信任值不能超出正負(fù) 10%。 Vehicle Parameter Values Used Source of Input Data CDA , m2 PNGV Goals, Moore, C rolling resistance , .011 OTA Transmission Efficiencies: 5 spd。 (parallel, conventional) / 1 spd. (series) 92% / 98% Automotive Engineering, 1996 Heat Engine (HPU) Scaled 85 kW TDI Diesel Stock, D., 1990 Motor/Controller Scaled 75 kW AC Induction Lesster, L., 1993 Energy Storage: Batteries Horizon 12N8 5 Electro source 060 mph time second s PNGV Goals Grade ability at 55 mph % indefinitely More stringent than PNGV goal, which is % for 20 minutes 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)論文外文翻譯 7 對于這五種汽車模型的參數(shù)分析的結(jié)果顯示在圖 2 的條形圖中。參照表 1 中的五種車的基本參數(shù)。 請注意， 所有五種車的靈敏度系數(shù)是 。這也就是說，增加 1%的引擎效率，將增加 1%的燃油經(jīng)濟性。由于發(fā)動機是混合動力或常規(guī)車輛的能量轉(zhuǎn)換器，這并不奇怪，但仍然必須牢記。由于這種大型 HPU 的效率敏感性很強，工業(yè)部和政府正將極大的努力放在研究燃氣輪機，先進的柴油機，斯特林發(fā)動機和燃料電池上。 圖 2：燃油經(jīng)濟性的主要參數(shù) 圖 2的結(jié)果表明，電池效率和電機效率的敏感性系數(shù)為 3倍串聯(lián)式車輛大致是并聯(lián)式車輛的三倍。這樣的理由是，因為所有的 到車輪的驅(qū)動 力， 來自于串聯(lián)式 電動機，高功率和高功率損耗 發(fā)動機的串聯(lián)。這樣串 聯(lián)式的比并聯(lián)式可以通過電池提供更多的動力，也會引起電池更多的消耗 。在技術(shù)層面有一定的風(fēng)險，這就是說串聯(lián)式混合動力汽車在提高發(fā)動機效率和電池方面受到的影響比并聯(lián)式的要多，如果不能通過改進來解決將遇到更大的困難。 坐標(biāo)軸下的四個參數(shù)量會在燃油經(jīng)濟性提高的時候減小。我們的目標(biāo)是讓這些參數(shù)盡可能的維持在低水平。舉例說明盡可能減少負(fù)荷對 3倍車的影響：每減少 1％配件負(fù)荷，燃油經(jīng)濟性有 ％的升幅。觀察負(fù)荷為 800w的曲線，每降低 10%將提高 %的燃油經(jīng)濟性。 這些結(jié)果使燃油經(jīng)濟性的權(quán)衡是可以量化的附加功能 的汽車，如白天行駛的時候 開 燈。 混合動力汽車的設(shè)計空間映射 參數(shù)的研究 : 圖 3顯示了在 advisor的計算 了考慮表 1中的 3倍的并聯(lián)式混合動力車在有空氣阻力武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)論文外文翻譯 8 和滾動阻力情況下， HPU的平均效率和質(zhì)量的 燃油經(jīng)濟性 曲線?？梢缘贸?80英里每加侖的曲線是 PNGV計劃中所要求的。 圖