CN115879275A - 混合动力电动汽车性能仿真系统、方法、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明属于混合动力汽车仿真技术领域，公开了一种混合动力电动汽车性能仿真系统、方法、设备及存储介质，系统包括：初始化模块，进行混合动力电动汽车各种参数的设置和初始化；驾驶循环确定模块，确定输入的驾驶循环；仿真计算模块，调用构建的模型对混合动力电动汽车各部件的性能进行仿真计算。方法包括：将驱动能量从各动力源流向传动系统和车轮，并通过汽车动力学模型模块转化为实际车速；将实际车速与目标车速相比较计算车速差值；根据车速差值，调整油门和刹车踏板，控制动力源输出，使汽车跟随循环工况。本发明正向仿真策略真实模拟车辆实际的工作特性，尤其是驾驶员的操纵特性，可对车辆实际行驶性能进行预测，便于计算整车动力性指标。

Description

混合动力电动汽车性能仿真系统、方法、设备及存储介质

技术领域

本发明属于混合动力汽车仿真技术领域，尤其涉及一种混合动力电动汽车性能仿真系统、方法、设备及存储介质。

背景技术

目前，混合动力电动汽车(简称HEV)融合了传统内燃机汽车和电动汽车优点，能够显著减少汽车排放和降低油耗，已经逐渐被人们所认可和接受。HEV驱动系统由众多的关键部位如牵引电机、发动机、发电机以及电池组等构成，其控制策略也非常复杂，且影响因素众多，如果直接进行实车设计及实验研究，需要投入大量的人力、物力和财力，且设计、加工、装配及试验研究周期长，设计方案也会反复改动，增大了开发成本和周期，而且若对实验控制不当，还会导致系统故障，甚至威胁到实验操作人员的人身安全。因此，为了缩短开发时间、降低开发成本，并且在混合动力电动汽车设计初期就对整车的性能有可靠预测，开展混合动力电动汽车仿真研究，开发混合动力电动汽车性能仿真软件非常必要。

混合动力电动汽车是将电机驱动与内燃机动力合用到一部汽车上，按动力驱动系统结构布置不同分为串联式、并联式和混联式结构。其中，串联式系统最大特点是发动机不再与后续的驱动系统有直接机械连接，但需发电机将机械能转化为电能，电动机再将电能转变为机械能才能得以利用，因此，经过两次能量转换，能量利用效率降低。并联式混合动力系统省去了独立的发电机，两套动力装置可独立或同时驱动，总功率可以为两个动力系统的叠加，可直接驱动车轮，因此效率提高，能量损失降低。混联式混合动力系统有两个电机，均可作为发电机或电动机使用，发动机的工作受汽车行驶状况影响小，大部分工况在最高效率状态下工作或自动关闭，使汽车实现低排放及超低油耗，达到环保和节能效果。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

国内现有技术没有成熟的针对混合动力电动汽车进行仿真的系统或方法；现有的仿真系统在预测或仿真模拟混合动力电动汽车的性能方面还不够完善。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种混合动力电动汽车性能仿真系统、方法、设备及存储介质。

本发明第一方面公开了一种混合动力电动汽车性能仿真系统，包括：

初始化模块，用于进行混合动力电动汽车各种参数的设置和初始化；

驾驶循环确定模块，用于确定输入的驾驶循环；

仿真计算模块，用于调用构建的模型对混合动力电动汽车各部件的性能进行仿真计算。

优选的，所述仿真计算模块进一步划分为：

驾驶员模型模块，用于控制混合动力电动汽车动力装置产生驱动力及制动系统的制动力；

动力传动系统控制器模型模块，用于动力分配控制、换挡策略控制和电源能量管理；

发动机模型模块，用于确定正常运行转速、转矩、功率范围、负荷、油耗脉谱、排放脉谱、排气温度脉谱以及每个时间步长的燃料消耗量，模拟发动机的工作特性；

电动机模型模块，用于通过转速和转矩确定驱动电机的效率计算机械损失；

发电机模型模块，用于确定发电机正常运行的速度和转矩范围，计算发电机的电力输出；

电池模型模块，用于计算电池的SOC值、端电压、电流、功率最大限值以及最大电流值；

变速器模型模块，用于进行扭矩和转速传递并计算扭矩和转速的变化值；

主减速器模型模块，用于计算扭矩和转速的变化值、主减速器和差速器的转矩损失和主减速器和差速器的惯性损失；

车轮模型模块，用于依据轮胎的参数计算轮胎的直径，并由已知的转速计算实际汽车动力学模型模块，用于计算滚动阻力、坡度阻力、迎风阻力和加速阻力，根据动力学方程，计算车轮的转速和总扭矩；

汽车动力学模型模块，用于计算滚动阻力、坡度阻力、迎风阻力和加速阻力，根据动力学方程，计算车轮的转速和总扭矩。

优选的，所述动力传动系统控制器模型模块包括动力分配控制子模型模块、换挡控制子模型模块以及电源能量管理子模型模块；

所述动力分配控制子模型模块，用于根据油门踏板位置信息和制动踏板位置信息控制混合动力电动汽车动力系统的功率输出，并将混合动力电动汽车行驶所需的驱动力借助动力分配装置在发动机、发电机、电动机及电池之间进行能量分配；

所述电源能量管理子模型模块，用于管理蓄电池充电、放电和再生制动过程。

本发明第二方面公开了一种混合动力电动汽车性能仿真方法，所述混合动力电动汽车性能仿真方法包括：

将驱动能量从各动力源流向传动系统和车轮，并通过汽车动力学模型模块转化为实际车速；

将所述实际车速与目标车速相比较计算车速差值；

根据所述车速差值，调整油门和刹车踏板，控制动力源输出，使汽车跟随循环工况。

优选的，所述根据所述车速差值，调整油门和刹车踏板，控制动力源输出，使汽车跟随循环工况包括：

步骤一：设置驾驶循环、汽车结构参数、发动机外特性参数、万有特性脉谱、发电机参数、电动机参数和蓄电池参数；

步骤二：判断驾驶循环是否结束；若是执行步骤六，否则执行步骤三；

步骤三：根据所述车速差值判断实际车速是否大于目标车速；

步骤四：当实际车速大于目标车速时，控制制动踏板制动，计算汽车制动力、行驶阻力以及汽车加速度，转向计算汽车的当前速度，计算汽车燃油消耗量百公里油耗；

步骤五：当实际车速小于目标车速时，控制发动机加速踏板加速，计算换挡档位、驱动力、汽车加速度、汽车速度、行驶里程、汽车燃油消耗量百公里油耗以及发动机、发电机、电动机的转速和转矩；

步骤六，输出汽车百公里油耗、发动机油耗、蓄电池SOC值、蓄电池能量变化量、汽车驱动力、发动机转矩、电动机转矩、发电机参数并进行显示。

优选的，所述方法包括：

将加速踏板位置信息输入所述动力传动系统控制器模型模块，通过所述动力传动系统控制器控制发动机、发电机、电动机及电池的能量分配；

由所述动力学模型计算汽车加速度、汽车速度和累计行驶里程；

由所述驾驶员模型模块根据驾驶循环的车速差值控制加速踏板位置和制动踏板位置。

优选的，所述方法还包括：

当发动机功率满足需求时，选择联合驱动模式或发动机单独驱动模式，其中，所述发动机单独驱动模式下发电机对蓄电池充电，当蓄电池SOC值高于上限时停止充电；

当发动机功率不满足需求时，利用电动机辅助驱动，选择联合驱动模式。

优选的，所述蓄电池SOC值计算方法包括：

充电状态下蓄电池SOC值为：

SOC_t＝SOC_t-1+t*(P_b-P_loss)/E_max

式中，SOC_t和SOC_t-1是电池组在时刻t和t-1的SOC值，P_loss是电池组功率损失；E_max是电池能量容量；P_b为电池组功率。

本发明第三方面公开了一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述混合动力电动汽车性能仿真方法的步骤。

本发明第四方面公开了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述混合动力电动汽车性能仿真方法的步骤。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

本发明正向仿真策略真实模拟汽车实际的工作特性，尤其是驾驶员的操纵特性，可对汽车实际行驶性能进行预测，便于计算整车动力性指标。本发明利用数学模型和计算机仿真的手段对HEV多能源动力总成控制系统进行了分析，并建立了整车的仿真模型对其动力性及经济性能做出了预测，为下一步控制系统开发和整车的实验研究提供了理论基础和依据。

本发明应用Matlab语言编程建立混合动力汽车整车系统的仿真模型，可实现对混合动力电动车部件选型分析及性能仿真模拟，分析动力总成控制参数和传动比设计参数对整车性能的影响。

本发明对混合动力电动车性能模拟计算的结果与试验结果进行对照和比较，验证了模型建立的正确性及程序设计的可行性。

本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：国内还没有成熟的混合动力汽车整车系统的仿真软件，本发明建立的混合动力汽车整车系统的仿真软件，填补了国内混合动力车辆整车性能仿真软件技术空白。

附图说明

图1是本发明实施例提供的混合动力电动汽车性能仿真系统构成示意图；

图2是本发明实施例提供的混合动力电动汽车性能仿真系统中模型示意图；

图3是本发明实施例提供的驱动电机处于辅助驱动或反向发电状态仿真计算程序框图；

图4是本发明实施例提供的混合动力电动汽车性能仿真方法流程图；

图5是本发明实施例提供的混合动力电动汽车性能仿真计算路线图；

图6是本发明实施例提供的混联式混合动力系统的动力分配机构示意图；

图7是本发明实施例提供的循环车速与模型模拟车速对比示意图；

图8是本发明实施例提供的汽车驱动电机速度随时间变化特性示意图；

图9是本发明实施例提供的汽车驱动电机转矩随时间变化特性示意图；

图10是本发明实施例提供的发动机转矩随时间变化特性示意图；

图11是本发明实施例提供的发动机燃油瞬时消耗量随时间变化特性示意图；

图12是本发明实施例提供的发电机转速随时间变化特性示意图；

图13是本发明实施例提供的发电机转矩随时间变化特性示意图；

图14是本发明实施例提供的电池输出功率随时间变化特性示意图；

图15是本发明实施例提供的动力电池荷电状态SOC随时间变化特性示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。

如图1所示，本发明实施例提供的混合动力电动汽车性能仿真系统包括：

初始化模块，用于进行混合动力电动汽车各种参数的设置和初始化；

驾驶循环确定模块，用于确定输入的驾驶循环；

仿真计算模块，用于调用构建的模型对混合动力电动汽车各部件的性能进行仿真计算。

本发明中，仿真计算模块进一步划分为：

驾驶员模型模块，用于控制混合动力电动汽车动力装置产生驱动力及制动系统的制动力；

动力传动系统控制器模型模块，用于动力分配控制、换挡策略控制和电源能量管理；

发动机模型模块，用于确定正常运行转速、转矩、功率范围、负荷、油耗脉谱、排放脉谱、排气温度脉谱以及每个时间步长的燃料消耗量，模拟发动机的工作特性；

电动机模型模块，用于通过转速和转矩确定驱动电机的效率计算机械损失；

发电机模型模块，用于确定发电机正常运行的速度和转矩范围，计算发电机的电力输出；

电池模型模块，用于计算电池的SOC值、端电压、电流、功率最大限值以及最大电流值；

变速器模型模块，用于进行扭矩和转速传递并计算扭矩和转速的变化值；

主减速器模型模块，用于计算扭矩和转速的变化值、主减速器和差速器的转矩损失和主减速器和差速器的惯性损失；

车轮模型模块，用于依据轮胎的参数计算轮胎的直径，并由已知的转速计算实际汽车动力学模型模块，用于计算滚动阻力、坡度阻力、迎风阻力和加速阻力，根据动力学方程，计算车轮的转速和总扭矩；

汽车动力学模型模块，用于计算滚动阻力、坡度阻力、迎风阻力和加速阻力，根据动力学方程，计算车轮的转速和总扭矩。

本发明中，动力传动系统控制器模型模块包括动力分配控制子模型模块、换挡控制子模型模块以及电源能量管理子模型模块；

动力分配控制子模型模块，用于根据油门踏板位置信息和制动踏板位置信息控制混合动力电动汽车动力系统的功率输出，并将混合动力电动汽车行驶所需的驱动力借助动力分配装置在发动机、发电机、电动机及电池之间进行能量分配；

电源能量管理子模型模块，用于管理蓄电池充电、放电和再生制动过程。

如图4所示，本发明实施例提供的混合动力电动汽车性能仿真方法，包括：

将驱动能量从各动力源流向传动系统和车轮，并通过汽车动力学模型模块转化为实际车速；

将所述实际车速与目标车速相比较计算车速差值；

根据所述车速差值，调整油门和刹车踏板，控制动力源输出，使汽车跟随循环工况。

在本发明中根据所述车速差值，调整油门和刹车踏板，控制动力源输出，使汽车跟随循环工况包括：

步骤一：设置驾驶循环、汽车结构参数、发动机外特性参数、万有特性脉谱、发电机参数、电动机参数和蓄电池参数；

步骤二：判断驾驶循环是否结束；若是执行步骤六，否则执行步骤三；

步骤三：根据所述车速差值判断实际车速是否大于目标车速；

步骤四：当实际车速大于目标车速时，控制制动踏板制动，计算汽车制动力、行驶阻力以及汽车加速度，转向计算汽车的当前速度，计算汽车燃油消耗量百公里油耗；

步骤五：当实际车速小于目标车速时，控制发动机加速踏板加速，计算换挡档位、驱动力、汽车加速度、汽车速度、行驶里程、汽车燃油消耗量百公里油耗以及发动机、发电机、电动机的转速和转矩；

步骤六，输出汽车百公里油耗、发动机油耗、蓄电池SOC值、蓄电池能量变化量、汽车驱动力、发动机转矩、电动机转矩、发电机参数并进行显示。

在本发明中，混合动力电动汽车性能仿真方法包括：

将加速踏板位置信息输入所述动力传动系统控制器模型模块，通过所述动力传动系统控制器控制发动机、发电机、电动机及电池的能量分配；

由所述动力学模型计算汽车加速度、汽车速度和累计行驶里程；

由所述驾驶员模型模块根据驾驶循环的车速差值控制加速踏板位置和制动踏板位置。

在本发明中，混合动力电动汽车性能仿真方法还包括：

当发动机功率满足需求时，选择联合驱动模式或发动机单独驱动模式，其中，所述发动机单独驱动模式下发电机对蓄电池充电，当蓄电池SOC值高于上限时停止充电；

当发动机功率不满足需求时，利用电动机辅助驱动，选择联合驱动模式。

在本发明中，蓄电池SOC值计算方法包括：

充电状态下蓄电池SOC值为：

SOC_t＝SOC_t-1+t*(P_b-P_loss)/E_max

式中，SOC_t和SOC_t-1是电池组在时刻t和t-1的SOC值，P_loss是电池组功率损失；E_max是电池能量容量；P_b为电池组功率。

下面结合附图对本发明的作进一步的描述。

如图2所示，HEV的仿真模型构成包括输入的驾驶循环、驾驶员模型模块、汽车动力学模型模块、混动系统控制器模型、发动机模型模块、变速器模型模块、主减速器模型模块、电动机模型模块、发电机模型模块、车轮模型模块及电池模型模块。仿真软件在使用前需进行混合动力电动汽车各种参数的设置和初始化，并确定输入的驾驶循环，程序在运行过程中需调用驾驶员模型模块、汽车动力学模型模块、动力传动系统控制器模型模块、发动机模型模块、变速器模型模块、主减速器模型模块、电动机模型模块、发电机模型模块、车轮模型模块及电池模型模块，从而对各系统部件的性能进行仿真计算。

1、驾驶员模型模块

HEV仿真模型基于正向仿真方法，即采用驾驶员模型模块根据驾驶循环的目标车速与实际车速的偏差(偏差及偏差变化率)控制加速踏板位置(“需求转矩”)及制动踏板位置，来控制汽车动力装置产生的驱动力及制动系统的制动力，使车辆尽可能紧密地跟踪目标车速。驾驶员模型模块中对加速踏板位置和制动踏板位置的控制策略采用PID自适应控制方法。加速踏板位置信号作为一个重要的输入信号发送给变速器换挡子模型模块和混动系统控制器模型。

2、混动系统控制器模型

加速踏板位置信息输入混动系统控制器模型，通过混动系统控制器控制发动机、发电机、电动机及电池的能量分配，输出的动力经变速器、主减速器模型模块及车轮产生驱动力，由汽车的动力学模型根据牛顿第二定律计算产生的汽车加速度，并计算汽车的速度和累计行驶里程，汽车的实际速度反馈给驾驶员模型模块，再由驾驶员模型模块根据驾驶循环的目标车速与实际车速的偏差控制加速器踏板和制动踏板位置。

HEV混动系统控制器模型实现三大功能，包括动力分配控制、换挡策略控制和电源能量管理。

动力分配控制子模型模块，基于混合动力汽车的结构形式，根据油门踏板位置信息和制动踏板位置信息控制HEV动力系统的功率输出。串联式HEV行驶所需的驱动力由电动机输出的转矩实现，而并联式混合动力汽车行驶所需的驱动力由发动机或电动机提供，或由发动机和电动机二者共同驱动汽车行驶；而混联式HEV通过动力分配控制子模型模块将HEV行驶所需的驱动力借助动力分配装置在发动机、发电机、电动机及电池之间进行能量分配，使发动机的工作受汽车行驶状况影响最小，大部分工况工作在最高效率区域自动关闭，使汽车实现低排放及超低油耗，达到环保和节能效果。

电源能量管理子模型模块，主要负责管理蓄电池充电、放电和再生制动过程，以最大限度地减少燃料消耗及降低排放，并最大限度地延长电池组使用寿命。电池能量管理方法主要分为两种：荷电保持型和荷电耗尽型。如果发动机发电机的容量较大并可用来随时给电池组充电，则可设计为荷电保持型HEV。如果发动机发电机容量相对较小并且主要目标是提供附加功率，则可设计为荷电耗尽型HEV，该类型电源能量管理方式既适合串联系统也适合并联系统，尤其适合串联系统。电池电量持续消耗达到荷电状态(SOC)下限时，动力传动系统控制器控制发动机启动，驱动汽车或给蓄电池充电。大多数插电式混合动力车采用了电池电量耗尽型控制模式，因为插电式混合动力汽车可通过外界电源为蓄电池充电。而蓄电池电量保持型的HEV不需要外部电源充电。

发动机模型模块，采用数学模型或脉谱模型，发动机模型模块定义了发动机的正常运行转速和转矩及功率范围，以及以发动机的转速和负荷(转矩和功率百分数)定义的油耗脉谱、排放脉谱、排气温度脉谱等。由发动机的转速和油门开度(负荷)插值计算可得到发动机转矩、燃油消耗量、排放和排温数据，这些值被传递回的汽车模型，同时这些计算值也可以用来确定每个时间步长的燃料消耗量(及用于排放计算)。温度校正因子作为燃料消耗量和冷启动排放的修正量。

混合动力汽车动力性和经济性模拟计算是以发动机数学模型为重要依据的，其包括发动机外特性和发动机万有特性。目前描述发动机特性的方法有表格法、插值法和模拟法，前两种方法尽管运算速度较慢，但精确度较高，适合于用计算机程序分析。

本发明采用的发动机模型模块主要是对实际选定的发动机实验数据，建立起数据库(发动机转矩、转速、燃油消耗率以及排放数据等)，利用查表插值的方法来模拟发动机的工作特性。考虑到这种发动机采用实验数据建模，通用性较强，只考虑单元结构的输入和输出量，其输入输出关系可以精确地表示发动机特性。对于环境对单元结构工作特性的影响，可引入环境变量对单元结构的特性进行修正，从而使模型精度能达到要求。

驱动电机模型定义了电机正常运行的速度和转矩范围，基于数学模型或脉谱模型。根据驱动电机的速度和油门开度确定驱动电机输出转矩，同时将转矩传递给变速箱。在驱动电机的转速工作转速范围内受最大输出转矩限制和最大电流限制。驱动电机模型还包括机械损失，机械损失计算是通过转速和转矩的二维参数确定驱动电机的效率来计算。

本发明的驱动电机模型与发动机建模类似，采用实验数据和动力学相结合的方法。主要为电机动力学(机械特性)的模型，这样相当于把电机看成“黑箱”，只需考虑其输入量，而不必考虑其内部工作机制，即假定电机控制器/逆变器总能按需求控制电机以实现指定的输入量和输出量间的关系。建模所需的数据主要是电机转速—转矩曲线及电机效率map图。这些数据来自电机的实测数据，它们反映了电机输入和输出之间的机械特性。仿真计算时所需的其他数据主要通过对这些实测数据组成的数据表进行插值获得，虽然仿真计算并未直接利用电机学的具体计算公式，但是电机的实测数据却间接反映了这些具体计算公式，故所建立的电机模型与电机的具体类型(如直流电机、交流感应电机、永磁同步电机、开关磁阻电机等)无关。

在整车运行过程中，电机既可以工作在电动状态，也可以工作在发电状态，具体在模型中是采用正负来区分电动和发电状态的。电机模型中的效率损失计入了电机控制器效率。在根据需求确定实际可提供的转矩时以相应转速下电机的最大输出转矩为限制条件。电机控制器模块保证电机控制器的电流不超过规定的最大电流限值，并在不需要电机时将电机关闭。

当驱动电机处于辅助驱动状态或反向发电状态，其仿真计算程序框图如图3所示。

发电机模型模块与驱动电机模型类似。发电机模型模块确定了发电机正常运行的速度和转矩范围，基于数学模型或脉谱模型。根据发电机可达到的速度和转矩，计算发电机的电力输出。在发电机的转速工作转速范围内受最大承载转矩限制和最大电流限制。发电机模型模块还包括机械损失，功率损失是通过转速和转矩的二维参数确定发电机的效率、发电机的最大扭矩、最大电流。

如果发电机的正常运转速度和转矩范围与发动机的工作范围不匹配，在发动机与发动机之间使用速度/转矩耦合器，使发电机和发动机优化匹配，提高系统的效率。

电池模型模块：

电池子系统模型输入的参数为能量控制单元对电池组的需求功率，输出参数为电池的SOC值、端电压、电流等。电池的仿真模型分为四个部分，依次是电动势和内阻的计算、功率限制、端电压和电流的计算、SOC值的算法。

由电池的SOC值和温度确定的二维脉谱可确定蓄电池电动势与电阻特性，输出电池组的开路电压和内阻。

电池的充放电过程是一个受多方面因素影响的复杂的非线性过程，对于电池在工作过程中产生的各种效应，理论模型很难模拟，因此电池模型模块大多是基于试验数据的经验模型或半经验模型。在不考虑温度对电池特性的影响下，电池被简化为一个理想电压源E(SOC)和一个内阻R(SOC)。

考虑电池温度变化，通过试验数据建立电压源E和内阻R与电池温度T和SOC值之间的对应函数关系，即E＝f₁(SOC,T)，R＝f₂(SOC,T)。需要指明的是对于充电过程和放电过程，上述函数关系是不同的，应分别根据充、放电的实测数据进行拟合。

电池模型模块采用基于能量形式模型。电池组由模块组成，模块本身又由电池单元组成。不同电池类型的电池模块电压可能不同。出于仿真目的，我们必须为电池定义变量参数。

电池模块有两个内阻：充电电阻(R_c)和放电电阻(R_d)，用以计算电池充、放电过程的能量损失。

电池组若采用电池模块串联，其电压和总容量计算如下：

V_batt＝n*V_module (2)

式中，V_batt为电池组电压，V_module为电池模块电压，n为电池模块个数，

Q_batt＝Q_module (3)

式中，Q_batt为电池组总容量，Q_module为电池模块容量，A·h。

另外，如果所有电池模块并联，则电池组电压和总容量计算如下：

V_batt＝V_module (4)

Q_batt＝n*Q_module (5)

电池组的总能量定义为：

E_max＝V_batt·Q_max (6)

其中Q_max是电池容量[以安培小时为单位，A.h]，1小时内耗尽电池的放电电流，E_max是电池总能量[以瓦特时为单位，W.h]。

电池组的充电或放电功率P_b可以通过电机功率、制动再生功率和发电机功率来计算，电池组的电流I可以通过以下公式计算：

I＝P_b/V_oc (7)

其中，P_b为电池组的充电或放电功率；V_oc是开路电池电压，可以通过由电池SOC和温度为二维变量的电池电压脉谱查表插值计算得到，而Rc和Rd是通过基于电池SOC和温度为二维参数的Rc和R_d的脉谱表的插值计算得到。

电池组由于内部电阻导致的能量损失由下式计算：

P_loss＝nI²R (8)

其中，R代表电池组的充电电阻R_c或放电电阻R_d。

电池组在充电状态下的SOC值可由下式计算：

SOC_t＝SOC_t-1+t*(P_b-P_loss)/E_max (9)

式中，SOC_t和SOC_t-1是电池组在时刻t和t-1的SOC值。

当电池放电时，电池组的SOC值可由下式计算：

SOC_t＝SOC_t-1-t*(P_b+P_loss)/E_max (10)

电池的SOC值是一个变化量，关系到电池电阻特性和电池的充放电效率，应该控制在一个优化的范围内，通常将电池的SOC值控制在40％到80％之间比较合理。

变速器模型模块：

传动装置模型实际上就是起到一个扭矩和转速传递的作用，并计算出扭矩和转速的变化值，这个过程中还需要计算变速器的转矩损失和变速器的惯性损失，即效率。同时包括变速器的换档逻辑(其换档规律由换档控制子模型模块确定)。

变速器模型模块中还包括离合器子模型模块或变矩器子模型模块，用以传递或断开传递的动力。离合器子模型模块中离合器有分离、打滑及完全接合三个状态；变矩器子模型模块有变矩、耦合和闭锁三个状态。

汽车的实际行驶过程是十分复杂的，不仅和道路条件有关，还取决于驾驶员的一些习惯性的操作动作，并没有定式可循。比如在起步阶段，驾驶员踩离合器踏板时用力轻重不同，离合器的接合过程便不同；对于换档过程同样也是如此，换档点的选择将直接影响汽车的行驶模式。

汽车起步阶段扭矩传递规律主要决定于离合器的接合规律，在接合过程中，离合器存在着不同程度地滑磨，其滑磨过程是相当复杂的。本发明采用扭矩递增假设：假设在离合器的接合过程中，从动盘上的扭矩是随着离合器同步时间和接合时转速的变化而变化的。离合器接合过程的同步时间一般为0.4秒。而换挡过程，无同步器时，同步时间一般为1～2秒，有同步器时一般为0.4～0.7秒。在汽车的整个运行工况中，实际上滑磨对加速时间与其他因素(如：司机，汽车状况，道路状况等)的影响相比很小，可忽略不计。

主减速器模型模块：

主减速器(包括差速器)模型实际上也是起到一个扭矩和转速传递的作用，计算出扭矩和转速的变化值，这个过程中需要计算主减速器和差速器的转矩损失和主减速器和差速器的惯性损失，即效率。

车轮模型模块：

车轮(包括半轴)模型中依据轮胎的参数计算轮胎的直径，并由已知的转速计算实际车速。驱动力在轮胎与地面的接触面产生，同时在制动控制时，为确保汽车减速时的安全性，在牵引力限制的基础上的制动力数值也有上限，设定制动蹄片/垫的最大摩擦系数为0.9。

汽车行驶动力学模型：

汽车行驶动力学模型按照汽车行驶阻力的经验公式计算出滚动阻力、坡度阻力、迎风阻力和加速阻力，根据汽车的动力学方程，计算出所需的总驱动力，进而得到车轮的转速和总扭矩。

汽车在行驶方向上的受力方程为：

F_t＝F_f+F_i+F_w+F_j (11)

式中F_t为汽车驱动力，N；F_f为滚动阻力，N；F_i为坡度阻力，N；F_w为空气阻力，N；F_j为加速阻力。

混合动力电动汽车的驱动力源于发动机或牵引电机或二者共同提供的扭矩T_t，该扭矩经过传动系统传递至驱动轮，此时作用在驱动轮上的扭矩产生对地面的圆周切向作用力，其反作用力即为汽车驱动力F_t：

式中，F_t为汽车驱动力，T_t为动力装置转矩；i₀、i_g分别表示主减速器和变速器传动比；η_t表示传动系机械效率；r表示车轮半径；

滚动阻力计算式：

F_f＝mgf (13)

式中m为整车质量，kg；g为重力加速度，m/s²；f为滚动阻力系数。

坡度阻力可表示为：

F＝mg sinα≈mgi (14)

式中，α表示道路坡度角，i为道路坡度，在坡度角不大的情况下，有sinα≈i。

在正常行驶条件下，空气阻力的大小与车速u的平方成正比，当空气密度取1.2258N·s²·m^-4时，空气阻力大小可表示为：

式中C_D为空气阻力系数；A为汽车迎风面积，m²。

加速阻力表示为：

式中δ为汽车旋转质量换算系数。

通过上述分析，SHEV的行驶动力学方程是可以改写为：

汽车速度为

汽车行驶里程为s＝s+uΔt (19)

仿真结果需计算混合动力汽车循环工况的等效百公里油耗。等效油耗是根据工况结束时的电池SOC值换算至工况初始时的SOC值，即把汽车在工况起始和结束时的蓄电池能量变化量折算为燃油消耗量，得到汽车等效百公里油耗，电能折算为油耗的公式为：

式中，Q_F表示燃油油耗量；ΔE表示蓄电池能量变化量；η_D表示电机效率；η_C表示传动系效率；η_F表示发动机效率；η_m表示发动机机械效率；E_R表示汽油的燃烧热值；

蓄电池能量变化量为：

ΔE＝(SOC₀-SOC₁)*E_max (21)

式中，ΔE为蓄电池能量变化量；SOC₀表示标准循环开始时刻的SOC值；SOC₁表示标准循环结束时刻的SOC值；E_max表示蓄电池的额定总能量。

本发明实施例提供的混合动力电动汽车性能仿真系统的编程语言采用Matlab，可运行在台式计算机或便携式笔记本计算机上。

本发明实施例提供的混合动力电动汽车性能仿真系统软件运行的硬件所需最低配置：Intel Pentium4 1.6G(或者相当)CPU以上；512MB内存，60G硬盘；系统客户端可采用WINDOWSXP或WINDOWS2010或以上版本。

本发明实施例提供的混合动力电动汽车性能仿真系统的输入参数为驾驶循环、汽车结构参数(包括外形参数、汽车重量、车轮参数等)、发动机额定转速及最大功率、发电机转速及转矩、电动机转速及转矩、蓄电池参数等，通过仿真系统可计算不同行驶循环条件下混合动力电动汽车的动力性和经济性，以及各系统部件的工作参数，为混合动力电动汽车动力系统匹配提供依据和理论指导。

本发明实施例提供的混合动力电动汽车性能仿真方法包括：就HEV整车仿真计算方法而言，有两种基本方法，即正向仿真方法和反向仿真方法。

正向仿真方法是指驱动能量从各动力源流向传动系统和车轮，并通过汽车动力学模型模块转化为实际车速，与目标车速相比较，求出差值，再通过驾驶员模型模块调整油门和刹车踏板命令来控制动力源输出，使得汽车跟随循环工况。正向仿真方法侧重于对汽车驱动系统的动力性能以及操纵特性等进行仿真和评价。反向仿真方法是指仿真中能量的计算方向与实际能量流动方向相反，即从车轮流向动力源，侧重于对汽车驱动系经济性能的评价，相比而言反向仿真方法比较简便，不需要建立驾驶员模型模块，但计算中假设汽车可满足一定的行驶要求，不利于对汽车的实际性能作出预测，同时难以考虑汽车实际运行过程中的动态特性。

正向仿真方法的特点是能量流动方向与实际情况相同，汽车驱动力从各动力源(动力生成装置)流向传动系统和车轮，驱动汽车行驶。正向仿真方法采用的仿真计算路线如图5所示，正向仿真策略可真实模拟汽车实际的工作特性，尤其是驾驶员的操纵特性，有利于指导系统控制的硬件设计，并可以对汽车实际行驶性能进行预测，便于计算整车动力性指标。因此，本发明中混合动力电动汽车性能仿真软件采用正向仿真策略的设计方法。应用Matlab语言编写的模拟仿真程序。

为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。

将本发明实施例提供的混合动力电动汽车性能仿真方法应用于对串联、并联和混联式混合动力系统的部件配置和能量管理策略进行详细分析，计算混合动力汽车在不同行驶循环条件下的动力性和经济性。下面分别分析不同形式HEV动力系统的能量分配控制策略。

1.HEV动力系统能量分配控制策略

混合动力电动汽车性能仿真软件可对串联、并联和混联式混合动力系统的部件配置和能量管理策略进行详细分析，计算混合动力汽车在不同行驶循环条件下的动力性和经济性。下面分别分析不同形式HEV动力系统的能量分配控制策略。

1.1串联式混合动力系统能量分配控制策略

串联式混合动力系统(SHEV)的运行模式主要基于对电池的SOC值的控制，SOC值变化关系到电池电阻特性和电池的充放电效率，应该控制在一个优化的范围内。对于恒温器控制方式通常将电池的SOC值控制在40％到80％之间。SHEV动力总成系统根据实际运行车速、负载工况及动力电池的荷电状态(SOC，其用来反映电池的剩余容量，数值上定义为电池的剩余容量占电池容量的比值)，在动力传动系统控制器控制下，选择运行在不同运行模式下，从而在满足驱动要求的前提下保证发动机处于理想的工作状态。SHEV动力总成通常有各自不同的运行模式。其主要运行模式包括：

1)纯电动模式；

2)发动机—发电机组单独驱动模式；

3)“混合”驱动模式；

4)发动机—发电机组向电池组充电模式；

5)再生制动模式；

在串联型混合动力电动汽车中，对于任何工作模式，牵引电机作为唯一的驱动源，输出的功率直接满足路面的功率需求(忽略电机到驱动轮的机械损失)。

P_r＝P_m (22)

式中：P_r为路面需求功率；P_m为牵引电机驱动的功率。

(1)纯电动模式

在起动或低速行驶时，驱动功率完全由电池组通过牵引电机提供，发动机－发电机组不工作。纯电动起步具有起动时转矩大，起动平稳以及无尾气排放的优点。即，

P_eg＝0 (23)

P_b＝P_m/(η_mη_d) (24)

式中：P_eg为发动机－发电机组输出的功率；P_b为电池组输出的功率；P_m为牵引电机输出的功率；η_d为电池组放电效率；η_m为电机效率。

(2)“混合”驱动模式

在全负荷加速或重载工况下，当汽车行驶所需功率超过电池组的最大输出功率时，如果单纯由电池组驱动，不但无法满足整车动力性要求，而且由于放电电流过大造成蓄电池的损坏。因此，通过发动机－发电机组提供峰值驱动功率，这时汽车的负载功率等于发动机－发电机组输出功率和电池组输出功率之和。即，

P_b＝(P_m/η_m-P_eg)/η_d (25)

(3)发动机－发电机组单独驱动模式

当电池组的SOC值低于设定的下界值，且驱动功率在发动机的最佳输出功率范围之内时，发动机通过调节节气门的开度来达到要求的驱动功率，发动机－发电机组输出功率等于汽车负载功率，即

P_eg＝P_m/η_m＝P_r/η_m (26)

(4)发动机－发电机组向电池组充电模式

当电池组的SOC值低于设定的下界值，如果发电机组输出的功率超过了路面功率的需求，如在低速或下坡工况时，则给电池组充电，发动机－发电机组输出功率等于汽车负载功率和电池组吸收功率之和，即

P_b＝-(P_eg-P_m/η_m)η_c (27)

式中：η_c为电池组充电效率，负号代表给电池组充电。

(5)再生制动模式

在再生制动过程中，如在减速或下坡工况时，牵引电机作为发电机运转，再生回收的动能单独或和发电机组输出的功率一同给电池组充电。

P_m＝αP_r (28)

P_b＝P_mη_mη_c (29)

或P_b＝(P_eg+P_mη_m)η_c (30)

式中：α为再生制动能量回收系数。

1.2并联式混合动力传动系统控制器模型模块

并联式混合动力系统(PHEV)的运行模式基于汽车行驶所需的驱动功率及对电池的SOC值的控制，选择运行在不同的驱动模式，从而在满足驱动要求的前提下保证发动机和蓄电池处于理想的高效工作状态。

在并联式混合动力系统中，驱动力可来源于发动机或驱动电机，使输出的功率满足汽车行驶功率需求。在并联式混合动力系统中，驱动力可来源于发动机或驱动电机或二者叠加，使输出的功率满足汽车运行功率需求。

P_r＝P_e或P_r＝P_m或P_r＝P_e+P_m (31)

式中，P_r为汽车行驶需求驱动功率，P_e为发动机输出功率，P_m为驱动电机输出的功率。

在不同的机电耦合方式下，PHEV动力总成通常有下列主要运行模式：

1)纯电动模式；

2)发动机单独驱动模式；

3)“混合”驱动模式；

4)发动机驱动并向电池组充电模式；

5)再生制动模式；

6)电池充电模式

(1)纯电动模式

当蓄电池的SOC值大于最低设定限值(40％)时，汽车起步或者运行速度较低时，具体判定条件是发动机运行转速低于最低稳定转速时或汽车驱动功率小于发动机额定功率的30％时，发动机关闭，发动机与驱动电机间离合器分离，只有电动机工作提供驱动力。纯电动模式启动平稳且无有害排放。即，

P_e＝0 (32)

P_m＝P_r (33)

P_b＝P_m/(η_mη_d) (34)

式中，P_e为发动机提供的功率，P_b为电池组放电提供的功率，P_m为驱动电机提供的功率，η_d为电池组放电过程库伦效率，η_m为电机工作效率。

(2)发动机单独驱动模式

当蓄电池不需要充电，即SOC值大于SOC控制窗口上限(80％)时，且发动机处于控制系统设定的发动机运行区域，此时，发动机与驱动电机间离合器接合，电动机关闭，只有发动机工作提供驱动力。即，

P_m＝0 (35)

P_e＝P_r (36)

P_b＝0 (37)

发动机工作提供驱动力，驱动汽车行驶，此过程中通过换挡策略优化控制，通过提高档位使发动机沿等功率线从高速低负荷工况切换到低速高负荷工况点从而达到降低燃油消耗的目的；

在通过换挡控制无法使发动机运行在最佳经济区范围内时，通过发动机电控系统采用断缸控制，使工作气缸数减半，从而提高发动机单缸负荷，使工作气缸运行在最佳经济区范围内，达到降低燃油消耗的目的。

(3)“混合”驱动模式

“混合”驱动模式下，发动机与驱动电机间离合器接合，主要由发动机驱动，当汽车需要加速或全负荷工作时，汽车行驶所需的驱动功率大于发动机输出功率时，电动机由蓄电池提供能量参与驱动。此时，汽车驱动系统输出功率为发动机的输出功率与电机输出功率之和。即，

P_r＝P_e+P_m (38)

此驱动模式下，电池组放电过程的SOC变化量仍需要采用公式(5)-(8)进行计算。

(4)发动机驱动且向电池组充电模式

在发动机运行工况区间，如果电池组为可充电状态，即SOC值小于SOC控制窗口上限(80％)时，发动机驱动汽车行驶的同时可利用富余动力驱动电机发电，为蓄电池充电。通过调节电机发电功率使发动机运行在最佳经济区范围内，达到降低燃油消耗的目的。此时，

P_g＝P_e-P_r (39)

充电过程中，

P_b＝P_gη_mη_d (40)

式中，P_g为驱动电机转变为发电机时输出的功率，P_e为发动机提供的功率，P_b为电池组充电功率，η_d为电池组放电过程库伦效率，η_m为电机工作效率。

由于电池内部电阻而导致的电池组瞬时能量损失率由下式计算：

P_loss＝nI²R_c (41)

电池放电时，电池在工作状态下的SOC变化量可由下式计算：

(5)再生制动模式

汽车制动时，如遇到减速或下坡情况时，发动机与驱动电机间离合器分离，发动机可处于怠速或停机状态，驱动电机当作发电机运转，回收制动能量给电池组充电。通过公式(40)、(7)、(41)和(9)计算电池SOC值。

(6)电池充电模式

当电池需要充电情况下，即当电池SOC值小于SOC控制窗口下限(40％)时，可在汽车停车状态下，即离合器K1和K2分离，而发动机与驱动电机间离合器K3接合，发动机驱动电机作为发电机运行，为电池组充电。通过调节电机发电功率使发动机运行在最佳经济区范围内，达到降低燃油消耗的目的。

此运行模式下：

P_g＝P_e (42)

P_r＝0 (43)

式中，P_g为驱动电机转变为发电机时输出的功率，P_e为发动机提供的功率，P_b为电池组充电功率，P_b＝P_gη_mη_d，η_d为电池组放电过程库伦效率，η_m为电机工作效率。

混联式混合动力系统采用行星齿轮系统作为动力分配装置，系统耦合方式可灵活采取串联或并联方式(例：丰田Prius)。其性能特点是发动机的工作受汽车行驶状况影响小，大部分工况在最高效率状态下工作或自动关闭，使汽车实现低排放及超低油耗，达到环保和节能效果。

混联式混合动力系统的变速器是以动力分配机构和减速器为核心，与发电机、电动机共同构成的。发动机输出的动力被动力分配机构一分为二，其一直接经电动机传向车轮，另一路与发电机相连，经由发电机、转换器、电动机传向车轮。也就是说，发动机的动力是机械和电气两种方式传递的。变速器使用行星齿轮作为动力分配机构，发动机的输出轴与行星齿轮支架直接连接。如图6所示。

混联式混合动力系统的动力分配机构由行星齿轮组构成。它包括一个标记为“s”的太阳齿轮，齿圈标记为“r”，多个行星齿轮标记的“p”(通常是三个或四个以保持力平衡)，一个行星架与中心标记为“y”的行星齿轮组组成一个整体。太阳齿轮的旋转速度ns、齿圈的转速nr及行星架ny转速的关系如下：

式中：rg－齿圈与太阳轮齿数之比Rr/Rs；定义：k_ys＝(1+r_g)；k_yr＝(1+r_g)/r_g,则式(45)简化为：

n_y＝n_s/k_ys+n_r/k_yr (45)

若忽略能量损失，假设行星架驱动，太阳轮和齿圈从动，则：

τ_y＝-k_ysτ_s＝-k_yrτ_r (46)

混联式混合动力系统的控制部分，在检测发动机、电动机、发电机、蓄电池状态的同时进行计算，实时地进行高效控制。

混联式混合动力系统的工作模式有下面几种：

(1)起动及小负荷

起动、极低速行驶以及下坡时，发动机效率不高，一般让发动机空转或停转，由电动机驱动，能量来自蓄电池，即

n_y＝0 (47)

n_s＝-n_rk_ys/k_yr (48)

T_y＝0 (49)

T_s＝0 (50)

T_r＝T_v (51)

式中，T_v为汽车所需驱动转矩。

(2)正常行驶

正常行驶时发动机输出的动力由动力分配机构一分为二，一路直接驱动车轮，另一路经由交流发电机、转换器、电动机驱动车轮。两路之间的动力分配关系由电控单元控制，即

n_y＝n_s/k_ys+n_r/k_yr (45)

T_s＝η_cvtT_y/k_ys (52)

T_r＝T_v (51)

(3)加速时

加速时，一般是在正常行驶状态基础上增加动力输出。普通发动机就要增加燃料喷射量，而对混合动力系统来讲，这部分增加的动力由电动机提供，由电能转化成机械能传送给车轮，即

n_y＝n_s/k_ys+n_r/k_yr (45)

T_s＝η_cvtT_y/k_ys (52)

T_v＝T_r+η_cvtT_y/k_yr (53)

(4)减速和制动时

在汽车减速及制动时，由车轮驱动电动机，此时的电动机作为发电机使用。电动机发出的电能为蓄电池充电，消耗汽车的动能。采用这种制动方式，也有减少制动片磨损的作用，即

n_y＝0 (47)

n_s＝-n_rk_ys/k_yr (48)

T_y＝0 (49)

T_s＝0 (50)

T_r＝T_v (51)

如果n_s>n_{s max},那么n_s＝n_{s max}

n_y＝n_s/k_ys+n_r/k_yr (45)

(5)蓄电池充电

蓄电池必须保持一定的电力储备，以便驱动汽车，但不能过充电，而且为接受制动以及减速时反馈的电能，还必须留有一定的吸收电能的能力。为此必须制定蓄电池储能的上限和下限，低于下限时发动机为其充电，高于上限时停止充电，这些都是由电子控制单元控制的，即

n_y＝n_s/k_ys+n_r/k_yr (45)

T_s＝η_cvtT_y/k_ys (52)

T_v＝T_r+η_cvtT_y/k_yr (53)

如果发电机为发动机提供辅助动力，则T_r>0,否则T_r＝0.

(6)停车时

如果蓄电池已充满电，汽车停止，发动机停止。但如果蓄电池需要充电时，发动机将启动自动，直至充电结束。此时

n_r＝0 (54)

n_y＝n_s/k_ys (55)

且n_s≤n_max

T_s＝η_cvtT_y/k_ys (52)

式中，η_cvt为行星齿轮系统的效率。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。

如图7至图15所示，汽车模型的驾驶循环输入是一系列车速与时间的工况点，模拟软件将模拟计算的车速与输入驾驶循环的目标车速进行比较，驾驶员模型模块控制油门踏板位置使汽车加速或减速，使车速与输入驾驶循环的目标车速接近，实现对选定的驾驶循环的模拟，此处选择FTP_75驾驶循环作为输入驾驶循环，仿真结果：汽车FTP57循环平均燃油消耗量3.95L/100公里，是实际行驶燃油消耗量基本接近。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混合动力电动汽车性能仿真系统，其特征在于，包括：

初始化模块，用于进行混合动力电动汽车各种参数的设置和初始化；

驾驶循环确定模块，用于确定输入的驾驶循环；

仿真计算模块，用于调用构建的模型对混合动力电动汽车各部件的性能进行仿真计算。

2.如权利要求1所述的混合动力电动汽车性能仿真系统，其特征在于，所述仿真计算模块进一步划分为：

驾驶员模型模块，用于控制混合动力电动汽车动力装置产生驱动力及制动系统的制动力；

动力传动系统控制器模型模块，用于动力分配控制、换挡策略控制和电源能量管理；

发动机模型模块，用于确定正常运行转速、转矩、功率范围、负荷、油耗脉谱、排放脉谱、排气温度脉谱以及每个时间步长的燃料消耗量，模拟发动机的工作特性；

电动机模型模块，用于通过转速和转矩确定驱动电机的效率计算机械损失；

发电机模型模块，用于确定发电机正常运行的速度和转矩范围，计算发电机的电力输出；

电池模型模块，用于计算电池的SOC值、端电压、电流、功率最大限值以及最大电流值；

变速器模型模块，用于进行扭矩和转速传递并计算扭矩和转速的变化值；

主减速器模型模块，用于计算扭矩和转速的变化值、主减速器和差速器的转矩损失和主减速器和差速器的惯性损失；

车轮模型模块，用于依据轮胎的参数计算轮胎的直径，并由已知的转速计算实际汽车动力学模型模块，用于计算滚动阻力、坡度阻力、迎风阻力和加速阻力，根据动力学方程，计算车轮的转速和总扭矩；

汽车动力学模型模块，用于计算滚动阻力、坡度阻力、迎风阻力和加速阻力，根据动力学方程，计算车轮的转速和总扭矩。

3.如权利要求2所述的混合动力电动汽车性能仿真系统，其特征在于，所述动力传动系统控制器模型模块包括动力分配控制子模型模块、换挡控制子模型模块以及电源能量管理子模型模块；

所述动力分配控制子模型模块，用于根据油门踏板位置信息和制动踏板位置信息控制混合动力电动汽车动力系统的功率输出，并将混合动力电动汽车行驶所需的驱动力借助动力分配装置在发动机、发电机、电动机及电池之间进行能量分配；

所述电源能量管理子模型模块，用于管理蓄电池充电、放电和再生制动过程。

4.一种混合动力电动汽车性能仿真方法，其特征在于，所述混合动力电动汽车性能仿真方法包括：

将驱动能量从各动力源流向传动系统和车轮，并通过汽车动力学模型模块转化为实际车速；

将所述实际车速与目标车速相比较计算车速差值；

根据所述车速差值，调整油门和刹车踏板，控制动力源输出，使汽车跟随循环工况。

5.如权利要求4所述混合动力电动汽车性能仿真方法，其特征在于，所述根据所述车速差值，调整油门和刹车踏板，控制动力源输出，使汽车跟随循环工况包括：

步骤一：设置驾驶循环、汽车结构参数、发动机外特性参数、万有特性脉谱、发电机参数、电动机参数和蓄电池参数；

步骤二：判断驾驶循环是否结束；若是执行步骤六，否则执行步骤三；

步骤三：根据所述车速差值判断实际车速是否大于目标车速；

步骤四：当实际车速大于目标车速时，控制制动踏板制动，计算汽车制动力、行驶阻力以及汽车加速度，转向计算汽车的当前速度，计算汽车燃油消耗量百公里油耗；

步骤五：当实际车速小于目标车速时，控制发动机加速踏板加速，计算换挡档位、驱动力、汽车加速度、汽车速度、行驶里程、汽车燃油消耗量百公里油耗以及发动机、发电机、电动机的转速和转矩；

步骤六，输出汽车百公里油耗、发动机油耗、蓄电池SOC值、蓄电池能量变化量、汽车驱动力、发动机转矩、电动机转矩、发电机参数并进行显示。

6.如权利要求5所述混合动力电动汽车性能仿真方法，其特征在于，所述方法包括：

将加速踏板位置信息输入所述动力传动系统控制器模型模块，通过所述动力传动系统控制器控制发动机、发电机、电动机及电池的能量分配；

由所述动力学模型计算汽车加速度、汽车速度和累计行驶里程；

由所述驾驶员模型模块根据驾驶循环的车速差值控制加速踏板位置和制动踏板位置。

7.如权利要求4所述混合动力电动汽车性能仿真方法，其特征在于，所述方法还包括：

当发动机功率满足需求时，选择联合驱动模式或发动机单独驱动模式，其中，所述发动机单独驱动模式下发电机对蓄电池充电，当蓄电池SOC值高于上限时停止充电；

当发动机功率不满足需求时，利用电动机辅助驱动，选择联合驱动模式。

8.如权利要求7所述混合动力电动汽车性能仿真方法，其特征在于，所述蓄电池SOC值计算方法包括：

充电状态下蓄电池SOC值为：

SOC_t＝SOC_t-1+t*(P_b-P_loss)/E_max

式中，SOC_t和SOC_t-1是电池组在时刻t和t-1的SOC值，P_loss是电池组功率损失；E_max是电池能量容量；P_b为电池组功率。

9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求4-8任意一项所述混合动力电动汽车性能仿真方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求4-8任意一项所述混合动力电动汽车性能仿真方法的步骤。

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