基于虚拟标定技术的混合动力汽车排放分析

基于虚拟标定技术的混合动力汽车排放分析

柳真

安徽江淮汽车集团股份有限公司   安徽合肥    230601

摘要：随着产业不断升级和技术的不断革新，促进了汽车行业的升级和换代，在这种情况下研发周期会越来越短，无论使用哪种设计方式，都需要进行相应的测试和试验，才能全面提升产品性能。基于虚拟标定技术仿真研究混合动力车辆排放情况，首先应当建立精度较高的发动机和整车模型，使用台架和整车排放测试相关数据模型，然后通过硬件实时计算，对比计算结果和试验数据，就可以知道模型排放计算方法精度是否符合要求。

关键词：虚拟标定技术；混合动力汽车；排放；分析

当前能源消耗问题日渐凸显，世界各国都出台了相关法规。随着电控系统越来越复杂化、精益化，使得发动机和整车标定工作量大幅度增加，随着标定时序的不断延长，试验成本也相应提升了。为了有效解决这一问题，发展模型虚拟标定技术，不仅缩短了开发周期，也有效地降低了开发与试验成本。传统的用车标定中，排放标定占据了一半以上时间，为了节省时间可以通过建模方式提前优化排放标定，这样能够有效地缩短开发周期。在研究过程中将数学和物理模型结合，搭建了整车排放模型，以此来进行排放物预测和标定。

1排放的DoE试验与建模方法分析

1.1基本原理

在建模时使用的基本原理，就是通过发动机的台架稳态和排放数据运用空间填充方式建模，然后使用高斯算法建立发动机的排放模型。以发动机的排放模型作为基础，在硬件和仿真平台上搭建一个整车的排放模型，就可以计算出车辆在道路循环工况下的排放情况。也可以利用动态排放数据建模，以此来研究不同参数情况和动态排放值，以此来修正循环工况。在实际操作中搭建动态瞬态排放计算模型，能够进一步提升整车排放循环准确性。

1.2试验和设计方法

运用发动机台架来建立稳态数据建模，需要考虑相关因素的影响，比如各项电控参数、发动机转速、发动机负荷、排气温度、空燃比、轨压、喷油时刻、喷油次数、喷油比例、发动机出水温度等。将这些变量控制在合理范围内，然后通过空间填充设计方式均匀分布，就可以生成测试工况点，并在发动机台架上测试。变量范围应当涉及到整车工况，才能全面提升测试准确性。

1.3原始排放建模分析

使用MATLAB软件进行分析，然后以测试工况点数据为基础，通过高斯算法建立发动机转速和出水温度等参数模型。值得注意的是，每种污染物都需要分别在硬件系统当中计算，才能得到精确的数值。

2车辆模型架构和物理模型分析

以1.5L四缸增压直喷汽油机+双电机混动整车作为研究对象，需要使用到以下几种模型。

2.1发动机模型与精度验证

搭建适合的发动机模型，运用特性和工况点，以及部分负荷工况点进行试验，就会得到相应的数据模型，然后校准整个模型。要想了解发动机的燃烧情况，可以使用燃烧预测模型分析。发动机的气路模型和燃烧模型在具体应用中，关键参数需满足精度要求以后才能建立发动机模型，这样不仅要满足了计算要求，也满足了精度方面要求。发动机特性和扭矩模型如果出现偏差，那么95%的工况点会在偏差限值内，这样能够确保扭矩计算准确性。硬件在系统当中发挥了重要作用，因为高精度发动机模型能够保证循环工况计算与实际情况一致。

2.2电机和变速箱模型

首先，是电机模型。在实际应用过程中，电机模型可以发挥重要作用，在建立模型时需根据电机的物理特性，模拟出电机转矩和转速，以及电流和功率损失，还有转矩损失等相关特性，然后根据损失转矩计算出功率损失，之后根据功率损失计算出温度情况。其次，是变速箱模型。根据离合器的压力情况判定实际状态，在具体操作中需要使用到离合器转速传感器模型，并根据电机和发动机状态模拟出离合器与齿轮变化。将传动损失带入其中，就能计算出扭矩和转速。通过模拟齿轮传递状况，可以计算出差速器到车轮端产生的动力。

2.3电池和DC/DC模型

   首先，是电池模型。在构建电池模型时，需要考虑温度情况，计算出电池内阻，然后根据内阻和电流来计算电压，最后根据电功率损失和产生热量建立模型。其次，是DC/DC模型。DC/DC模型主要包含了两个部分，一个是升压电路模型，另一个是降压电路模型，通过这两个模型，充分地模拟了真实电路，以及相应的功率损失。

2.4车辆模型

根据扭矩、制动力、道路情况、坡度状况可以计算出车轮端速度和加速度，然后通过车轮速传感器模型换算成车速。通过对比计算结果和试验数据，可以知道相同车速下发动机和电机工况，如果两者是一致的，就说明仿真效果较好。

3结论分析

3.1参数仿真和精度验证

在实际测试中使用硬件在系统当中集成了整车模型，需要对比仿真与测试结果，主要体现在以下几个方面。第一，通过循环测试得到了关键参数和试验值，将两者对比分析就可以知道车速精度仿真与实测车速存在一定偏差，但是一般情况下差值在±2km/h内。第二，对比循环车辆加速踏板仿真结果与实测值，可以知道踏板的跟随性较好。第三，对比电池仿真与实测结果，可以知道最大偏差在3.5%以内。第四，对比发动机的出水口温度，最大偏差通常在±7℃范围内，但是开启节温器时，瞬态温度偏差达到了10℃，所以当前发动机节温器开启时的仿真情况，无法精准模拟。当关键参数精度与实际一致时，才能确保与循环发动机工况一致，进而保证模型计算的准确性。

3.2结果与验证

   首先，仿真结果对比。通过对比整车循环气态排放污染物瞬态情况，以及循环累计仿真结果和实测值，可以得出以下结论。第一，从总体上看各气态污染物瞬态趋势与实测值基本吻合。第二，从单个污染物分析循环累计排放存在一定偏差。其次，验证分析。使用数学模型仿真气态污染物排放情况，精度相对较高，可以作为排放标定、前期开发标定、基础标定，节省了大量资源，缩短了标定开发周期，节约了开发费用。第二，发动机台架试验需要覆盖到所有运行工况，否则无法进行差值计算，但是要提前设定参数范围。

结束语：

   随着汽车行业的不断升级，需要全面提升仿真实验和标定工作准确性，这不仅有效地降低了研发成本，也全面提升了产品性能。基于模拟标定技术进行混合动力汽车排放分析，具有良好的实用价值，需要进行深入地研究，才能更好地实际使用。

参考文献：

[1]鲍明子;顾亚平;郑艳芳;戴正兴;潘凌腾;陈佳璐;刘义强.基于神经网络模型和硬件在环仿真的混合动力汽车排放特性分析[J].汽车实用技术,2023,04:1-6.

[2]邱杰.在用混合动力电动汽车尾气排放检测方法探讨[J].质量与认证,2022,11:70-72.

[3]纪承乾.浅谈混合动力汽车发展现状[J].汽车文摘,2021,08:27-33.