混合动力汽车热管理系统一维联合仿真建模方法技术方案

本发明专利技术提供一种混合动力汽车整车热管理系统一维仿真建模方法，包括动力驱动系统模型、电气系统模型、发动机冷却系统模型、动力电池热管理系统模型、电机电控冷却系统模型、空调系统模型、乘员舱模型、车辆能量管理控制模型、热管理系统控制模型等；根据整车能量管理和热管理的耦合关系，结合整车能量流和热量流的传递路径以及控制逻辑等，对前述各系统、控制模块的仿真模型进行集成，构建混合动力汽车的整车热管理系统一维联合仿真模型，为混合动力汽车热管理系统的集成设计、系统部件选型匹配、综合性能分析、控制策略优化以及能耗与续驶里程分析和预测等提供仿真平台。驶里程分析和预测等提供仿真平台。驶里程分析和预测等提供仿真平台。

【技术实现步骤摘要】
Based System Engineering)仿真建模方法，采用多系统集成、多维度仿真、多物理场耦合的建模方法，建立包括驾驶员、车辆、发动机、动力驱动、动力电池、电机、电气电控、空调系统、乘员舱、能量管理控制和热管理控制等模块的混合动力汽车整车能量管理与热管理耦合的一维联合仿真模型，实现动力模型、电模型、热模型、流动模型、控制模型的耦合，模拟混合动力汽车在实际驾驶循环工况和各种环境条件下化学能、动能、电能、热能之间的相互转化，车辆运行模式切换、换挡、功率和扭矩分配、制动能量回收，各种热源的产热量，关键部件的温度，冷却液和制冷剂等传热介质的温度及流动状态等信息。通过整车热管理与能量管理耦合模拟，实现混合动力汽车从整体到局部的能量管控，用于指导整车层级的热管理系统集成设计、系统部件选型匹配、敏感性参数分析、能量管理与热管理控制策略优化、能耗与续驶里程分析和预测等。
[0007]本专利技术解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种混合动力汽车热管理系统一维联合仿真建模方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：将混合动力汽车的物理实体按照整车能量管理的要求进行逐级划分，直至划分为零部件的组成；
[0009]步骤2：根据划分结果，按照零部件、总成、子系统、整车的顺序逐级对物理实体进行系统建模，并根据整车能量管理构建整车能量管理系统模型和能量管理控制模型；同时，根据整车的热管理系统建立热管理系统模型和热管理控制模型；然后，将整车能量管理系统模型及其控制模型和热管理系统模型及其控制模型进行关联和集成；
[0010]其中，物理实体进行系统建模具体包括动力驱动系统一维仿真建模、电气系统一维仿真建模、发动机冷却系统一维仿真建模、电机电控冷却系统一维仿真建模、动力电池热管理系统一维仿真建模、空调系统一维仿真建模、乘员舱一维仿真建模、热管理系统控制仿真建模、以及整车能量管理与热管理系统一维集成仿真建模；
[0011]步骤3：对步骤2中关联和集成后的模型，进行能量转化模拟，热源的产热量模拟，能量流传递与分布模拟，热量传递模拟，传热介质的温度、流动状态、传热与散热模拟，乘员舱传热模拟，通过数据与信号传输技术实现热管理各子系统之间、整车能量管理与热管理系统之间的关联以及数据和信息的交互，实现混合动力汽车从整体到局部的能量管控；
[0012]步骤4：记录模拟过程中的数据和信息，并根据模拟过程中的数据和信息对建立的各个模型进行调整，用于指导整车层级的热管理系统集成设计、系统部件选型匹配、敏感性参数分析、能量管理与热管理控制策略优化、能耗与续驶里程分析和预测。
[0013]下面对上述步骤进行详细说明，针对混合动力汽车的热管理系统，基于整车能量管理思想建立热管理多系统多性能目标集成仿真模型，具体包括以下
技术实现思路
：
[0014](1)总体技术方案。本专利技术采用基于模型的系统工程以及系统解耦的建模方法，按照零部件
→
总成
→
子系统
→
整车的逐级建模流程，由简入繁、逐层递进，利用仿真软件建立与混合动力汽车物理实体相匹配、相一致的整车能量管理与热管理耦合仿真模型，包括动力驱动系统模型、电气系统模型、热管理各子系统模型(如，发动机冷却系统模型、电机电控冷却系统模型、电池热管理系统模型、空调系统模型等)、乘员舱模型、能量管理控制模型和热管理系统控制模型等，模拟动态驾驶循环工况和各种环境条件下混合动力汽车中化学能、动能、电能、热能之间的相互转化，模拟发动机、变速箱、驱动电机、电气部件、动力电池等各种热源的产热量，模拟动力驱动系统、电气系统、热管理系统之间的能量流传递与分
布，模拟热管理系统中部件内部及部件之间的热量传递，模拟冷却液和制冷剂等传热介质的温度、流动状态、传热与散热，模拟乘员舱与内部空气、乘员舱与外界环境以及乘员舱与空调系统之间的传热等。通过数据与信号传输技术实现热管理各子系统之间、整车能量管理与热管理系统之间的关联以及数据和信息的交互，通过能量管理控制模型实现车辆运行模式切换、换挡、功率和扭矩分配、制动能量回收等控制功能，通过热管理控制模型实现发动机冷却、电机与电控冷却、动力电池冷却与加热、乘员舱温度调节等控制功能，通过能量管理与热管理的协同控制实现混合动力汽车从整体到局部的能量综合管理与控制。
[0015](2)混合动力汽车动力驱动系统一维仿真建模。建立一维模拟的混合动力汽车动力驱动系统模型包括但不限于驾驶员模型、车辆模型、发动机模型、传动机构模型、驱动电机模型、车辆控制器VCU模型等。
[0016]建立驾驶员模型时，驾驶员模拟参数包括加速和制动信号、车辆循环工况、换挡策略等；
[0017]建立车辆模型时，车辆模拟参数包括环境参数、整车质量、整车风阻、迎风面积、轮胎参数及制动力等；
[0018]建立发动机模型时，发动机模拟参数包括发动机的冲程、排量、缸数、外特性数据、油耗率数据、ECU控制单元数据等；
[0019]建立传动机构模型时，传动机构模拟参数包括齿轮的结构参数、传动比、传动效率、离合器性能数据等；
[0020]建立驱动电机模型时驱动电机模拟参数包括电机类型、电机的最大电流和扭矩、电机和电机控制器的效率MAP等；
[0021]建立车辆控制器VCU模型时，车辆控制器VCU模拟参数包括车辆运行模式切换策略、功率和扭矩分配策略、制动能量回收策略等。
[0022](3)混合动力汽车电气系统一维仿真建模。建立一维模拟的混合动力汽车电气系统模型包括高压电气部件和低压电气部件两部分建模，高压电气部件包括动力电池、DC/DC转换器、驱动电机、PTC加热器、电动压缩机等，低压电气部件包括低压蓄电池、电子风扇电机、电子水泵电机、鼓风机电机以及其它汽车用电设备(如灯光、仪器仪表、娱乐、多媒体、雨刮器等)的供电和控制装置。建立电气系统模型时，电气系统模拟参数包括：动力电池的电压和内阻随SOC、温度及电流的变化关系；DC/DC转换器的效率；PTC加热器的输入电压、电流和效率；低压蓄电池的开路电压和内阻；电子风扇、电子水泵、鼓风机、压缩机及其它电气负载工作时的输入电压、电流和效率等。
[0023](4)混合动力汽车发动机冷却系统一维仿真建模。发动机冷却系统的部件包括但不限于发动机水套、水泵、节温器、水散热器、机油冷却器、涡轮增压器水套、暖风芯体、膨胀水壶以及各部件之间的连接管路等。建立上述部件的模型，然后由部件模型组成发动机冷却系统模型；建立发动机冷却系统模型时，发动机冷却系统模拟参数包括：冷却液类型及物性参数，各部件之间连接管路的管径、管长、弯度及管道内壁粗糙度，水泵的叶轮尺寸、水腔容积及水泵的转速
‑
流量
‑
扬程特性数据，膨胀水壶的尺寸、容积、压力盖泄压压力，水散热器、机油冷却器及暖风芯体的结构数据、容积、流阻数据和换热特性数据等，发动机水套和涡轮增压器水套的结构数据、换热面积、容积和流阻数据等，节温器的开度与冷却液温度的关系及节温器的流阻数据。
[0024](5)混合动力汽车电机电控冷却系统一维仿真建模。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合动力汽车热管理系统一维联合仿真建模方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：将混合动力汽车的物理实体按照整车能量管理的要求进行逐级划分，直至划分为零部件的组成；步骤2：根据划分结果，按照零部件、总成、子系统、整车的顺序逐级对物理实体进行系统建模，并根据整车能量管理构建整车能量管理系统模型和能量管理控制模型；同时，根据整车的热管理系统建立热管理系统模型和热管理控制模型；然后，将整车能量管理系统模型及其控制模型和热管理系统模型及其控制模型进行关联和集成；其中，物理实体进行系统建模具体包括动力驱动系统一维仿真建模、电气系统一维仿真建模、发动机冷却系统一维仿真建模、电机电控冷却系统一维仿真建模、动力电池热管理系统一维仿真建模、空调系统一维仿真建模、乘员舱一维仿真建模、热管理系统控制仿真建模、以及整车能量管理与热管理系统一维集成仿真建模；步骤3：对步骤2中关联和集成后的模型，进行能量转化模拟，热源的产热量模拟，能量流传递与分布模拟，热量传递模拟，传热介质的温度、流动状态、传热与散热模拟，乘员舱传热模拟，通过数据与信号传输技术实现热管理各子系统之间、整车能量管理与热管理系统之间的关联以及数据和信息的交互，实现混合动力汽车从整体到局部的能量管控；步骤4：记录模拟过程中的数据和信息，并根据模拟过程中的数据和信息对建立的各个模型进行调整，用于指导整车层级的热管理系统集成设计、系统部件选型匹配、敏感性参数分析、能量管理与热管理控制策略优化、能耗与续驶里程分析和预测。2.如权利要求1所述的混合动力汽车热管理系统一维联合仿真建模方法，其特征在于：所述动力驱动系统一维仿真建模包括驾驶员模型、车辆模型、发动机模型、传动机构模型、驱动电机模型和车辆控制器VCU模型的建模，其中，建立驾驶员模型时，驾驶员模拟参数包括加速和制动信号、车辆循环工况以及换挡策略；建立车辆模型时，车辆模拟参数包括环境参数、整车质量、整车风阻、迎风面积、轮胎参数及制动力；建立发动机模型时，发动机模拟参数包括发动机的冲程、排量、缸数、外特性数据、油耗率数据、ECU控制单元数据；建立传动机构模型时，传动机构模拟参数包括齿轮的结构参数、传动比、传动效率及离合器性能数据；建立驱动电机模型时，驱动电机模拟参数包括电机类型、电机的最大电流和扭矩、电机和电机控制器的效率MAP；建立车辆控制器VCU模型时，车辆控制器VCU模拟参数包括车辆运行模式切换策略、功率和扭矩分配策略以及制动能量回收策略。3.如权利要求1所述的混合动力汽车热管理系统一维联合仿真建模方法，其特征在于：所述电气系统一维仿真建模包括高压电气部件和低压电气部件两部分建模，其中，所述高压电气部件包括动力电池、DC/DC转换器、驱动电机、PTC加热器和电动压缩机；所述低压电气部件包括低压蓄电池、电子风扇电机、电子水泵电机、鼓风机电机以及其它汽车用电设备的供电和控制装置；建立电气系统模型时，电气系统模拟参数包括动力电池的电压和内阻随SOC、温度及电
流的变化关系；DC/DC转换器的效率；PTC加热器的输入电压、电流和效率；低压蓄电池的开路电压和内阻；电子风扇、电子水泵、鼓风机、压缩机及其它电气负载工作时的输入电压、电流和效率。4.如权利要求1所述的混合动力汽车热管理系统一维联合仿真建模方法，其特征在于：所述发动机冷却系统一维仿真建模包括发动机水套、水泵、节温器、水散热器、机油冷却器、涡轮增压器水套、暖风芯体、膨胀水壶以及各部件之间的连接管路的建模；建立发动机冷却系统模型时，发动机冷却系统模拟参数包括冷却液类型及物性参数，各部件之间连接管路的管径、管长、弯度及管道内壁粗糙度，水泵的叶轮尺寸、水腔容积及水泵的转速
‑
流量
‑
扬程特性数据，膨胀水壶的尺寸、容积、压力盖泄压压力，水散热器、机油冷却器及暖风芯体的结构数据、容积、流阻数据和换热特性数据，发动机水套和涡轮增压器水套的结构数据、换热面积、容积和流阻数据，节温器的开度与冷却液温度的关系及节温器的流阻数据。5.如权利要求1所述的混合动力汽车热管理系统一维联合仿真建模方法，其特征在于：所述电机电控冷却系统一维仿真建模包括电机水套、电机控制器水套、电子水泵、低温散热器、膨胀水壶以及各部件之间的连接管路的建模；建立电机电控冷却系统模型时，电机电控冷却系统模拟参数包括：各部件之间连接管路的管径、管长、弯度及管道内壁粗糙度，电子水泵的叶轮尺寸、水腔容积及水泵的转速
‑
流量
‑
扬程特性数据，电机和电机控制器水套的结构参数、换热面积、容积、流阻数据，膨胀水壶的尺寸、容积、压力盖泄压压力，低温散热器的结构数据、容积、流阻数据和换热特性数据。6.如权利要求1所述的混合动力...

【专利技术属性】
技术研发人员：许翔，于镒隆，徐露，牟连嵩，徐俊芳，王远，张艺伦，王丹，
申请(专利权)人：中汽研常州汽车工程研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：