车辆控制单元建模

整个车辆控制单元顶层仿真模型如图2−31所示。

图2−31 车辆控制单元顶层仿真模型

整个VCU模型包括三个子模块：工作模式判断、电动机工况和发电机工况模块。

首先，根据驾驶员模型提出的电机转矩需求和实际电机转速判断工作模式，输出为操作模式向量OM，这是工作模式判断子模块的主要功能。定义操作模式向量OM为

建模时通过电机需求转矩、电机转速和零之间的逻辑运算，得到当前时刻车辆的工作模式。混合动力情况下，燃料电池电动汽车共有3种工作状态：电动机工况（ctrs_vcu_mot_op为1）；发电机工况（ctrs_vcu_gen_op为1），即车辆制动时能量回收状态；怠速工况（ctrs_vcu_idle_op为1）。工作模式判断模型如图2−32所示。

图2−32 工作模式判断模型

然后，VCU模型根据操作模式向量OM判断是利用电动机工况还是发电机工况计算相应参数。在实际建模过程中，两个模块分别计算各自的输出参数，然后与相应的工作模式特征矢量进行逻辑“与”运算，选取实际工况下的VCU模块输出参数。

1. 电动机工况

电动机工作模块应当在电动机工况或者怠速工况下，计算VCU模块对能量控制单元提出的电流需求和相应的电机转矩需求。

参照实际燃料电池电动汽车的运行情况，在电动机工作模式下，车辆控制单元向能量控制单元发出相应的电机转矩和电机电流需求（即期望值），然后能量控制单元才能根据VCU的需求指令与动力源当前的状态按相应的能量管理策略分别同时设定燃料电池发动机控制器和动力电池控制器的输入指令。本模型主要采用查表法来计算相应的电机转矩需求和电机电流需求。基于已知的电机类型及其特性，可以建立如图2−33所示的电动机工作模式模块。

首先根据当前电机电流和测得的电机转速，查表得到对应的可用电机转矩tq_vcu_mot_avail，即Mavail=LUTVCU_mot2 (ωm ,Imot_avail )≥0。另外，根据电机转速ω，查表Mmax=LUTVCU_mot1 (ωm )≥0得到在当前转速下电机可以达到的最大转矩，并与来自驾驶员模块要求的电机转矩比较取较小值，此为实际可输出的转矩。得到VCU要求电机达到的转矩tq_vcu_mot_requ，利用当前转速和需要达到的转矩查表，IVCU_mot_dem=LUTVCU_mot3 (ωm ,Mpsl )≥0，得到VCU对能量控制单元的电机电流要求i_vcu_inv_dem。最后，电动机工作模块将两个计算值分别与操作模式向量OM中的ctrs_vcu_mot_op进行逻辑“与”运算，输出正确的计算结果。

图2−33 电动机工况子模块

2. 发电机工况

发电机工作模块在发电机工况下，计算发电机的要求转矩和要求的机械制动力矩。发电机工况子模块如图2−34所示。

首先根据电机转速查表，Mmin=−LUTVCU_gen1 (ωm )≤0，得出最小电机转矩Mmin ，并与驾驶员模块要求的转矩Mref相比取最大值，得到发电机的转矩Mgen ，通过查表LUTVCU_gen3 (ωm ,−Mgen )得到发电机在当前转速和转矩Mgen的情况下可以生成的电流。另外，考虑到能量控制单元必须控制制动能量回收的大小，将限定可用电流大小为IECU_avail ，则发电机在当前转速和转矩情况下可能生成的电流Iinv_psl=max{IECU_avail ,−LUTVCU_gen3 (ωm ,−Mgen )}≤0。然后根据电机转速和可用电流Iinv_psl查表得到生成相应电流发电机的可用转矩，Mavail=LUT− VCU_gen2 (ωm ,−Iinv_psl )≤0，则针对电机控制器要求的电机转矩为

M gen_VCU=max{Mavail ,Mgen}≤0 　 （2.49）

发电机工况的另一输出，即制动力矩