【正文】 ....................... 68 蟻群算法...................................................................................... 69 蟻群神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的具體實現(xiàn)過程 ..................................................... 70 仿真結(jié)果分析 ................................................................................... 72 本章小結(jié)............................................................................................ 73 結(jié)論 ...................................................................................................... 74 參考文獻 .................................................................................................. 75 作者簡歷 ................................................................................................... 77學(xué)位論文數(shù)據(jù)集............................................................................................. 791 緒論 課題研究的背景及意義 自從 1885 年德國工程師卡爾本茨發(fā)明汽車以來，汽車就成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚拇胶瓦\輸工具，給人類的出行帶來了極大的方便。汽車發(fā)展百年，其發(fā)展速度不斷加快，已經(jīng)與人們的日常生活密不可分。它的產(chǎn)生促進了人類文明和經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，在人類的日常生活中占據(jù)了越來越重要的位置。 然而，汽車在推動世界經(jīng)濟發(fā)展、給人民生活帶來便利的同時，也帶來一系列的負(fù)面效應(yīng)。比如說傳統(tǒng)內(nèi)燃機燃燒后的產(chǎn)物二氧化碳、硫化物、氮化物等帶來溫室效應(yīng)，臭氧層破壞和酸雨等環(huán)境問題。同時汽車在行駛過程中所釋放出來的尾氣和廢氣等帶來的空氣污染，危害人類生活環(huán)境和植物的生存條件[1]。汽車的能源需求主要是石油，但是目前石油資源匱乏，由此看來汽車的發(fā)展給環(huán)保、能源等帶來巨大的挑戰(zhàn)。人們不得不考慮未來汽車的動力問題，因此我們開發(fā)清潔、低油耗、高效智能的環(huán)保型汽車已成為必要的選擇之一，電動汽車被認(rèn)為是符合零排放標(biāo)準(zhǔn)的唯一可用技術(shù)，所以電動汽車迅速發(fā)展起來。自 20 世紀(jì) 70 年代后期，美國、中國、日本、澳大利亞、比利時、芬蘭和前蘇聯(lián)等國都開始生產(chǎn)電動汽車，目前世界很多國家也都不惜投入大量的精力物力加入到研究電動汽車隊伍中來。 電動汽車廣義上分為純電動汽車、燃料電池汽車和混合電動汽車三種。純電動汽車（EEV）用電動機取代發(fā)動機，純粹用蓄電池發(fā)出的電能來驅(qū)動，因此純電動汽車實現(xiàn)了零尾氣排放，是真正的綠色環(huán)保汽車。但是，由于純電動汽車對電池的要求很高，而目前蓄電池的發(fā)展技術(shù)受限，不能滿足遠距離行駛的需要，這些都限制了純電動汽車的發(fā)展。燃料電池車（FCV）是指利用燃料電池將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，然后通過電機驅(qū)動的汽車。但是，燃料電池技術(shù)的安全性和價格仍需進一步改善?；旌想妱悠嚕℉EV）通常將發(fā)動機和電機混合使用，通過控制發(fā)動機和電機的能量分配和流動，實現(xiàn)減少油耗和排放的最終目的，是一種準(zhǔn)環(huán)保型的車輛。鑒于電動汽車的關(guān)鍵問題是一次充電續(xù)駛里程有限，在蓄電池技術(shù)未能突破之前，發(fā)展混合動力電動汽車，研究高效節(jié)能的電機驅(qū)動控制系統(tǒng)是實現(xiàn)電動汽車基本性能和解決這一關(guān)鍵問題的重要因素。混合電動汽車成為當(dāng)前解決節(jié)能、環(huán)保問題切實可行的過渡方案，在世界范圍內(nèi)成為新型汽車開發(fā)的熱點。混合動力汽車可以通過回收制動能量來提高燃油經(jīng)濟性。傳統(tǒng)汽車?yán)眉铀賮慝@得動能，當(dāng)需要減速時，傳統(tǒng)汽車通過制動器，將動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芟牡?；而混合動力汽車的?qū)動電機可當(dāng)作發(fā)電機來使用，通過發(fā)電機來制動汽車，將汽車的動能轉(zhuǎn)換為電能儲存到蓄電池中?；旌蟿恿﹄妱悠囀菍⑿吕霞夹g(shù)結(jié)合的最佳產(chǎn)物，它既具有純電動汽車的高效率和低排放的性能，還具有傳統(tǒng)汽車行駛里程長和快速補充燃料的性能。 由此看來，混合動力電動汽車的研究和發(fā)展對解決能源危機和環(huán)境污染這兩大人類面臨的難題起到相當(dāng)大的作用。同時，混合動力電動汽車驅(qū)動功能的實現(xiàn)涉及蓄電池、微處理器、電動機、電力電子等多學(xué)科領(lǐng)域，因此系統(tǒng)地研究并開發(fā)出高水平的電動機驅(qū)動控制系統(tǒng)，對提高我國電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)水平，對我國電動汽車的實用化和產(chǎn)業(yè)化具有重要意義。早在 1997 年 12 月的電動汽車國際會議上，大多數(shù)汽車工程師認(rèn)為，在未來 10 年內(nèi)世界上生產(chǎn)的汽車中混合動力汽車至少占 40%。日本豐田汽車公司宣稱到 2010 年，混合動力汽車的生產(chǎn)量達到 150 萬輛。有專家認(rèn)為，混合動力汽車的發(fā)展，己不再是汽車工業(yè)的一次簡單的技術(shù)革新，而是一次新的汽車工業(yè)革命。 電動汽車的發(fā)展簡史及混合動力電動汽車的國內(nèi)外的研究概況 國外電動汽車的研究己有一百多年的歷史，但真正取得突飛猛進的發(fā)展是近十幾年，而混合動力汽車的研發(fā)還不到十年。19 世紀(jì)末，許多美國、英國和法國的公司都開始生產(chǎn)電動汽車。據(jù)統(tǒng)計，到 1890 年在全世界 4200 輛汽車中，有 38%為電動汽車，40%為蒸汽車，22%為內(nèi)燃機汽車。1911 年 Kettering 發(fā)明了汽車起動機，同時由于石油的大量開采，燃油汽車的續(xù)駛里程是電動汽車的 23 倍，使用成本低等種種優(yōu)越，從此打破了電動汽車在市場上的主導(dǎo)地位。因此到 20 世紀(jì) 30 年代，電動汽車幾乎消失了。 直到 20 世紀(jì) 70 年代能源危機和石油短缺，人們開始考慮替代石油的其他能源，因此電動汽車又一次被人矚目，世界許多國家都開始發(fā)展電動汽車。到 70 年代后期由于能源危機和石油短缺問題不是很嚴(yán)重，電動汽車的發(fā)展緩慢。第三次生機開始于 20 世紀(jì) 80 年代，世界上除了已存在的能源問題之外，內(nèi)燃機汽車的排放污染，給全球的環(huán)境以災(zāi)難性的影響，因此開發(fā)生產(chǎn)無污染的交通工具成為各國所追求的目標(biāo)，電動汽車的零污染優(yōu)點，使其成為當(dāng)代汽車發(fā)展的主要方向。 混合動力汽車作為一項嶄新的技術(shù)，20 世紀(jì) 90 年代初以來，混合動力電動汽車的開發(fā)得到了美國、日本和歐洲等許多發(fā)達國家的高度重視，國外知名的汽車公司投入巨資開始進行研制和開發(fā)，發(fā)展相當(dāng)迅速，而國內(nèi)目前還處于探索的初級階段。 日本：日本是電動汽車技術(shù)發(fā)展速度最快的少數(shù)幾個國家之一，特別是在混合動力汽車的產(chǎn)品發(fā)展方面。目前，世界上能夠批量產(chǎn)銷混合動力汽車的企業(yè)，只有日本的豐田和本田兩家汽車公司[2]。豐田汽車公司從 1971 年開始研制電動汽車，先后研制了從 EV10 到 EV40 的一系列電動車。并在 1997 年成功開發(fā)了實用的混合電動汽車 Prius,它是世界上第一種大批量生產(chǎn)的混合動力汽車，它的創(chuàng)新性得到了全世界的高度好評，目前累計銷量已突破了 40 萬輛，在混合動力汽車領(lǐng)域已經(jīng)走在了世界的最前列，并帶動了汽車行業(yè)綠色環(huán)保技術(shù)的發(fā)展。最近豐田又推出了一種新型的 PostPrius 混合動力系統(tǒng)。除了豐田以外，日本的本田、日產(chǎn)等汽車公司也不甘落后，分別研制了屬于自己的混合動力汽車，并取得了驕人的成績。其中本田公司已投產(chǎn)的 Insight 混合動力汽車，被美國環(huán)?？偸鹪u為 2001 年美國十大節(jié)能汽車的第一名，豐田汽車公司的 Prius 混合動力汽車[3] 則為第二名。 美國：美國是世界上最早關(guān)注并研制電動汽車的國家之一。美國的通用、福特等知名汽車公司在電動汽車發(fā)展中起著及其重要的作用。迄今為止已經(jīng)研發(fā)出多款混合動力電動汽車，如克菜斯勒的 ESX福特的 Prodigy 2000、Escape 通用的Precept 和 Ben Z 等。但是美國的汽車公司在電動汽車產(chǎn)業(yè)化方面比日本遜色不少，三大汽車公司僅僅都是小批量生產(chǎn)。 歐洲：歐洲一直以來都很重視電動汽車的研究和推廣，取得了很大的成就。歐洲各大汽車廠商爭先恐后地推出了本公司研制的電動汽車[4]。德國寶馬公司于 1989年推出 E30E，1991 年研制出第二代電動汽車E36E，奔馳公司1997年 9 月，在法蘭克福汽車展覽會上推 出一款燃料電池電動汽車。其HEV的突出代表是法國的Berlinge，法國雷諾公司開發(fā)研制的 VERT 和 HYMME 兩款混合動力汽車已進行了10000 公里的運行試驗。德國西門子和博世（Bosch）等著名零部件公司也積極與汽車公司聯(lián)手研制混合動力汽車。目前，德國己有 20 輛混合動力大客車在運行，奧迪公司生產(chǎn)的混合動力電動汽車 Duo 也已經(jīng)開始出租，預(yù)計四年內(nèi)出租約 400 輛。我國也是研制電動汽車技術(shù)較早的國家之一。19 世紀(jì) 20 年代，上海就出現(xiàn)了蓄電池車，直到 20 世紀(jì) 70 年代末，由于諸多原因未能繼續(xù)發(fā)展下來。進入 20 世紀(jì) 80 年代，隨著國民經(jīng)濟突飛猛進的發(fā)展，逐步意識到內(nèi)燃汽車給人類帶來的環(huán)境污染的嚴(yán)重性和能源危機的緊迫性，我國的電動汽車研究便開始起步。目前純電動轎車和純電動客車均已通過國家質(zhì)檢中心認(rèn)證試驗，各項指標(biāo)均滿足有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。天津清源電動車輛有限公司等單位研發(fā)的純電動轎車，其整車指標(biāo)已超過法國雪鐵龍公司贈送的純電動轎車，初步形成了關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)能力。 我國在“八五”和“九五”期間也進行了混合動力電動汽車的技術(shù)領(lǐng)域的開發(fā)。但所開發(fā)的混合動力電動汽車形式大部分都是串聯(lián)式的，只是兩種動力源簡單的結(jié)合，缺乏統(tǒng)一協(xié)調(diào)，這與真正意義上的混合動力汽車還有很大差距。進入 2007 年以后，我國對于混合動力汽車的研制也進入了高峰期，一汽、東風(fēng)、奇瑞、長安等汽車公司都投入了人力物力。長安汽車公司采用的同軸 ISG 輕度混合方案，在國內(nèi)率先開展了混合動力專用發(fā)動機開發(fā)，并成功開發(fā)了第二輪功能樣車和第三輪性能樣車。一汽豐田也推出了國內(nèi)下線的豐田普銳斯，真正國產(chǎn)意義上的混合動力汽車也有很多例子，如長安杰勛 HEV，該車從整車、發(fā)動機到混合動力系統(tǒng)，均系完全自主研發(fā)。它除了具有基本功能外，還實現(xiàn)了怠速起停、動力助力、制動能量回收等標(biāo)志性功能。但同國外電動汽車水平相比，我國的技術(shù)還有一定的距離。 混合動力電動汽車的發(fā)展趨勢 雖然在未來的20年中燃料電池車的商業(yè)化速度也會加快，因為只有燃料電池車在續(xù)駛里程和性能方面能與燃油車進行媲美。但是，由于燃料電池不可逆的特點，在制動和減速時無法回收能量，另外燃料電池汽車啟動問題也是有待解決的?；谝陨戏治?，混合動力電動汽車的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展是必然的趨勢。同時有的專家還認(rèn)為在未來的30年里，純電動汽車和混合電動汽車有可能都會市場化，并且會占有各自的市場。純電動汽車適合于特定的市場如交通、電價便宜和零排放管制的城市；而混合電動汽車適合于長途運輸。不管新興技術(shù)如何發(fā)展，我們的最終的目標(biāo)是追求清潔、高效、智能的車倆。 混合動力電動汽車用電機驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 混合動力電動汽車的發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)包括汽車技術(shù)、電氣技術(shù)、電子技術(shù)、信息技術(shù)和化學(xué)技術(shù)等等。概括起來有三大關(guān)鍵技術(shù)，即電機驅(qū)動技術(shù)、能量存儲技術(shù)和動力總成技術(shù)[5]。電機驅(qū)動系統(tǒng)包括驅(qū)動電動機和驅(qū)動控制系統(tǒng)，能量存儲系統(tǒng)包括蓄電池和能量智能管理系統(tǒng)，動力總成系統(tǒng)包括動力源之間的工作協(xié)調(diào)和能量流的管理。電動汽車存在的主要問題是初始成本高，行駛里程不理想，為解決行駛里程的問題，正在開發(fā)一些先進高能量密度的蓄電池電池。但蓄電池技術(shù)始終沒有取得突破的進展，因此，在蓄電池取得突破進展之前，電機驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)的研究就顯得十分重要，開發(fā)性能優(yōu)良的電動機、高效的驅(qū)動控制系統(tǒng)和合理的動力總成系統(tǒng)直接影響了汽車的行駛性能、尾氣排放量以及續(xù)駛里程。 混合動力電動汽車中電動機的使用現(xiàn)狀 目前混合動力電動汽車使用的電機主要有直流電動機、感應(yīng)電動機、永磁同步電動機、無刷直流電動機、開關(guān)磁阻電動機等幾種。 國內(nèi)外電動汽車電機的使用情況：第一汽車集團公司的混合動力轎車—CA7180AE 采用的是直流電機；三菱的串聯(lián) Canter 混合動力車采用的是交流感應(yīng)電機；豐田的 Coaster 混合動力車采用的也是交流感應(yīng)電機，但豐田 Prius 采用的則是永磁同步交流電動機；東風(fēng)電動車輛股份有限公司的混合動力客車—EQ6110HEV采用的是開關(guān)磁阻電機；戴姆勒—克萊斯勒的 ESX3 采用的是直流永磁無刷電機。下面簡單的介紹下各種電機的性能及特點。 直流電動機（DCM）技術(shù)成熟、速度控制簡單，但由于其有換向器和電刷，直流電機驅(qū)動系統(tǒng)體積大，效率低，可靠性低且需要定期維護，存在著較大的問題，另外隨著電子器件的發(fā)展，交流感應(yīng)電機和永磁電動機將有取代直流電機的趨勢；感應(yīng)電機是應(yīng)用最廣的電動機，結(jié)構(gòu)簡單，牢固，可靠性高，成本和維護費用也不高，其驅(qū)動技術(shù)最成熟，因此，混合動力驅(qū)動電機廣泛采用感應(yīng)電動機作為驅(qū)動電機。但其損耗高，要不斷冷卻電機，效率相對于永磁電機和開關(guān)磁阻電機也低，這都對感應(yīng)電機在混合動力電動汽車中的應(yīng)用有很大的影響；開關(guān)磁阻電機(SRM)被認(rèn)為是混合動力汽車中最有潛力的汽車之一，它具有很多優(yōu)點。但由于其運行時噪聲大，轉(zhuǎn)矩紋波大，難于控制等缺點，特別是功率變換器的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，電流波動和電磁干擾噪聲等嚴(yán)重的影響了它的運用性能，加上其控制方法還不夠成熟，因此目前的電動汽車很少應(yīng)用該類電機；無刷直流電動機 (BDCM)具有功率密度大，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩密度高，易冷卻的優(yōu)點，但由于無刷直流電動機采用方波驅(qū)動，所以存在一定程度的振動，其控制精度不高；永磁同步電機(PMSM)結(jié)構(gòu)上與無刷直流電動機基本相似，不同之處在于 PMSM 采用的是正弦波驅(qū)動，所以在具備 BDC