【正文】 10 15 20 25 30 35 4000 . 511 . 522 . 533 . 544 . 555 . 5x 1 04驅(qū)動力－行駛阻力平衡圖U a ( k m / h )F(N) 額定驅(qū)動力峰值驅(qū)動力滿載滾動阻力與風(fēng)阻之和半載滾動阻力與風(fēng)阻之和空載滾動阻力與風(fēng)阻之和 圖 316 驅(qū)動力－行駛阻力平衡圖 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)生論文 24 0 5 10 15 20 25 30 35 40050100150200250汽車功率平衡圖U a ( k m / h )P(Kw) 額定功率峰值功率滿載滾動阻力與風(fēng)阻功率之和半載滾動阻力與風(fēng)阻功率之和空載滾動阻力與風(fēng)阻功率之和 圖 317 汽車 功率平衡圖 比較圖 316 與圖 38，可以看出選用驅(qū)動電機(jī) B 后車輛用來加速和爬坡的驅(qū)動力（圖中峰值驅(qū)動力和滾動阻力與風(fēng)阻之和的差值）大大增大。如果車輛以最高車速運(yùn)行的比例很少，則可考慮此時除了發(fā)動機(jī)－發(fā)電機(jī)組向驅(qū)動電機(jī)提供電能外，電池也可以參與放電，提供部分電能。由式（ 313）得發(fā)動機(jī)功率 KwPe 113110 ?? 。 ，達(dá)到“超低污染”的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。在整車控制系統(tǒng)中 ，采用全自動、機(jī)電一體化控制系統(tǒng)，達(dá)到安全、可靠、節(jié)能、環(huán)保和靈活的目的。 混合動力汽車控制系統(tǒng)的基本組成： （ 1）能源管理控制系統(tǒng)：由操縱裝置、中央控制器和各種控制模塊共同組成。 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)生論文 27 串聯(lián)式混合動力碼頭牽引車動力系統(tǒng)和驅(qū)動力控制系統(tǒng)是由動力電池組、電流轉(zhuǎn)換器（逆變器）、發(fā)電機(jī) — 發(fā)電機(jī)組和驅(qū)動電動機(jī)以及一些電器和線路共同組成。發(fā)動機(jī)采取啟動 — 關(guān)閉的控制方式控制柴油機(jī) — 發(fā)電機(jī)組發(fā)電，發(fā)動機(jī)保持在最佳效率范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，由于碼頭車上發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速比較低，而且是平穩(wěn)地連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，在排氣系統(tǒng)中采用了三元催化劑，對排放氣體進(jìn)行凈化處理，有害氣體排放量大大減少，噪音也有所降低，動力性能好等特點。 在串聯(lián)式混合動力碼頭牽引車上對電動機(jī)控制系統(tǒng)的目標(biāo)，是貫徹保證車輛的安全、節(jié)能、環(huán)保和通信等方面原則，對碼頭車的動力系統(tǒng)、車身、底盤和車載電 子、電氣設(shè)備進(jìn)行全方位的自動控制。因此，在采用三相異步感應(yīng)電動機(jī)時，需要 應(yīng)用逆變器中的功率半導(dǎo)體交換器件。新型矢量控制增加了自調(diào)整功能，自調(diào)整矢量控制方式在電動機(jī) 正常運(yùn)轉(zhuǎn)之前，自動對電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)進(jìn)行辨識，并根據(jù)辨識情況調(diào)整和計控制算中的有關(guān)參數(shù)，使得自調(diào)整矢量控制方式應(yīng)用更加廣泛。 5．動力電池組的管理系統(tǒng) 串聯(lián)式混合動力碼頭牽引車除動力電池組提供主要電源外，還有一個發(fā)動機(jī) — 發(fā)電機(jī)組向動力電池組通過轉(zhuǎn)換器不斷地補(bǔ)充電能。SHEV 動力總成系統(tǒng)根據(jù)實際運(yùn)行 車速、負(fù)載工況以及電池的荷電狀態(tài) SOC（電池的剩余 電量容量的比值 ） 來選擇不同的運(yùn)行模式，從而在滿足驅(qū)動田間的前提下盡量使發(fā)動機(jī)在理想狀態(tài)下工作，同時使電池也工作在規(guī)定范圍內(nèi) ［１２］ 。 — 電動機(jī)組向電池組充電模式 當(dāng)汽車行駛時 ，電池組的充電狀態(tài) SOC 低于預(yù)先設(shè)定的低限值，發(fā)動機(jī)的最大功率超過汽車需求，則需要發(fā)動機(jī)在提供汽車所需功率的同時向電池組充電，直到電池組 SOC 超過預(yù)先設(shè)定的高限值，發(fā)動機(jī) — 發(fā)電機(jī)組輸出功率等于 汽車負(fù)荷功率和電池組吸收功率之和。為了滿足汽車加速時具有足夠的電池功率， SOC 值不能下降太低。 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)生論文 30 圖 4— 1 恒溫器式控制策略的模型 圖 41中 1部分的功能是當(dāng) SOC 達(dá)到低限 cs_lo_soc［１６］ 時，發(fā)動機(jī)開； 2 部分表示的功能是如果發(fā)動機(jī)前一狀態(tài)是開的，那么發(fā)動機(jī)就保持開的狀態(tài)，直到電池SOC 達(dá)到高的限值 cs_hi_soc。圖 42 為功率跟隨控制策略在ADVISOR 中建立的模型 。 圖 42 功率跟隨式控制模塊 串聯(lián)式混合動力碼頭車 發(fā)動機(jī)的控制策略 通過上述分析比較可以看出，兩種控制策略各有優(yōu)缺點，恒溫器控制策略中由于天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)生論文 31 發(fā)動機(jī)不需要跟蹤路面負(fù)荷的瞬態(tài)變化而恒定工作，因此有利于降低 HEV 排放；功率隨控制策略中發(fā)動機(jī)沿著燃油經(jīng)濟(jì)性較好的曲線跟蹤路面功率的需求，因此有利于提高 HEV 的燃油經(jīng)濟(jì)性。本文選擇的控制策略是把上述兩種模式結(jié)合起來，充分利用發(fā)動機(jī) 和電池的高效率區(qū)，使其達(dá)到整體效率最高。 通過上面對兩種控制策略的詳細(xì)介紹，不難看出恒溫器控制策略也可以在功率跟隨控制策略中實現(xiàn)，在本文設(shè)計的控制策略中，就采用了這樣方法，使得恒溫器控制策略在功率跟隨控制策略中體現(xiàn)出來，把兩種控制策略結(jié)合起來，達(dá)到設(shè)計的目的。 （ 3）發(fā)動機(jī)的輸出功率應(yīng)該根據(jù)電池組的 SOC 值來調(diào)整，能夠使 SOC 處于其預(yù) 先設(shè)定的范。 其總體的原則如下 ［１９］ ： （ 1）當(dāng)電池組的 SOC 值很高，并足以滿足汽車行駛時的路面功率需求時，就由電池組單獨驅(qū)動，發(fā)動機(jī)關(guān)閉。發(fā)動機(jī)一旦起動便在相對經(jīng)濟(jì)的區(qū)域內(nèi)對電動機(jī)的負(fù)載功率進(jìn)行跟蹤，當(dāng)負(fù)載功率大于或小于發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)區(qū)域所能輸出的功率時，電池組可以通過充放電對該功率差額進(jìn)行緩沖和補(bǔ)償。具體來說就是兼顧發(fā)動機(jī)和電池的效率，實現(xiàn)整車效率最優(yōu)。 SOC 的修正過程為：首先估算需求的發(fā)動機(jī)輸出功率，用來滿足車輛驅(qū)動系統(tǒng)和附件的要求。 3 部分的功能是使發(fā)動機(jī)在控制文件預(yù)先確定的最佳效率下的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩處工作。當(dāng) SOC 低于某一個限值時， APU 應(yīng)該開啟。 串聯(lián)式混合動力碼頭車 控制策略模型 恒溫器的控制策略模型 圖 41 為恒溫器控制策略 ［１４］ 的模型，從圖中可以看出，該控制策略與蓄電池SOC 值、需求發(fā)動機(jī)的功率、發(fā)動機(jī)前一工作狀態(tài)等參數(shù)有關(guān)，根據(jù)從功率總線向發(fā)動機(jī)的功率請求，計算出所需要的發(fā)動機(jī)的功率，從而滿足汽車驅(qū) 動和附屬設(shè)備的需求。 — 電動機(jī)組單獨驅(qū)動模式 當(dāng)汽車處于正常行駛時，如果此時發(fā)動機(jī)工作于高效率區(qū)，而且它提供的能量可以滿足汽車的需要，則采用這種驅(qū)動模式，此時發(fā)動機(jī) — 電動機(jī)組發(fā)出的 電能能直接驅(qū)動電 動機(jī)，電動機(jī)在驅(qū)動車輪實現(xiàn)汽車行駛，發(fā)動機(jī) — 電動機(jī)組輸出功率等于汽車負(fù)載功率。 動力電池組管理系統(tǒng)一般采用先進(jìn)的微處理器進(jìn)行控制，通過標(biāo)準(zhǔn)通信接口和控制模塊對動力電池組進(jìn)行管理：監(jiān)視動力電池組的雙向的總電壓和電流、動力電池組的溫升，并通過液晶顯示或其他顯示裝置，動態(tài)顯示總電壓、電流、溫升的變化，避免動力電池組過充電或過放電，使動力電池組不會受到認(rèn)為的損壞。 4．發(fā)動機(jī)的控制系統(tǒng) 開發(fā)混合動力碼頭牽引車的目的就是解決節(jié)能和環(huán)保問題，因此混合動力碼頭車必須圍繞著節(jié)能和環(huán)保來選擇所需要的發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放是選擇發(fā)動機(jī)的基本內(nèi)容。 矢量控制方式可以對交流電動機(jī)進(jìn)行高性能的控制，采用矢量控制方式不僅使交流電動機(jī)在調(diào)速范圍內(nèi)可以達(dá)到直流電動機(jī)的水平，而且可以控制交流電動機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。在混合動力碼頭車上是采用電源 — 電源轉(zhuǎn)換器 — 驅(qū)動電動機(jī)的動力系統(tǒng)，是屬于電力驅(qū)動技術(shù)范疇，因此，對混合動力汽車驅(qū)動電動機(jī)的控制和智能控制的研究，是混合動力汽車的關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)車輛的狀態(tài)，確定發(fā)動機(jī)的啟動或關(guān)閉，并根據(jù)電池管理系統(tǒng)模塊反饋的信息，指令柴油機(jī) — 發(fā)電機(jī)組發(fā)電，補(bǔ)充動力電池組的電量等。 在串聯(lián)式混合動力碼頭牽引車運(yùn)行時時，中央控制器的多能源動力總成管理模塊，對動力電池組的充、放電，動力電池組中每個電池狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控 和檢查。 （ 3）電動機(jī)和驅(qū)動系統(tǒng)：電動機(jī) 和電動機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)的組成 混合動力 汽車一般是內(nèi)燃機(jī)汽車的替代和延伸，繼承和沿用了很大一部分內(nèi)燃機(jī)汽車的傳動系統(tǒng)，保留了人們已經(jīng)習(xí)慣的內(nèi)燃機(jī)汽車的操縱裝置，包括發(fā)動機(jī)控制裝置加速踏板（控制發(fā)動機(jī)的節(jié)氣門和電動機(jī)）、制動踏板（控制制動反饋和機(jī)械式 ABS制動）、離合器 、制動離合器、變速器的操縱裝置等。發(fā)動機(jī)與電動機(jī)的動力系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行最有效的組合和實現(xiàn)最佳匹配，發(fā)動機(jī)和驅(qū)動系統(tǒng)，電動機(jī)和驅(qū)動系統(tǒng)都能具有高效率，能夠回收再生制動能量，延長混合動力碼頭車的行駛里程，改進(jìn)混合動力碼頭車的節(jié)能性。） 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)生論文 26 4 串聯(lián)式混合動力碼頭車 總成 控制 策略 控制系統(tǒng) 的功能 1． 使混合動力碼頭車的動力性 能能夠達(dá)到或接近現(xiàn)代碼頭牽引車的水平，逐步實現(xiàn)混合動力碼頭牽引車的實用化。 由于時間、設(shè)備關(guān)系，現(xiàn)在無法進(jìn)行以上工作，只有通過最高車速的功率需求來估算發(fā)動機(jī)的功率。 初步選擇發(fā)動機(jī)功率 發(fā)動機(jī) 功率的選擇主要取決于車輛所需驅(qū)動功率的分布情況，以及電動機(jī)及其控制器效率、發(fā)動機(jī)－發(fā)電機(jī)系統(tǒng)及其控制器的效率。 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)生論文 23 0 5 10 15 20 25 30 35 400510152025303540爬坡度曲線U a ( k m / h )爬坡度(%) 滿載半載空載 圖 315 車輛爬坡度曲線 由圖 315 可見，滿載時車輛最大爬坡度 ％，比選用 驅(qū)動電機(jī) A 時的 ％有所提高。 選用驅(qū)動電機(jī) B 的車輛動力性分析 如前所述，由于驅(qū)動電機(jī) A和驅(qū)動電機(jī) B 的額定功率相同，故其最高車速也相同。另外，僅 電機(jī) 擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù) ? 增大時，由式（ 311）知電機(jī)的峰值功率始終保持不變；僅 電機(jī)過載系數(shù)? 增大時，由式（ 312）知電機(jī)的峰值功率不斷增大。因此出于加速性能及成本的綜合考慮，驅(qū)動電機(jī)過載系數(shù) 3?? 時比較合適。 綜合以上分析結(jié)果，認(rèn)為驅(qū)動電機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù) 3?? 時比較合適。 驅(qū)動電機(jī)峰值功率 maxmP 保持恒定即電機(jī)過載系數(shù) ? 一定（ ?? ）時，電機(jī)的擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù) ? 對整車加速時間的影響 95509550 m a xm a xm a x ????? mmmrmrmrm NPNPTT ??? （ 311） 由式 （ 311） 可以看出，當(dāng) 驅(qū)動電 機(jī)峰值功率 maxmP 不變時， 峰值轉(zhuǎn)矩 maxmT 與 電機(jī)恒功率區(qū)系數(shù) ? 呈正比例線性關(guān)系。 根據(jù)汽車的行駛方程式可知： jwift FFFFF ???? （ 38） 可得 dtdumGiuACGfriTaDTtq ?? ???? 20 （ 39） 計算爬坡度時，略去 (9)式的第 4項， 這樣 爬坡度的計算公式為 ) an ( a r c s i nt an20GAuCGfriTiaDTtq ?????? （ 310） 帶入?yún)?shù)， 計算得到速度 — 最大爬坡度曲線 如 圖 8所示： 0 5 10 15 20 25 30 35 4005101520253035爬坡度曲線U a ( k m / h )爬坡度(%) 滿載半載空載 圖 37 車輛爬坡度曲線 由圖 37 可見 ，滿載時該車最大爬坡度只有 ％，遠(yuǎn)小于原車 ％的爬坡度。所以其最大爬坡度達(dá)不到 18%，其最大爬坡度約為： fGFi t ?? fg ??? 65000114000 ＝ ％ 為能達(dá)到原車的爬坡要求，我們可使改裝后的最大牽引力等于 114000?tF N?？紤]到爬大坡時液力變矩器的渦輪轉(zhuǎn)速應(yīng)低于泵輪轉(zhuǎn)速（即為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速），故車速應(yīng)低于 Km/h，風(fēng)阻可忽略不計。因此這里不將最大爬坡度作為確定驅(qū)動電機(jī)峰值轉(zhuǎn)矩的設(shè)計指標(biāo)，而僅討論一下驅(qū)動電機(jī)峰值轉(zhuǎn)矩mmazT =。 驅(qū)動電機(jī) A 的參數(shù)如表 32 所示： 表 32 串聯(lián)混合動力驅(qū)動電動機(jī) A 的參數(shù) 類型 三相交流異步感應(yīng)電機(jī) 控制特性 矢量控制，基速以下恒轉(zhuǎn)矩，基速以上恒功率 額定功率 mrP 75kw 峰值功率 maxmP 182kw 額定轉(zhuǎn)矩 mrT 額定轉(zhuǎn)速 mrN 867 rpm 峰值轉(zhuǎn)矩 mmazT 最高轉(zhuǎn)速 maxmN 2600rpm 電機(jī)過載系數(shù) ? 電機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù) ? 3 由以上系數(shù)可得該電機(jī) A 的外特性曲線如下 ［６］ 。研究表明一般不采用變速器的電動汽車其驅(qū)動電機(jī)的擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù) ?? ，本車取 ? ＝ 3。 電動機(jī)最高轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的比值，稱為電動機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù) ? 。 原車最大 車速為 3038 Km/h，改裝成混合動力后，設(shè)定空車最大車速為 40 Km/h。 若車輛空載時最高車速為 maxau ＝ 40 Km/h，則所需功率為 22Kw。 根據(jù)最高車速確定驅(qū)動電機(jī)額定功率 由于車輛以最高車速運(yùn)行的持續(xù)時間較長，因此驅(qū)動電機(jī)的額定功率應(yīng)滿足車輛