【正文】 圖414 Prius車 圖415 Conventional車在ECEEUDC郊區(qū)路況下Prius車燃油經(jīng)濟性如圖416所示在ECEEUDC郊區(qū)路況下Conventional車燃油經(jīng)濟性如圖417所示 圖416 Prius車 圖417 Conventional車結(jié)論：混合動力汽車Prius比普通Conventional車在相同路況下，每加侖汽油能跑的英里數(shù)Prius勝于普通非混合動力汽車，從而得知Prius的燃油經(jīng)濟性也勝于Conventional車。圖46 UDDS城市路況圖47 ECEEUDC郊區(qū)路況 Prius車輛和Conventional車輛動力性對比 動力性主要評判標(biāo)準(zhǔn)加速度：060英里加速時間，4060英里加速時間和085英里加速時間，Prius車加速測試如圖48所示，Conventioanl車加速實驗如圖49所示 圖48 Prius動力性 圖49 Conventional動力性結(jié)論：通過三個速度段加速時間，可以很明顯得看到Prius車輛在加速時間比Conventional車輛短，可見Prius車輛比Conventional車輛加速度能力強。(如圖43所示)圖43 仿真模塊圖由于ADVISOR軟件里內(nèi)置部分經(jīng)典車型的，可以大大節(jié)約建模計算時間，所以本文采取了兩個模型進行仿真對比(1) Prius的整車模型進行仿真。后向仿真模型以目標(biāo)車速(如循環(huán)工況的速度)作為輸入，計算驅(qū)動系中需要產(chǎn)生多大的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速，信息流沿著驅(qū)動系向后傳播——從車輪到驅(qū)動橋，再到變速器，最后到發(fā)動機和電機。(2) 多重循環(huán)功能可以用批處理的方式以相同的初始條件，快速計算和保存不同的道路循環(huán)情況下的仿真結(jié)果，并將它們顯示在一起，供用戶進行比較。用戶也可以設(shè)計自己的控制策略，ADVISOR提供了以下兩方面的設(shè)計控制策略的功能：(1) 在Simulink中輸入控制策略的模型與使用GUI修改控制參數(shù)；(2) 使用Matlab和Visual doc作為優(yōu)化引擎來優(yōu)化控制策略的控制參數(shù)。該軟件可偽真非電動汽車、電動汽車、混合動力電動汽車(包括串、并聯(lián)式混合車)和燃料電池汽車。它對于混合動力汽車、電動汽車和燃料電池汽車等車型的動力性、燃油經(jīng)濟性和排放的仿真分析具有很高的參考價值，并成功地推動了PNGV項目的技術(shù)選擇[8,10,12]。發(fā)動機在高于某個轉(zhuǎn)矩或功率限值后才會打開。由電機來負(fù)責(zé)動態(tài)部分，避免了發(fā)動機動態(tài)調(diào)節(jié)帶來的損失。混聯(lián)式混合動力汽車的控制策略通常有兩種：一是直接法，即將優(yōu)化目標(biāo)(如油耗等)表示為系統(tǒng)狀態(tài)變量、控制變量等的函數(shù)；二是間接法，即最小損失法，從計算當(dāng)前驅(qū)動條件下個部件的效率入手，得到整個系統(tǒng)的能量(功率)損失：損失最小的狀態(tài)變量就是當(dāng)前驅(qū)動條件下應(yīng)該選擇的狀態(tài)變量，如發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速，電池的放電電流等；驅(qū)動參數(shù)常用驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速表示。(2) 當(dāng)汽車快速起步或急加速時，發(fā)動機和電動機聯(lián)合向車輪提供驅(qū)動功率。而汽車的一般行駛工況則由一個小排量的發(fā)動機單獨驅(qū)動，并在蓄電池組SOC 下降到一定程度時為其充電，這進一步提高了發(fā)動機的負(fù)荷率。這種控制策略的實質(zhì)就是將發(fā)動機和電機控制在最佳效率區(qū)工作，從而達到最佳的燃油經(jīng)濟性。為了使發(fā)動機工作在最佳效率區(qū)，在混合動力汽車上裝備CVT 成為目前的一種發(fā)展趨勢。這種工況一般出現(xiàn)在車輪平均功率很高的時候(如急加速或以較高車速爬坡) ，其控制策略有以下幾種模式： 1) 當(dāng)加速踏板踩下時，發(fā)動機和電動機的功率按照一定比例同時增加，以滿足駕駛員的高功率需求； 2) 電動機功率一直增加到其最大值，然后啟動發(fā)動機以提供補充動力； 3) 發(fā)動機被控制在有較高功率的低油耗區(qū)穩(wěn)定運行，而由電動機來提供所需的補充功率。(2) 以功率為主要參數(shù)的控制策略當(dāng)車輪平均功率低于某設(shè)定值時，汽車由電動機單獨驅(qū)動；當(dāng)車輪平均功率高于該設(shè)定值時，此時有利于發(fā)動機有效工作，因而發(fā)動機被啟動，電動機則停止運行。此時，發(fā)動機保持在一個恒定的節(jié)氣門開度運行，而由電機提供車輪所需的動態(tài)功率。對于荷電消耗型混合動力汽車，設(shè)定車速愈低，汽車一次充電的續(xù)駛里程愈長。當(dāng)汽車車速低于所設(shè)定的車速時，由電機單獨驅(qū)動車輪，當(dāng)車速高于所設(shè)定的車速時，電機停止驅(qū)動，而由發(fā)動機驅(qū)動車輪；當(dāng)車輪負(fù)荷比較大時(如汽車急加速、爬陡坡或以較高車速爬坡時) ，則由發(fā)動機和電動機聯(lián)合驅(qū)動車輪。例如，當(dāng)汽車加速時，為了滿足車輪驅(qū)動功率要求，降低對蓄電池的峰值功率要求，延長其工作壽命，可采用動機跟蹤模式；而當(dāng)汽車車輪功率要求低時，為了避免發(fā)動機低效率工況的發(fā)生，可以采用恒溫器模式，以提高整車系統(tǒng)的效率[11,12]。采用這種控制策略，蓄電池工作循環(huán)將消失，與充放電有關(guān)的蓄電池組損失被減少到最低程度。而當(dāng)蓄電池組SOC 上升到所設(shè)定的高門限值時，發(fā)動機關(guān)閉，由電機驅(qū)動車輪。 串聯(lián)型混合動力汽車的控制策略由于串聯(lián)型混合動力汽車的發(fā)動機與汽車行駛工況沒有直接聯(lián)系，因此控制策略的主要目標(biāo)是使發(fā)動機在最佳效率區(qū)和排放區(qū)工作。與傳統(tǒng)車輛不同，混合動力汽車主要由發(fā)動機、電機、功率轉(zhuǎn)換器、蓄電池、離合器、變速器等部件組成，因此，它是一個集成電氣、機械、化學(xué)和熱力學(xué)等為一體的非線性動態(tài)系統(tǒng)?！』旌蟿恿ζ嚳刂撇呗钥刂撇呗允腔旌蟿恿ζ囘\行的核心。在設(shè)計混合動力汽車控制策略時，采用不同的控制策略的目的是為了在車輛限定條件下達到不同的最優(yōu)的設(shè)計目標(biāo)，其主要目標(biāo)有以下四個：最佳燃油經(jīng)濟性、最低的排放、最低的系統(tǒng)成本或最佳的驅(qū)動性能。由于SOC是整車動力分配的依據(jù)，因此對電池的有效管理及精確的SOC估計將為混合動力汽車的動力分配及能量管理奠定必要的基礎(chǔ)。由于電池的作用是儲存、輸出盡可能多的電能，以提高汽車的續(xù)駛里程，因此對混合動力汽車用電池不僅有高的能量密度，而且有高的功率密度。由于在仿真建模狀況主要采用本田insight現(xiàn)有模型，而本田insight主要以成本和燃油經(jīng)濟性為主要目標(biāo)的控制策略，采用了弱混合的混合度。由于并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較混聯(lián)式簡單與并且比串聯(lián)式系統(tǒng)能量使用率高，使得該系統(tǒng)最適合于汽車在城市間公路和高速公路上穩(wěn)定行駛的工況。車輛運行時，前一種主要是發(fā)動機起作用，而后一種主要是電動機起作用?；炻?lián)混合動力電動汽車在結(jié)構(gòu)上綜合了串聯(lián)式和并聯(lián)式的特點，與串聯(lián)式相比，它增加了機械動力的傳遞路線，與并聯(lián)式相比，它增加了電能的傳輸路線。(8) 發(fā)動機和電機并聯(lián)驅(qū)動，還需要復(fù)合裝置。(4) 由于有發(fā)動機補充電能，比較小的電池容量既可滿足使用要求。并聯(lián)式混合動力汽車的發(fā)動機功率也是以汽車以某一速度穩(wěn)定行駛時所需的功率選定的，當(dāng)汽車在低速或改變工況行駛時，須通過加速踏板和變速器來調(diào)節(jié)發(fā)動機的功率輸出；而在高速行駛時，發(fā)動機的輸出功率低于汽車行駛時所需的功率時，由控制器控制電動機協(xié)助助力驅(qū)動。 圖22 并聯(lián)結(jié)構(gòu)并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖22所示，并聯(lián)混合動力電動汽車采用發(fā)動機和電動機兩套獨立的驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動車輪，兩者都可通過各自的驅(qū)動軸驅(qū)動車輪，可以采用發(fā)動機單獨驅(qū)動、電動機單獨驅(qū)動或者發(fā)動機和電動機混合驅(qū)動三種工作模式驅(qū)動。發(fā)動機的輸出要全部轉(zhuǎn)化為電能再變?yōu)轵?qū)動汽車的機械能，需要功率足夠大的發(fā)電機和電動機。(2)由于有電池功率進行驅(qū)動功率的調(diào)峰，發(fā)動機的功率只須滿足汽車在某一穩(wěn)定工況行駛所需的功率。和燃油車比較，它是一種發(fā)動機輔助型的電動車，主要是為了增加車輛的行駛里程。 本文主要研究內(nèi)容本文主要簡述混合動力汽車主要結(jié)構(gòu)和現(xiàn)今主流控制策略，通過仿真軟件ADVISOR進行仿真實驗，主要做了兩個仿真實驗對比：一個實驗是Prius混合動力汽車和Conventional普通汽車仿真對比，在城市路況和郊區(qū)路況下通過燃油經(jīng)濟性、動力性和排放性對比進行評價。在仿真計算中，為縮短在線計算時間作者提出一步式MPC算法，實驗表明該策略更適合于固定路線的城市公共汽車。如果不能充分發(fā)揮混合動力系統(tǒng)的低排放和助力功能，其燃油經(jīng)濟性，排放和動力性的發(fā)揮會受到極大限制。但由于汽車實際運行工況千變?nèi)f化，與計算所用的循環(huán)工況有相當(dāng)大的差異，因此這種控制策略并不能達到汽車實際運行油耗大量減少的效果；另一類是基于發(fā)動機效率圖、排放圖，電動機/發(fā)電機效率圖的控制策略，以汽車在任意時刻的油耗或功率損耗最小為優(yōu)化目標(biāo)的控制策略，能實現(xiàn)汽車在給定的放電或充電工況下，發(fā)動機和電動機/發(fā)電機的最佳轉(zhuǎn)矩分配。它在傳統(tǒng)的3種模式基礎(chǔ)上，添加制動能量回收、怠速停止等模式。在滿足汽車的動力性和其它基本技術(shù)性能等要求的前提下，針對各部件的特性及汽車的運行工況，控制策略要實現(xiàn)能量在發(fā)動機、電機之間的合理而有效分配，使整車系統(tǒng)效率達到最高，獲得整車最大的燃油經(jīng)濟性，最低排放以及平穩(wěn)的駕駛性能[7]。在驅(qū)動汽車的過程中，驅(qū)動能控制系統(tǒng)以各部件的自身特點為基礎(chǔ)，通過協(xié)調(diào)管理，可以讓整個動力系統(tǒng)都工作在最佳狀態(tài)下；另外，在混合動力電動汽車制動的過程中，通過對傳統(tǒng)液/氣壓制動系統(tǒng)、再生制動制動系統(tǒng)以及其他傳動系統(tǒng)的合理控制，可以最大限度地回收汽車動能，提高整車能效。其中硬件部分主要包括發(fā)動機、電機、蓄電池以及變速箱等部件；為了能實現(xiàn)混合動力電動汽車經(jīng)濟和環(huán)保的設(shè)計要求，在運行過程中，對這些部件的工作狀態(tài)進行合理的能量控制是非常重要的，而這些能量控制就是混合動力電動汽車核心技術(shù)的軟件部分。科技部在國家863計劃中特別設(shè)立電動汽車重大專項，從國家汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的高度出發(fā)，選擇新一代電動汽車作為我國汽車科技創(chuàng)新的主攻方向，組織企業(yè)、高等院校和科研機構(gòu)，集中各方面的力量聯(lián)合攻關(guān)，決心在電動汽車關(guān)鍵技術(shù)取得重大突破。其中本田公司已投產(chǎn)insight混合動力汽車，被美國環(huán)保總署評為2001年美國十大節(jié)能汽車的第一名，第二名則為豐田汽車公司的Prius混合動力汽車。因此混合動力汽車在技術(shù)、經(jīng)濟和環(huán)境等方面具有綜合優(yōu)勢[1]?；旌蟿恿﹄妱悠嚨陌l(fā)動機常常工作在最佳工況下，有效地降低了排放、提高了效率；其能量制動回收系統(tǒng)，改善了整車的能量利用效率；混合動力電動汽車在采用純電動模式行駛時，還能在某些特定區(qū)域?qū)崿F(xiàn)零排放。故本課題通過現(xiàn)今主流的控制策略分析，對同一車型在ADVISOR軟件內(nèi)置不同控制策略的比較仿真，尋找城市路況下比較可行的控制策略?；旌想妱悠囀且环N準(zhǔn)環(huán)保型的車輛，其能源裝置通常由發(fā)動機，電池和電機組合而成。摘 要迫于能源危機和環(huán)境保護兩大壓力，混合動力電動汽車在全世界范圍內(nèi)得到大力發(fā)展?？刂撇呗允腔旌蟿恿ζ囘\行的核心。本課題由于內(nèi)容十分寬廣，再加上本人本科階段學(xué)習(xí)理論水平有限，故將本課題研究內(nèi)容適當(dāng)縮小。它雖然沒有實現(xiàn)零排放，但在電動汽車的儲能部件—電池沒有根本性突破以前，其所能達到的動力性、經(jīng)濟性和排放指標(biāo)是緩解汽車需求與環(huán)境污染及石油短缺矛盾日益尖銳的理想途徑之一。對于電池的要求，與純電動汽車相比也大大降低了。國外專家認(rèn)為在未來的十年內(nèi)，可能有20%的汽車均將采用混合動力技術(shù)。但是所開發(fā)的混合動力電動汽車大部分都是串聯(lián)式的，只是在原有汽車上簡單地加載發(fā)動機和發(fā)電機機組，技術(shù)的集成度較低，缺乏高度自動化的控制系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)，兩種動力源只是簡單結(jié)合，缺乏統(tǒng)一協(xié)調(diào)，這與真正意義上的混合動力電動汽車，與國外的先進技術(shù)水平相比還有很大距離?；旌蟿恿﹄妱悠嚨暮诵募夹g(shù)可以分為硬件和軟件兩大部分。上層的管理系統(tǒng)從宏觀層面作控制決策并將相應(yīng)的信息輸送到各部件控制系統(tǒng)，再由這些部件控制系統(tǒng)控制實現(xiàn)各種要求動作，同時下層的控制系統(tǒng)也不斷向上層管理系統(tǒng)反饋狀態(tài)信息，實現(xiàn)上層控制系統(tǒng)的實時管理。在目前混合動力汽車的結(jié)構(gòu)沒