【正文】 攻克難關(guān)，一起在教室手繪著大學(xué)最后一張CAD圖，尤其要感謝我最親愛的室友們，是你們陪我一起去圖書館和逸夫樓寫論文，是你們陪我度過最漫長(zhǎng)而孤獨(dú)的日子。47 動(dòng)力電池SOC的變化曲線本章小結(jié) 在本章中，首先根據(jù)設(shè)定的動(dòng)力耦合裝置在CRUISE軟件平臺(tái)上搭建了整車仿真模型，并對(duì)車輛的一些具體參數(shù)進(jìn)行了設(shè)定；然后在matlab/simulink 中建立了功率分配、發(fā)動(dòng)機(jī)起停、電機(jī)控制、動(dòng)力耦合裝置控制和再生制動(dòng)等控制子模塊，通過DLL接口與CRUISE中整車模型進(jìn)行對(duì)接；最后在NEDC和FTP75循環(huán)工況下進(jìn)行了車輛的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性仿真，并得到了在循環(huán)工況下電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率曲線，分析了電機(jī)的工作過程，還得到了動(dòng)力電池的SOC隨時(shí)間的變化情況。車輛的最高車速達(dá)到120 km/h， ， 。把車速作為輸入信號(hào)，車速在低于40km/h時(shí)，屬于低速范圍，采用轉(zhuǎn)矩耦合模式，此時(shí)1賦給離合器CC2和制動(dòng)器B1，即離合器C1和C2結(jié)合，制動(dòng)器B1結(jié)合，離合器C3和制動(dòng)器B2斷開，此時(shí)為轉(zhuǎn)速耦合模式。如果發(fā)動(dòng)機(jī)的起停信號(hào)engine為0時(shí)，把發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速歸零，此時(shí)Pe輸出也為零。本文載入軟件自帶的一款混合動(dòng)力車輛的四缸發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、制動(dòng)器、駕駛員、電動(dòng)機(jī)模塊的參數(shù)，手動(dòng)設(shè)置了電機(jī)和動(dòng)力電池的參數(shù)。該軟件在整車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及排放性能的仿真應(yīng)用方面非常方便，采用模塊化設(shè)計(jì)原則，支持各個(gè)部件模型的拖放功能，用戶可以直接從模型庫(kù)中拖出相應(yīng)模塊，便于快速搭建和修改模型。但是實(shí)車實(shí)驗(yàn)耗費(fèi)時(shí)間比較長(zhǎng)，成本費(fèi)用較大，而且道路條件復(fù)雜，實(shí)際操作比較困難，本文僅從理論研究的角度出發(fā)，通過整車仿真的方法來分析車輛的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)參數(shù)。在電量保持模式中，發(fā)動(dòng)機(jī)提供整車所需的全部功率，動(dòng)力電池的會(huì)保持在一個(gè)比較穩(wěn)定的值（），在發(fā)動(dòng)機(jī)的功率富余時(shí)，會(huì)通過電機(jī)向動(dòng)力電池補(bǔ)充充電。在純電動(dòng)模式中，發(fā)動(dòng)機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)，動(dòng)力電池組為車輛提供所有的能量，車輛由電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)零排放。在混合動(dòng)力車輛的具體應(yīng)用中，該方法主要是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的萬有特性曲線進(jìn)行優(yōu)化控制，根據(jù)實(shí)際工況對(duì)燃料經(jīng)濟(jì)性和排放性能的要求，構(gòu)建關(guān)于轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的目標(biāo)函數(shù)，通過最優(yōu)化理論，求出對(duì)應(yīng)于最小燃料經(jīng)濟(jì)性和排放性能的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩變化范圍，從而控制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在最經(jīng)濟(jì)的區(qū)域[2225]。模糊邏輯控制過程中先將由傳感器收集到的各個(gè)參數(shù)信號(hào)進(jìn)行模糊化處理，然后應(yīng)用模糊規(guī)則庫(kù)制定的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，對(duì)模糊量進(jìn)行比較判斷，從而在模糊規(guī)則下得出模糊結(jié)論，最后把得到的模糊結(jié)論進(jìn)行去模糊化處理，轉(zhuǎn)換為需要控制的精確變量信息，進(jìn)而對(duì)車輛發(fā)出控制指令。 （311）式中的為重力加速度，單位；為坡度角，單位。一般的鉛酸電池和鎳鎘蓄電池的能量密度為80。為了方便比較，需要把對(duì)時(shí)間積分的發(fā)動(dòng)機(jī)油耗計(jì)算轉(zhuǎn)化為對(duì)距離積分的，把式（33）帶入（32）即有： （34） 電機(jī)模型 永磁無刷電機(jī)利用電子換相，永磁體安裝在轉(zhuǎn)子上，電樞繞組安裝在定子上，具有很好的導(dǎo)熱性能，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，可以節(jié)省布置的空間，不容易發(fā)生失步、振蕩等問題，是目前應(yīng)用最廣泛的電機(jī)。為探究混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力耦合方式及其工作方式具有很好的研究?jī)r(jià)值。還可以通過連續(xù)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)車速的無極變化，因此采用轉(zhuǎn)速耦合裝置的混合動(dòng)力汽車不需要安裝無級(jí)變速器就可以實(shí)現(xiàn)整車的無級(jí)變速。在車輛高速運(yùn)行時(shí)，為了控制發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速始終工作在經(jīng)濟(jì)區(qū)域，此時(shí)齒圈與電動(dòng)機(jī)脫離嚙合，直接與驅(qū)動(dòng)橋相連，發(fā)電機(jī)工作在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，和發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)成單行星排的轉(zhuǎn)速耦合裝置，通過不斷調(diào)節(jié)的電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)而平衡車輛運(yùn)行中載荷的波動(dòng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)保持在經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域[1719]。 （a） (b) 轉(zhuǎn)速耦合原理簡(jiǎn)圖 行星齒輪機(jī)構(gòu)通常是由一個(gè)太陽輪、一個(gè)結(jié)合齒圈、一個(gè)行星架和若干行星輪組成的輪系結(jié)構(gòu)，其中太陽輪、齒圈和行星架可以看做動(dòng)力耦裝置的三個(gè)端口組件，根據(jù)行星齒輪轉(zhuǎn)速耦合原理，轉(zhuǎn)速耦合裝置的運(yùn)動(dòng)關(guān)系可表示為： （24）根據(jù)功率守恒原理，同時(shí)得出它們之間的轉(zhuǎn)矩關(guān)系如下： （25）式中、為轉(zhuǎn)速耦合器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，是與結(jié)構(gòu)和幾何形狀設(shè)計(jì)相關(guān)的常數(shù)。根據(jù)式（22）、（23）可知，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)提供的轉(zhuǎn)矩、之間沒有固定的數(shù)量關(guān)系，可以分別獨(dú)立控制，從而使得發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩不受車輛負(fù)載轉(zhuǎn)矩和路面載荷的影響。 動(dòng)力耦合裝置根據(jù)能量源耦合方式的不同可以分為電電耦合裝置和機(jī)電耦合裝置，一般串聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車采用的是電電耦合，并聯(lián)結(jié)構(gòu)和混聯(lián)結(jié)構(gòu)的混合動(dòng)力汽車中，采用的是機(jī)電耦合結(jié)構(gòu)。動(dòng)力耦合裝置中最為典型的是豐田采用THS混聯(lián)式結(jié)構(gòu)，通過使用精密的行星齒輪組對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力電池的輸出的功率進(jìn)行重新分配，通過與太陽輪相連的電機(jī)來不斷調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的波動(dòng)。 混聯(lián)式PHEV的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖混聯(lián)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力耦合裝置的驅(qū)動(dòng)模式的控制策略是：在汽車低速小功率行駛時(shí)，動(dòng)力系統(tǒng)采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)進(jìn)行耦合輸出動(dòng)力，充分消耗動(dòng)力電池儲(chǔ)存的能量，從而獲得較好的排放性能；當(dāng)汽車高速大功率行駛時(shí)，動(dòng)力系統(tǒng)則采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，為車輛提供足夠的功率，獲得較好的動(dòng)力性。當(dāng)汽車減速制動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作，此時(shí)車輪帶動(dòng)電機(jī)進(jìn)入再生發(fā)電模式為動(dòng)力電池充電。由于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最末端只有一條能量提供路線，如果電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，車輛將不能正常運(yùn)行。因此，插電式混合動(dòng)力的動(dòng)力電池組的容量比較大，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率比較大，而發(fā)動(dòng)機(jī)的排量相對(duì)于常規(guī)的混合動(dòng)力汽車來說比較小。動(dòng)力總成是混合動(dòng)力汽車最為核心的總成部件，它是汽車上用來存儲(chǔ)、傳遞和轉(zhuǎn)化能量并且為車輛提供符合驅(qū)動(dòng)要求功率的所有裝置或機(jī)構(gòu)的總稱，具體包括車載能源、動(dòng)力裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和其他輔助裝置四個(gè)部分。駕駛者通過簡(jiǎn)單的操作，即可輕松實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)和混合動(dòng)力兩種模式之間的自由切換。大眾汽車公司與德國(guó)政府制定了共同開發(fā)插電式混合動(dòng)力汽車的新能源合作計(jì)劃，2011年大眾公司成功研發(fā)出第六代高爾夫插電式概念車。這款車在城市循環(huán)工況下純電動(dòng)行駛里程為25 km，純電動(dòng)行駛時(shí)最高車速可達(dá)100 km/h[8]。 美國(guó)插電式混合動(dòng)力汽車Volt雪佛蘭 Volt 電動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和電池之間采用的是串聯(lián)的方式，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力不是直接用來驅(qū)動(dòng)車輛前行，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的動(dòng)力用來為動(dòng)力電池發(fā)電，動(dòng)力電池通過線控傳動(dòng)技術(shù)帶動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪前進(jìn)。插電式混合動(dòng)力汽車（PHEV）是指具有大容量動(dòng)力電池并且可以利用外界電網(wǎng)對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行補(bǔ)充充電的混合動(dòng)力汽車。目前，汽車尾氣排放已成為影響各城市大氣污染程度的關(guān)鍵因素之一。全球機(jī)動(dòng)車的保有量也在逐年增加，在2012年的銷售統(tǒng)計(jì)中，已經(jīng)超過了十億輛，每年都在以三千萬輛的速度增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到本世紀(jì)中葉將達(dá)到三十五億輛。為了驗(yàn)證此種耦合裝置對(duì)提高整車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的效果，進(jìn)行了整車仿真分析。 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中文題目 插電式混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)耦合機(jī)理研究 英文題目 A research on the principle of dynamic coupling system in the plugin hybrid electric vehicles 1吉林大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）承諾書 本人鄭重承諾：所呈交的學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)），是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)、調(diào)研等工作基礎(chǔ)上取得的成果。在此基礎(chǔ)上，提出了一種由行星齒輪組件和齒輪副組合而成的動(dòng)力耦合裝置，它能夠?qū)崿F(xiàn)不同耦合方式間的自由切換。國(guó)際能源機(jī)構(gòu)對(duì)能源消耗分布的的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：全球的交通運(yùn)輸領(lǐng)域在石油的消耗占所有行業(yè)石油消耗量的一半以上，并且呈現(xiàn)明顯的增加趨勢(shì)，預(yù)計(jì)到2020年將占全球石油總消耗的以上。隨著人民生活條件的改善，道路的服務(wù)水平不斷提高，隨之而來的是汽車總量的迅速增加，汽車尾氣排放量將會(huì)急劇增多。 純電動(dòng)汽車、燃料電池電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車的特點(diǎn) 近年來插電式混合動(dòng)力汽車（Plugin Hybrid Electric Vehicle: PHEV）是大家研究的一個(gè)新方向。通用汽車公司在2008年9月發(fā)布了的雪佛蘭4座插電式混合動(dòng)力汽車Volt的量產(chǎn)車型，在2010年下半年該系列車型在美國(guó)底特律的整車工廠生產(chǎn)發(fā)售[6]。第三代Prius插電式混合動(dòng)力，整車搭載了高性能的鋰離子動(dòng)力電池，額定電壓為345V，電池容量達(dá)到，可以通過普通的居民用電為其進(jìn)行補(bǔ)充充電。瑞典的沃爾沃汽車公司開發(fā)了一款插電式混合動(dòng)力卡車，該車型是基于沃爾沃改裝而成的，最高車速達(dá)。在開始階段，比亞迪在2008年推出了一款TX2雙模電動(dòng)車，這款汽車具有純電動(dòng)和混合動(dòng)力兩種模式，可以通過家庭電網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)充充電來在純電動(dòng)模式下運(yùn)行，也可以通過在加油站補(bǔ)充加油提高它的續(xù)航能力。本文采用已被廣泛接受的傳統(tǒng)HEV概念：是指以混合作為能源組合方式，整車采用發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的汽車。插電式混合動(dòng)力汽車本身就是一種混合動(dòng)力汽車，主要區(qū)別在于它的車載動(dòng)力電池組能夠利用電網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)充充電，純電動(dòng)續(xù)駛里程比較長(zhǎng)，在動(dòng)力電池電量不足時(shí)，仍可以工作在混合動(dòng)力模式。在串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)中需要將發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)以及蓄電池等幾大部件總成裝配在車身底盤上，雖然它們之間大都是采用電氣連接，在布置時(shí)可以不考慮彼此間位置的影響，但各個(gè)子部件的額定功率相對(duì)較大，使得整體的外形尺寸和整車質(zhì)量也隨之增大，所需的布置空間就比較大，因此，在中小型汽車上布置存在一定困難。當(dāng)汽車高速巡航時(shí)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)工作在其運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)區(qū)域，為了提高整車的能量利用效率，僅有發(fā)動(dòng)機(jī)提供所需的驅(qū)動(dòng)力。當(dāng)蓄電池具有較高的電量且滿足整車行駛所需求的功率時(shí)，為了避免發(fā)動(dòng)機(jī)工作在低負(fù)荷和燃油消耗低效率區(qū)域，混聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)以純電動(dòng)工作模式工作，關(guān)閉車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)，動(dòng)力電池給電動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)車輪前行；當(dāng)車輛需求功率增加或者蓄電池能量偏低時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)工作，若發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率滿足汽車行駛所需功率且蓄電池不需要充電時(shí)，此時(shí)僅有發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功 率分為兩部分，一部分通過行星齒輪直接輸出給驅(qū)動(dòng)輪，另一部分經(jīng)過行星齒輪、發(fā)電機(jī)、逆變器和電動(dòng)機(jī)后供驅(qū)動(dòng)輪使用；當(dāng)汽車需要更大的功率時(shí)，整車工作在混合動(dòng)力模式，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)和蓄電池同時(shí)供能；若蓄電池能量不足或者發(fā)動(dòng)機(jī)提供的能量富裕時(shí)，實(shí)施發(fā)動(dòng)機(jī)向蓄電池強(qiáng)制充電工作模式，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力分為三部分，一部分通過行星齒輪機(jī)構(gòu)直接輸送給驅(qū)動(dòng)車輪，一部分經(jīng)過發(fā)電機(jī)、逆變器和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化后平衡車輛負(fù)載，一部分經(jīng)過發(fā)電機(jī)、逆變器轉(zhuǎn)化之后為蓄電池充電。對(duì)于并聯(lián)和混聯(lián)結(jié)構(gòu)的混合動(dòng)力車輛，動(dòng)力耦合裝置就是把車輛的多個(gè)動(dòng)力源進(jìn)行合理的組合分配，更好地滿足車輛行駛時(shí)的驅(qū)動(dòng)特性，它直接關(guān)系到車輛的各種性能是否滿足乘客的使用要求，在混合動(dòng)力整車開發(fā)中處于至關(guān)重要的作用。（4）輔助功能，動(dòng)力耦合裝置應(yīng)該能夠緩沖起步時(shí)路面對(duì)車輛的沖擊，保證車輛在低速行駛時(shí)的平順性，同時(shí)還可以利用電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)特性，在不增加倒檔齒輪的前提下實(shí)現(xiàn)倒車[16]。、分別為以上三個(gè)端口對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，、 為以上三個(gè)端口對(duì)應(yīng)的角速度，、為傳動(dòng)比。端口1連接發(fā)動(dòng)機(jī)，只能單向輸入，端口2和端口3分別連接電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)車輪，既能輸入又能輸出，但二者不能同時(shí)輸入。其工作原理如下：在車輛低速運(yùn)行時(shí)，一般所需的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，此時(shí)發(fā)電機(jī)把太陽輪鎖止，發(fā)動(dòng)機(jī)與行星架的相連，電動(dòng)機(jī)與齒圈相連，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)通過行星架與結(jié)合齒圈之間通過兩級(jí)齒輪傳動(dòng)，把動(dòng)力通過與齒圈嚙合的同軸齒輪輸出，即發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)二者之間通過轉(zhuǎn)矩耦合方式共同驅(qū)動(dòng)車輛。因此發(fā)動(dòng)機(jī)可以保持固定的轉(zhuǎn)速范圍在最低油耗曲線附近工作，通過調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來滿足車輛行駛過程中車速的波動(dòng)。 插電式混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 本文在插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力總成中增設(shè)3個(gè)離合器和2個(gè)制動(dòng)器來自由控制車輛在轉(zhuǎn)矩耦合方式和轉(zhuǎn)速耦合方式間的協(xié)調(diào)運(yùn)行，進(jìn)而使整車能夠較好地滿足動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的要求。對(duì)單位時(shí)間的燃油消耗進(jìn)行積分可以得到從初始時(shí)刻運(yùn)行時(shí)間為時(shí)的燃油消耗量，即有： （32）汽車車速的計(jì)算有如下公式： （33）式中。動(dòng)力電池的能量密度是動(dòng)力電池輸出的能量與所占體積的比值，即單位體積的電池能夠提供的能量。在忽略地面?zhèn)认蛄?duì)車輪驅(qū)動(dòng)力的影響時(shí)，通常把車輛簡(jiǎn)化為線性系統(tǒng)，僅僅考慮車輛受到的行駛阻力來建立車輛的縱向行駛方程式： （310）式中：驅(qū)動(dòng)時(shí)為牽引力，單位；為滾動(dòng)阻力，單位；為爬坡阻力，單位；為空氣阻力，單位；為加速阻力，單位。該控制策略的核心就是模糊控制器，由模糊規(guī)則庫(kù)、推理過程、變量模糊化過程和去模糊化過程組成。（4）自適應(yīng)控制策略自適應(yīng)控制策略是一種基于瞬時(shí)優(yōu)化方法的控制策略，可以通過識(shí)別外界環(huán)境的變化來調(diào)整控制參數(shù)，自動(dòng)校正控制動(dòng)作，從而使能量損失最少，達(dá)到理想的控制效果。這個(gè)過程中根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)是否參與驅(qū)動(dòng)，又可以分為純電動(dòng)模式（AllElectric Mode）和混合驅(qū)動(dòng)模式（Blended Mode）。 PHEV混合驅(qū)動(dòng)模式運(yùn)行特性 當(dāng)車輛運(yùn)行一段時(shí)間或駛過一定里程之后，動(dòng)力電池的電量會(huì)逐漸降低到一個(gè)較小的值，此時(shí)為了防止電池過度放電和保證車輛行駛所需要的功率，動(dòng)力電池會(huì)停止向電機(jī)供電，由