【正文】 EV 的研究。 德國各大汽車公司方面有奔馳推出的 Blue Zero ECell Plus 和 Vision S500 插電式混合動力車，寶馬 Vision Efficient Dynamics 插電式混合動力車等。 原有車型的基礎上，由計算結果，確定其發(fā)動機保持不變，即 BF6M101322E3 發(fā)動機。 根據(jù)加速性能要求是 040km/h 的加速時間不超過 20s 來計算。轉速在6000r/min 以上的為高速電機，而以下為普通電機。 從 ADVISOR 里選擇合適的電機類型，然后修改參數(shù)得到需要的電機模型。 1）電壓等級 各種車型的電池的電壓等級各不相同，主要的電壓等級類型見表 26。 另外，還要考慮到電池的放電程度。 表 27 電池參數(shù) 電池類型 鋰離子電池 電池電壓 525V 電池容量 180Ah 電池能量 根據(jù)已知數(shù)據(jù)選擇電池類型，選擇為 180Ah A 型鋰離子電池，在電壓 140V，電流分別為 18A， 54A， 180A 時的放電特性見下圖 25。如下圖 26。參數(shù)的設置見表 29?？傮w設計數(shù)據(jù)輸入如下表 28。該模式適合于起動、低速和低負荷時應用。 若 SOC 低于 ，則發(fā)動機驅動并給電池充電。 本文采用的控制策略 控制策略的流程圖如下圖 35。 針對以上要求，本文采用了由 SOC 狀況來判斷并選擇動力系統(tǒng)（包括發(fā)動機，電機等）的工作模式。若發(fā)動機關閉且 SOC不低于 ，則就是與電量消耗 純電動狀態(tài)的能量流動一致。 電量消耗模式的能量流動 在電量消耗模式中， PHEV 根據(jù)整車的負荷需求，具體選擇純電動和混合動力兩種子模式。 表 211 電池設計的參數(shù) Maximum Charge 最大充電量 Initial Charge 開始充電狀態(tài) 30% Nominal Voltage 額定電壓 V Maximum Voltage 最高電壓 14 V Minimum Voltage 最低電壓 V Number of Cells 每個模塊行的模塊數(shù) 41 Number of CellRow 模塊行的數(shù)量 1 Operating Temperature 工作溫度 25 ℃ Mass of a Cell 一個電池模塊的質量 1 kg Specific Heat Transition 傳熱比 250 W/K Specific Heat Capacity 比熱容 1000 J/kgK 下圖 29 是充電時的電壓變化。整車模型中，分別建立整車，發(fā)動機，電機，電池等 主要模塊。 再根據(jù) m a x m i nm a x m a xc os s i nt q tT i t Gf Gr ? ??? ?? （ 211） 得 m a x m a x1m a x 0( c o s s i n )gtqG f ri T i t?????? ? ? ? （ 212） 得出， 1gi =，根據(jù)汽車理論，選擇四檔變速器，其中一檔、二檔、三檔以及四檔的速比分別是 ， ， ， 1。 得到 Q 是 ，取整為 180Ah。 第二章 插電式混合動力客車動力系統(tǒng)設計與建模 16 根據(jù)美國私人交通調(diào)查報告 (NPTS)，普通家庭口常行駛里程在 60miles 內(nèi)的累計概率是 60%，因此 60miles 的純電動續(xù)駛里程將滿足大部分家庭的正常使用 [29]。 15 表 25 發(fā)動機參數(shù) 型號 BF6M101322E3 發(fā)動機型式 四沖程、二列六缸、水冷、增壓中冷、直接噴射電控柴油后置 發(fā)動機供應商 大柴 發(fā)動機位置 后置 發(fā)動機馬力 (Ps) 276 額定功率 (Kw) 203 額定功率 轉速(rpm) 2300 最大功率 (Kw) 162 最大扭矩 () 640 最大扭矩 轉速(rpm) 1700 燃料類型 柴電混合 油箱容積 (l) 190 綜合油耗（ L/100km） 油耗 /氣耗（標況） =33（ L/100km） 排量（ ml） 6060 排放標準 歐 III 重量 kg 620 電池參數(shù)匹配 PHEV 動力電池必須可靠地為電機提供所需功率和能量。 電機額定電壓一般由電動機的參數(shù)決定，并與電動機額定功率成正比，電動機的額定電壓越高，則電動機的額定功率越大。用 帶入，得出 P額 為 75kw。 1）電機額定功率與峰值功率的估算 [2627] （ 1）根據(jù)最高車速 maxv （ 80 km/h）來確定最大功率： 2m a x m a xm a x 1 a3 6 0 0 2 1 . 1 5dv C A vP M g f? ????? ? ? ???? ?? （ 21） 公式中， ? 一一傳動系總功率，取 ； aM 一一車輛滿載質量， kg； g 一一重力加速度， 9. 8m/s2； f 一一滾動阻力系數(shù)， ； dC 一一空氣阻力系數(shù) ； A 一一迎風面積， m2。 參考國內(nèi)外相關數(shù)據(jù)并結合道路情況，選定 PHEV 的動力性指標為： ： 1）最高車速 maxv ： 90km/h； 2）最大爬坡度 i ：大于 20%； 3） 0 加速到 40km/h 所需時間：小于 20s。Country；福特公司的 Escape PHEV 等。在汽車低速行駛時，驅動系統(tǒng)主要以串聯(lián)方式工作；汽車高速穩(wěn)定行駛時，則以并聯(lián)工作方式為主；停車時，可通過車載充電器進行外接充電。本章將詳細介紹對一種現(xiàn)有的 HEV 客車進行改裝為插電式客車并進行參數(shù)匹配的具體過程。 7 2）設計完成 PHEV 客車動力系統(tǒng)方案，確定動力總成形式，完成電動機、電池組、發(fā)動機、發(fā)電機等主要部件的選型與 參數(shù)匹配。 20xx 年，上海汽車集團股份有限公司技術中心林瀟、張君鴻基于對混合動力汽車能量管理策略優(yōu)化的目的 , 建立了豐田 Prius 的 數(shù)學模型 ,采用粒子群優(yōu)化算法對該包含眾多約束條件的非線性優(yōu)化問題進行了求解 ， 利用 PSAT 專業(yè)軟件對比分析了基本型優(yōu)化控制算法、改進型優(yōu)化控制算法和規(guī)則控制算法等的控制效果及燃油經(jīng)濟性。不足是在大負荷狀態(tài)時燃油消耗較大，原因是轉換因子選擇不當 [19]。 5）自適應控制策略 自適應控制具有一定的適應能力，可以識別外部環(huán)境的變化，并根據(jù)這些變化，自動校正控制動作，從而達到最理想的控制效果。它能同時搜索空間上的很多點，且能充分搜索，因此能夠實現(xiàn)快速全局收斂。 3）智能型控制策略 智能型控制策略主要應用模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法及粒子群優(yōu)化算法來決策混合動力系統(tǒng)的工作模式和功率分配，具有較強的魯棒性。 1）基于規(guī)則的邏輯門限值控制策略 邏輯門限值控制策略是基于規(guī)則的控制策略?？衫猛黹g用電低谷時對電池充電，改善電廠的機組效率，節(jié)約能源；純電動工況行駛時為零排放；大大降低對石油燃料的依賴 [9]。 我國是能源消費大國，石油地質資源量為 765 億噸，但可采資源量僅為 212 億噸。 傳統(tǒng)的混合動力汽車已經(jīng)給美國的能源消耗和能源安全帶來了顯著的效益。向蓄電池充電用到的電能可以由水力、太陽能、風能、潮汐等可再生能源轉化。但由于石油價格的回落，在電動汽車商業(yè)化發(fā)展起來之前，能源問題已不再嚴重。這兩個問題已經(jīng)被越來越來多的國家所關注與重視。仿真結果表明，本文設計的 PHEV 客車，在滿足動力性要求的基礎上，能量消耗明顯下降，尾氣排放明顯減少，達到設計目標。為了減少燃油的消耗并降低有害氣體的排放，目前汽車業(yè)的發(fā)展方向為混合動力汽車與電動汽車。因此，結合了兩者優(yōu)點，可通過外部電網(wǎng)充電的插電式混合動力汽車（ Plugin Hybrid Electric Vehicle，以下簡稱 PHEV）成為了研究的熱點。 Vehicle Control Strategy。 汽車工業(yè)對于石油的依賴程度是巨大的，石油資源的枯竭必將嚴重阻礙汽車工業(yè)的發(fā)展。其代表就是日本豐田的混合動力轎車 Prius、美國克萊斯勒的第二代道奇無畏 ESX2 型混合動力轎車、日本本田的混合動力轎車 Insight。但是 HEV 仍存在著三大主要問題一一價格高、效率低、仍然使用較多汽油 /柴油 [2]。 圖 11 是關于傳統(tǒng)燃料汽車， HEV 以及 PHEV 的經(jīng)濟性比較，不難看出， PHEV 相對于傳統(tǒng)汽車和 HEV 在經(jīng)濟性上優(yōu)勢。從國家能源安全和環(huán)境保護上看，大力發(fā)展 PHEV 對我國有著重大的戰(zhàn)略意義 [7]。 插電式混合動力客車是 PHEV的一種。因而得到廣泛應用 [13]。模糊邏輯控制是首先將傳感器的信號模糊化，然后應用相關規(guī)則，對模糊量判斷，得出模糊結論，最后將結論去模糊化，轉為精確控制量，進而對車輛發(fā)出控制命令。同遺傳算法類似，是一種基于疊代的優(yōu)化工具，但并沒有遺傳算法中的交叉及變異，而是粒子在解空間內(nèi)追隨最優(yōu)的粒子進行搜索。 20xx 年，美國密歇根大學學者 Jinming Liu and Huei Peng 以豐田 PRUIS 為對象，建立了 THS動力系統(tǒng)的動力模型 ，提出了隨機動態(tài)規(guī)劃法 SDP和等效油耗最小控制策略 ECMS，并與動態(tài)規(guī)劃法 DP 得到的最優(yōu)解進行對比。不足 是仍然依賴于工況預測，特別是速度軌跡的給出 [20]。使 HEV 油耗達到近似最優(yōu)，并可用于實時控制。 5）對 PHEV 客車整車模型進行 AVL Cruise 軟件與 MATLAB /SIMULINK 的聯(lián)合 仿真，分析仿真結果，比較優(yōu)化控制前后經(jīng)濟性與排放性。 1） 并聯(lián)式 PHEV 并聯(lián)式 PHEV 的發(fā)動機和電動機是兩個相對獨立的系統(tǒng)，即可實現(xiàn)純電動行駛，又可實現(xiàn) 內(nèi)燃機驅動行駛，在功率需求較大時還可以實現(xiàn)全混合動力行駛，在停車狀態(tài)下可進行外接充電。其中的杰出代表有 University of California Davis(UC Davis)， the Electric Power Research Institute (EPRI), Argonne National Laboratory (ANL) 和 California Cars Initiative (CalCars)等機構。 在我國開發(fā) PHEV 的企業(yè)不多，主要有上汽提出 20xx 年將生產(chǎn)榮威 550（ PHEV 款）；長安汽車公司加速推出插電式混合動力車、純電動車的產(chǎn)業(yè)化研發(fā)；還有比亞迪的 F3DM；奇瑞瑞麒 M1 等。 電機 /發(fā)電機 選擇永磁同步電機，電池選擇里離子充電電池。 （ 3）根據(jù)爬坡性能計算最大功率 爬坡性能計算公式為： 2m a x m a xm a x 3 a3 6 0 0 2 1 . 1 5dv C A vP M g f? ????? ? ? ???? ?? （ 24） 其中 max arctan( )i? ? 。前者成本高、制造工藝復雜而且對配套使用的軸承、齒輪等有特殊要求，一般適用十電動轎車，很少在混合動力 客車上使用。數(shù)據(jù)參數(shù)如下表 24。 表 26 各種車型的電壓等級統(tǒng)計表 車型 電壓等級 傳統(tǒng)轎車電啟動系統(tǒng) 12V 傳統(tǒng)轎車 ISG 系統(tǒng) 36V 采用 ISG 結構的混合動力轎車 144V 采用串并聯(lián)結構的混合動力轎車以及純電動轎車 288350V 采用串并聯(lián)結構的混合動力客車以及純電動客車 350650V 由此，初選本文的選擇的電池電壓為 500V 左右。對于 PHEV 的電池，在 SOC 低于某一較低值后，繼續(xù)放電，則會出現(xiàn)深度放電現(xiàn)象，這會影響電池的性能與壽命。 17 圖 25180Ah A 型鋰離子電池的放電特性 。它包括以下模塊：車輛模塊，發(fā)動機模塊，電機模塊，電池模塊， 3 個單級齒輪變速器模塊，離合器模塊，變速器模塊，差速器模塊， 4 個制動器模塊， 6 個車輪模塊，駕駛室模塊，顯示器模塊， ASC 控制器模塊， MATLAB /API 模塊模。 19 表 29 發(fā)動機設計的參數(shù) Engine Type 發(fā)動機類型 Diesel 柴油機 Charger 增壓 Tc With intercooler 增壓中冷 Numberof Cylinders 氣缸數(shù) 6 Number of Strokes 沖程數(shù) 4 idle Speed 怠速轉速 680 rpm Maximum Speed 最高轉速 3000 rpm Inertia Moment 轉動慣量 kg*m2 Response Time 響應時間 s Fuel Type 燃料類型 柴油 Heating Value 熱值 44000 kJ/kg Fuel Density 燃料密度 kg/l 下圖 27 是發(fā)動機的轉矩特性。 表 28 總體設計數(shù)據(jù) Gas Tank Volume 燃氣箱容積 m3 Distance between Hitch and Front Axle 掛鉤和前軸的距離 7000 mm Wheel Base 軸距 6100 mm Height of Support Point at Bench Test 臺架試驗支點高度 100 mm Distance of Gravity Center of the vehicle dependen