【正文】 基于 AER 的插電式混合動力汽車控制策略 為了充分發(fā)揮混合動力車輛能夠適時補(bǔ)充充電的優(yōu)勢，獲得較好的燃料經(jīng)濟(jì)性和排放性能，就要充分發(fā)揮動力電池的潛在功率，使車輛獲得盡可能多的純電動續(xù)駛里程 (AllElectricRang： AER)。模糊控制策略具有很好的魯棒性，控制系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性好，具有很好的應(yīng)用前景，但就目前的研究水平而言，對于如何確定合理隸屬度函數(shù)、建立科學(xué)的模糊規(guī)則尚有待完善，由于控制規(guī)律對于多變系統(tǒng)不能自動調(diào)整，系統(tǒng)動態(tài)性能較差。 空氣阻力 wF 用以下公式計(jì)算： 2adw uACF ??? （ 312） 車質(zhì)量和路面坡度：爬坡阻力主要取決于汽 ?sinmgFi ? （ 313） 20 的質(zhì)量和加速度： 決于整車動時的慣性力，主要取駛時克服其質(zhì)量加速運(yùn)加速阻力是汽車加速行 dtdumFj ?? （ 313） 轉(zhuǎn)換為對距離的積分，則有： dsdumuF aj ?? ? (314) 22202 111 riiImr Im tgfw ?? ??? ? (315) 式中： dtdu 為汽車加速度，單位 sm/ ； 為車輪的轉(zhuǎn)動慣量wI ； 為飛輪的轉(zhuǎn)動慣量；fI 其中 ? 車輛旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。電路圖如 所示。電機(jī)的工作區(qū)域分為兩個部分，恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域和恒功率區(qū)域，在轉(zhuǎn)速比較低時如圖所示，電機(jī)的輸出的轉(zhuǎn)矩保持定值，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過一定的范圍時，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩逐漸降低，此時電機(jī)的輸出功率保持不變，隨轉(zhuǎn)速升高，電機(jī)轉(zhuǎn)矩逐漸下降。 在車輛高速運(yùn)行時，為了使發(fā)動極轉(zhuǎn)速始終工作在最低燃油消耗區(qū)，發(fā)動機(jī)和電動機(jī)之間采用轉(zhuǎn)速耦合方式，此時離合器 2C 斷開，中斷了從電動機(jī)到齒輪Z2 的動力傳遞，離合器 1C 和 3C 結(jié)合，制動器 B1 和 B2 斷開，此時發(fā)動機(jī)發(fā)出的動力經(jīng)過齒輪 Z3 和 Z4 傳到齒圈，電動機(jī)輸出的動力經(jīng)過離合器 3C 傳到太陽輪，驅(qū)動車輪與行星架相連，此時構(gòu)成了行星齒輪轉(zhuǎn)速耦合結(jié)構(gòu)，車輛運(yùn)行速度是發(fā)動機(jī)和電動機(jī)轉(zhuǎn)速的線性代數(shù)和。與串聯(lián)結(jié)構(gòu)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)的耦合系統(tǒng)相比，功率耦合系統(tǒng)在對發(fā)動機(jī)最佳工作點(diǎn)的標(biāo)定和整車性能的提高方面都更具優(yōu)越性。當(dāng)固定不同的部件時，行星齒輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速特性如下表所示： 表 行星齒輪各部件轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性 鎖定部件 轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速 太陽輪 212123 1 Ti iT ??? 112123 i1 i ?? ?? 齒圈 1123 1 TiT ）（ ??? 1123 i1 1 ?? ?? 行星架 2121 1TiT? 2121 i ?? ? 本 章小結(jié) 在采用轉(zhuǎn)矩耦合裝置的混合動力電動汽車中，可以調(diào)節(jié)控制發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，但發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和電動機(jī)轉(zhuǎn)速具有固定的線性關(guān)系，不可以單獨(dú)控制。 12 （ a)結(jié)構(gòu)簡圖 (b)模型簡圖 圖 豐田 THSⅡ結(jié)構(gòu)原理簡圖 如圖 為豐田 Prius 的 THS II 系統(tǒng)的功率 耦合裝置簡圖，即單行星排功率耦合裝置。本田Insight 的集成電機(jī)助力系統(tǒng)（ Integrated Motor AssistIMA）和長安集團(tuán)的起動 /發(fā)電一體化電機(jī)（ Integrated Started GeneratorISG）均采用該耦合方式 [17]。其中端口 1 只能單向輸入，端口 2 和端口 3 既能輸入又可輸出，但端口 2 和端口 3 不能同時輸入。 （ 2）能量反饋功能，在汽車進(jìn)行減速制動時，動力耦合裝置應(yīng)該能切斷發(fā)動機(jī)的動力輸出，同時要保持傳動機(jī)構(gòu)與電機(jī)之間的機(jī)械連接，此時車輪的轉(zhuǎn)速高于電機(jī)的轉(zhuǎn)速，拖動電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)。 PHEV 的動力耦合裝置 動力耦合系統(tǒng)的概念 混合動力電動汽車一般都有兩個動力源，這兩個動力源發(fā)出的動力需要通過一定的機(jī)械或電氣裝置進(jìn)行整合疊加之后再經(jīng)過傳動裝置輸送給驅(qū)動車輪來供車輛利用。相比于串聯(lián)式 PHEV，并聯(lián)式混合動力汽車的發(fā)動機(jī)和電動機(jī)都可以直接向驅(qū)動輪提供轉(zhuǎn)矩，不存在能量的轉(zhuǎn)換，能量損失少；由于不需要附加的發(fā)電機(jī)，而且電動機(jī)相比于串聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)中的電動機(jī)要小，因此結(jié)構(gòu)緊湊。在汽車起步加速時，根據(jù)駕駛員踩下加速踏板的力度，整車控制器 判斷是采用純電動模式還是混合驅(qū)動模式。在開始起步階段，蓄電池提前經(jīng)過一個周 期的充電，電量充足，此時在整車控制器的控制下，發(fā)動機(jī)不工作，蓄電池提供汽車行駛的全部動力，即為純電動驅(qū)動模式；當(dāng)汽車需要加速行駛時，加速功率超過蓄電池所能提供的最大功率時，此時發(fā)動機(jī)開始驅(qū)動發(fā)電機(jī)工作，發(fā)電機(jī)與蓄電池共同提供的能量經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)化成定頻定壓的電流驅(qū)動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而為驅(qū)動輪提供加速轉(zhuǎn)矩，此時進(jìn)入發(fā)電機(jī)和蓄電池混合驅(qū)動模式；當(dāng)汽車完成加速進(jìn)入勻速行駛模式時，所需的功率減小，發(fā)動機(jī)仍能輸出較高的功率，除滿足車輛行駛外，剩余的電量為蓄電池進(jìn)行強(qiáng)制補(bǔ)充充電；如果汽車在減速行駛時，此時電動機(jī)轉(zhuǎn)速低于車輪 轉(zhuǎn)速，電機(jī)被反拖發(fā)電，制動能量回饋利用，為蓄電池進(jìn)行充電。 （ 3） 傳動系是用于調(diào)節(jié)和傳遞動力裝置輸出的動力，使之與汽車行駛時驅(qū)動輪處要求的理想動力達(dá)到較好的匹配的所有部件的總稱。長途旅行可以開啟混合動力模式，也可以采用 的黃金動力總成單獨(dú)驅(qū)動，完美體現(xiàn) 了插電式混合動力汽車的獨(dú)特優(yōu)勢 [12]?？萍疾吭凇笆濉币?guī)劃期間特別成立了 ―863 電動汽車重大專項(xiàng)”。 20xx 年 12 月，本田推出一款混合動力版 Accord，該車配備先進(jìn)的燃料混合系統(tǒng)和可變氣缸管理技術(shù)，使得燃油經(jīng)濟(jì)性得到大幅度的提高 [9]。 在日本，豐田是最早開始研發(fā)混合動力汽車（ HEV）的汽車公司。 國外插電式混合動力汽車（ PHEV）技術(shù)發(fā)展簡介 美國政府十分重視插電式混合動力汽車的研發(fā)，在 20xx 年其能源部就宣布了相關(guān)的插電式混合動力汽車技術(shù)的研發(fā)與示范計(jì)劃。就目前的技術(shù)條件和制造水平而言，純電動汽車和燃料電池汽車存在一些關(guān)鍵技術(shù)上的難題而沒有得到推廣。隨著能源消費(fèi)的持續(xù)快速增長，我國石油的對外依賴度仍將不斷擴(kuò)大，預(yù)計(jì)到 20xx 年將達(dá)到百分之六十， 2020年達(dá)到百分之六十五，對汽車行業(yè)而言，到 2020 年我國汽車用油缺口預(yù)計(jì)將達(dá)到數(shù)億噸 [1]。在世界范圍內(nèi)，隨著能源危機(jī)的日益加劇和地球環(huán)境的逐漸惡化，以內(nèi)燃機(jī)為動力的傳統(tǒng)汽車工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展遇到了由資 源和環(huán)境帶來的雙重挑戰(zhàn)。 學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 年 月 日 摘要 插電式混合動力汽車作為傳統(tǒng)混合動力汽車向純電動汽車轉(zhuǎn)型的中間產(chǎn)物，它憑借其良好的節(jié)能環(huán)保效果和優(yōu)越的續(xù)駛能力受到人們 的青睞。本人完全意識到本承諾書的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 關(guān)鍵詞 ：插電式；耦合；前向仿真；行星齒輪 ； simulink； CRUISE； Abstract More and more attention is drew to the Plugin hybrid electric vehicles in public because of its excellent performance in fueleconomic and environment protection , and long driving range .The vehicles act as intermediate products from conventional hybrid electric vehicles to pure electric vehicles. The control of the dynamical coupling between the engine and the battery makes a big difference to the performance of the vehicles. In this thesis, the coupling equipment is simplified as a threeport system with two freedom. A certain coupling relationship between the engine and motor by speed, torque and power is got by locking different pack of the plaary gear. A new coupling equipment bining a gear set and plaary gear set es up in this dissertation. It can shift freely among the different types of the coupling. It is essential to perform the simulation of the vehicle to verify the improvement in fuel economic and dynamics of this device. First ,a series of mathematical models are established through integral transformation. Next ,the submodulars of the control system are set up in the matlab/simulink. At the same time a forwardsimulation vehicle model is founded in the software named CRUISE. Therefore it is time to make a connection between the two models above. Finally, the simulation is implemented during the NEDC and FTP75 driving cycle to get the result of the economic and dynamic. As the result ,the fueleconomic and power of the plugin electric vehicles mounted this coupling device can satisfy the needs of the public as expected. Keywords : Plugin, coupling, forwardsimulation, Plaary gear, simulink, CRUISE 目錄 第一章 緒論 .......................................................................................1 插電式混合動力汽車的研究背景 ................................................1 國外插電式混合動力汽車（ PHEV）技術(shù)發(fā)展簡介 ...................2 國內(nèi) PHEV 技術(shù)發(fā)展概況 ..........................................................4 第二章 混合動力汽車的分類和動力耦合原理 ...................................4 混合動力汽車的概念和動力總成 ................................................5 串聯(lián)結(jié)構(gòu)的插電式混合動力汽車 ................................................5 并聯(lián)結(jié)構(gòu)的插電式混合動力汽車 ................................................7 混聯(lián)結(jié)構(gòu)的插電式混合動力汽車 ................................................7 PHEV 的動力耦合裝置 ...............................................................8 動力耦合系統(tǒng)的概念 .............................................................8 動力耦合系統(tǒng)的功能 .........