【正文】 結(jié)論本文主要對(duì)插電式混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力耦合裝置的工作原理進(jìn)行了剖析，從行星齒輪各個(gè)部件傳動(dòng)時(shí)滿足的數(shù)量關(guān)系深入分析了發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)在耦合工作時(shí)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率的分配關(guān)系，同時(shí)結(jié)合豐田的功率耦合裝置創(chuàng)造性的提出了轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速交替耦合控制模型，建立了插電式混合動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件如發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、動(dòng)力電池的數(shù)學(xué)模型，并且采用積分變換的方式，把的各個(gè)基于時(shí)間的整車性能評(píng)價(jià)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為了基于路程的積分。當(dāng)車速大于40 km/h時(shí)，CC3和B2為結(jié)合，此時(shí)進(jìn)入轉(zhuǎn)矩耦合模式。最后，在參數(shù)設(shè)定之后，對(duì)各個(gè)模塊建立連接，其中紅線代表電氣連接，藍(lán)線代表機(jī)械連接。目前常用的整車仿真方法，按照仿真信息和能量的流動(dòng)的方向可以分為兩種，即前向仿真和后向仿真。一般混合動(dòng)力車輛的電機(jī)功率比較大，可以滿足在城市工況下的低速行駛，如果車輛在高速大負(fù)荷條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，動(dòng)力電池通過(guò)電動(dòng)機(jī)輸送給驅(qū)動(dòng)橋的功率可能不能滿足汽車所需的動(dòng)力性要求，故此種策略適合在短途低速的城市工況條件下使用。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(duì)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(duì)于多變系統(tǒng)不能自動(dòng)調(diào)整，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能較差。 在進(jìn)行混合動(dòng)力車輛運(yùn)行分析時(shí)，一般選取動(dòng)力電池的荷電狀態(tài)（SOC）作為控制對(duì)象，在進(jìn)行蓄電池建模時(shí)，選取SOC作為目標(biāo)參數(shù)。通過(guò)下圖來(lái)具體說(shuō)明轉(zhuǎn)矩耦合和轉(zhuǎn)速耦合交替控制的實(shí)現(xiàn)原理和方式。，是一個(gè)三端口、兩自由度的裝置，通過(guò)對(duì)鎖止其中任何一個(gè)部件都可以得到其他兩個(gè)元件之間的傳動(dòng)關(guān)系。而角速度、存在固定的數(shù)量關(guān)系，不能獨(dú)立控制。本田汽車公司的 Insight混合動(dòng)力汽車搭載的混合動(dòng)力系統(tǒng)，采用轉(zhuǎn)矩耦合的形式，把發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)提供的扭矩進(jìn)行疊加后輸出。 并聯(lián)式PHEV的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖由于并聯(lián)式PHEV主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、蓄電池電動(dòng)機(jī)兩大總成組成，兩大動(dòng)力總成可以進(jìn)行功率疊加，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)的功率比較低時(shí)仍能滿足要求，因此可以大大縮減動(dòng)力系統(tǒng)裝配所需的空間，降低了的整備質(zhì)量，使整車生產(chǎn)成本大幅降低。一般情況下，在動(dòng)力電池組經(jīng)過(guò)電網(wǎng)完成充電后，汽車在行駛時(shí)首先在純電動(dòng)模式下工作，直至動(dòng)力電池組電量達(dá)到所規(guī)定的極限時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)開始運(yùn)行，整車自動(dòng)切換到傳統(tǒng)的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模式，而此時(shí)動(dòng)力電池組保持在一個(gè)較低電量的狀態(tài)，直至經(jīng)過(guò)下一次電網(wǎng)充電。此外，比亞迪還推出了雙模電動(dòng)車，該車使用比亞迪自主研發(fā)的鐵電池，這種電池的原材料廣泛、無(wú)污染、可回收，其耐熱性、抗壓性都已達(dá)到國(guó)家要求的使用標(biāo)準(zhǔn)，而且電池循環(huán)充電能力非常好，在2000次充放電之后電池容量還能保持以上，在實(shí)際使用過(guò)程中可達(dá)到4000次左右。本田公司也是日本研發(fā)量產(chǎn)銷售混合動(dòng)力汽車最早的汽車制造商之一。插電式混合動(dòng)力車輛可以僅在動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)時(shí)行駛較長(zhǎng)的里程，在動(dòng)力電池能量不足時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)開始啟動(dòng)，切換到傳統(tǒng)的混合動(dòng)力模式下工作，因此它可以在很大程度上實(shí)現(xiàn)零排放，而且還可以利用外部公用電網(wǎng)設(shè)施對(duì)車載動(dòng)力電池組進(jìn)行充電，減少燃油的消耗，降低車輛使用成本[5]。隨著全世界汽車保有量的持續(xù)高速增長(zhǎng)，汽車上日益增多的能源消費(fèi)與有限的石油資源供應(yīng)之間的矛盾日趨突出。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計(jì)）不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的作品成果。目前，石油成為全世界依賴度最深的能源，而汽車運(yùn)行材料幾乎全部依賴于石油的煉制品。、純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車發(fā)展中的優(yōu)勢(shì)與不足[4]。2009年，豐田公司推出了第三代Prius插電式混合動(dòng)力車型 。在中國(guó)的汽車制造商中，比亞迪在汽車電池的研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新方面一直走在前列，在這次產(chǎn)業(yè)技術(shù)浪潮中走在了前列，成為國(guó)內(nèi)插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的領(lǐng)軍人物[11]。（4） 輔助裝置是指在汽車傳動(dòng)系中，用于從動(dòng)力裝置中獲取動(dòng)力，區(qū)別于直接驅(qū)動(dòng)車輛，主要用于維持汽車良好的調(diào)控特性、舒適性等所有部件的總稱。當(dāng)車輛在低速巡航行駛時(shí)，由于整車所需功率較小，為了避免發(fā)動(dòng)機(jī)工作在低負(fù)荷低效率區(qū)域，采用純電動(dòng)模式；當(dāng)車輛行駛速度很高時(shí)，驅(qū)動(dòng)功率滿足發(fā)動(dòng)機(jī)高效工作區(qū)要求，發(fā)動(dòng)機(jī)開始工作，整車進(jìn)入混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模式，在這個(gè)階段通過(guò)增加蓄電池電動(dòng)機(jī)輸出的功率來(lái)滿足汽車急加速重載荷的工作條件。對(duì)于經(jīng)常使用的油電混合動(dòng)力汽車而言，就是指能把發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)或者發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力電池組的動(dòng)力耦合輸出的裝置。 （a） (b) 轉(zhuǎn)矩耦合原理簡(jiǎn)圖，忽略傳遞過(guò)程中的能量損耗，則有輸入端口的總能量應(yīng)當(dāng)和輸出端口的總能量相等，即 （21）轉(zhuǎn)矩耦合的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： （22） （23）其中，、分別為。該裝置實(shí)際上可以看作是單行星排的轉(zhuǎn)速耦合裝置與雙軸式齒輪轉(zhuǎn)矩耦合裝置集成而得到的。為了能夠很好的對(duì)不同工況的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行縱向比較，本文通過(guò)微積分變換，把基于對(duì)時(shí)間所求的評(píng)價(jià)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為基于距離的評(píng)價(jià)指標(biāo)。即表明電池處于滿電荷狀態(tài)，隨著電池的電荷逐漸減少，SOC的值逐漸降低，為了保護(hù)電池的使用壽命，通常當(dāng)SOC下降到30%左右時(shí)，蓄電池就不能再放電，需要對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充充電。（1）模糊邏輯控制策略 模糊邏輯控制是一種類似于模擬人工智能的控制方法，可以按照人的思維方式制定控制規(guī)則，使系統(tǒng)按照既定的控制規(guī)則去運(yùn)行。在動(dòng)力電池完成一個(gè)充電周期之后，動(dòng)力電池電量充足，可以提供很大的驅(qū)動(dòng)力矩，此時(shí)插電式混合動(dòng)力車輛可以僅靠動(dòng)力電池組驅(qū)動(dòng)或在發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力電池組共同驅(qū)動(dòng)下工作，在這個(gè)過(guò)程中動(dòng)力電池的電量不斷消耗，一直下降到動(dòng)力電池組能夠保持額定壽命的允許值時(shí)，動(dòng)力電池才停止向電動(dòng)機(jī)供電，這種工作模式即為電量消耗模式。其中Pm為電動(dòng)機(jī)功率，Pe為發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率，Pt為車輛行駛過(guò)程中所需的驅(qū)動(dòng)功率，Pch是動(dòng)力電池補(bǔ)充充電功率。其中的各個(gè)子系統(tǒng)的控制模塊式是在matlab/simulink中建立的控制模型，simulink中的DLL或API格式的文件可以與CRUISE軟件的接口對(duì)接。會(huì)直接控制控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，盡可能增加系統(tǒng)的純電動(dòng)行駛里程。 NEDC循環(huán)工況下電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率曲線 FTP75循環(huán)工況下電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率曲線，動(dòng)力電池的荷電狀態(tài)在NEDC循環(huán)工況下的變化情況，開始動(dòng)力電池的SOC值為88%左右，隨著車輛運(yùn)行時(shí)間的增加，動(dòng)力電池SOC值逐漸降低，在循環(huán)結(jié)束時(shí)達(dá)到50%左右。整體來(lái)看，插電式混合動(dòng)力車輛是傳統(tǒng)混合動(dòng)力車輛向純電動(dòng)汽車過(guò)度時(shí)期的一個(gè)衍生品，功率耦合裝置是插電式混合動(dòng)力汽車的比較核心的控制部件，對(duì)它的研究能夠承接知識(shí)的發(fā)展趨勢(shì)，能夠很好地實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車向電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)換，能夠?yàn)槲磥?lái)的深入學(xué)習(xí)打下一個(gè)鋪墊。其中Td為車輛需求轉(zhuǎn)矩，Tm為電機(jī)轉(zhuǎn)矩，Tbr為再生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。把車輛的車速、蓄電池的SOC等信號(hào)作為系統(tǒng)的輸入，發(fā)動(dòng)機(jī)的起停、電機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率作為系統(tǒng)的輸出，各模塊之間并行工作[28]。后向仿真是從整車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要出發(fā)，以設(shè)計(jì)的目標(biāo)車速作為整個(gè)仿真系統(tǒng)的輸入，進(jìn)而計(jì)算車輛在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中所需的轉(zhuǎn)矩、功率和轉(zhuǎn)速等參數(shù)，仿真信息從車輪到驅(qū)動(dòng)橋、差速器、主減速器、傳動(dòng)系、變速裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)。如果行駛過(guò)程中電動(dòng)機(jī)提供車輛行駛所需的大部分功率，發(fā)動(dòng)機(jī)始終運(yùn)行在一個(gè)經(jīng)濟(jì)區(qū)域，此時(shí)是以電機(jī)為主導(dǎo)的控制模式。但這種方法由于通過(guò)并行處理數(shù)據(jù)，在自學(xué)習(xí)之后無(wú)法直觀的變現(xiàn)輸入與輸出的關(guān)系，對(duì)外輸出的控制信號(hào)具有一定的不確定性，不能保證輸出結(jié)果的可控。聯(lián)立（35）、（36）兩式可以解得電池的電流與電池的輸出功率、之間的關(guān)系： （37）動(dòng)力電池的計(jì)算公式為： （38）式中為電池的額定容量，單位，當(dāng)電池對(duì)外放電時(shí)為正，當(dāng)外界對(duì)電池充電時(shí)為負(fù)。在車輛高速運(yùn)行時(shí)，為了使發(fā)動(dòng)極轉(zhuǎn)速始終工作在最低燃油消耗區(qū)，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)之間采用轉(zhuǎn)速耦合方式，此時(shí)離合器斷開，中斷了從電動(dòng)機(jī)到齒輪的動(dòng)力傳遞，離合器和結(jié)合，制動(dòng)器和斷開，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的動(dòng)力經(jīng)過(guò)齒輪和傳到齒圈，電動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力經(jīng)過(guò)離合器傳到太陽(yáng)輪，驅(qū)動(dòng)車輪與行星架相連，此時(shí)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(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的線性代數(shù)和。當(dāng)固定不同的部件時(shí)，行星齒輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速特性如下表所示： 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(yáng)輪齒圈 行星架 本章小結(jié) 在采用轉(zhuǎn)矩耦合裝置的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車中，可以調(diào)節(jié)控制發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，但發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速具有固定的線性關(guān)系，不可以單獨(dú)控制。本田Insight的集成電機(jī)助力系統(tǒng)（Integrated Motor AssistIMA）和長(zhǎng)安集團(tuán)的起動(dòng)/發(fā)電一體化電機(jī)（Integrated Started GeneratorISG）均采用該耦合方式[17]。（2）能量反饋功能，在汽車進(jìn)行減速制動(dòng)時(shí)，動(dòng)力耦合裝置應(yīng)該能切斷發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出，同時(shí)要保持傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與電機(jī)之間的機(jī)械連接，此時(shí)車輪的轉(zhuǎn)速高于電機(jī)的轉(zhuǎn)速，拖動(dòng)電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)。相比于串聯(lián)式PHEV，并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)都可以直接向驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)相比于串聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)要小，因此結(jié)構(gòu)緊湊。在開始起步階段，蓄電池提前經(jīng)過(guò)一個(gè)周期的充電，電量充足，此時(shí)在整車控制器的控制下，發(fā)動(dòng)機(jī)不工作，蓄電池提供汽車行駛的全部動(dòng)力，即為純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式；當(dāng)汽車需要加速行駛時(shí)，加速功率超過(guò)蓄電池所能提供的最大功率時(shí)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)開始驅(qū)動(dòng)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(guò)逆變器轉(zhuǎn)化成定頻定壓的電流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而為驅(qū)動(dòng)輪提供加速轉(zhuǎn)矩，此時(shí)進(jìn)入發(fā)電機(jī)和蓄電池混合驅(qū)動(dòng)模式；當(dāng)汽車完成加速進(jìn)入勻速行駛模式時(shí)，所需的功率減小，發(fā)動(dòng)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(shí)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于車輪轉(zhuǎn)速，電機(jī)被反拖發(fā)電，制動(dòng)能量回饋利用，為蓄電池進(jìn)行充電。長(zhǎng)途旅行可以開啟混合動(dòng)力模式，完美體現(xiàn)了插電式混合動(dòng)力汽車的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[12]。2004年12月，本田推出一款混合動(dòng)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]。（PHEV）技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)介 美國(guó)政府十分重視插電式混合動(dòng)力汽車的研發(fā)，在2008年其能源部就宣布了相關(guān)的插電式混合動(dòng)力汽車技術(shù)的研發(fā)與示范計(jì)劃。隨著能源消費(fèi)的持續(xù)快速增長(zhǎng)，我國(guó)石油的對(duì)外依賴度仍將不斷擴(kuò)大，預(yù)計(jì)到 2015年將達(dá)到百分之六十，2020年達(dá)到百分之六十五，對(duì)汽車行業(yè)而言，到 2020年我國(guó)汽車用油缺口預(yù)計(jì)將達(dá)到數(shù)億噸[1]。 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(dòng)力汽車作為傳統(tǒng)混合動(dòng)力汽車向純電動(dòng)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。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 planetary gear. A new coupling equipment bining a gear set and planetary 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 establi