【導(dǎo)讀】節(jié)能、環(huán)保和安全是當(dāng)今世界的三大主題。汽車是當(dāng)今人們的主要交通方式之一，也是能源消耗大戶。因此，有效地解決汽車燃燒和排放問題，對緩解能源造成的壓力，改善汽車排放對城市和人們生存環(huán)境具有重要意義。汽車、燃料電池汽車等解決上述問題的新的汽車技術(shù)成為人們研究的熱點(diǎn)。低汽車排放等方面效果明顯，短期內(nèi)有望成為低能耗、低排放汽車的替代技術(shù)。車設(shè)計(jì)與研究的關(guān)鍵所在。與傳統(tǒng)的邏輯門限控制策略相比，模糊控制主要依據(jù)工程。經(jīng)驗(yàn)來制定控制規(guī)則，并顯示出了良好的控制效果和應(yīng)用前景。據(jù)的工程經(jīng)驗(yàn)有很大的可變性，近年來，模糊控制的優(yōu)化問題越來越受到大家的關(guān)注。遺傳算法作為一種成熟的優(yōu)化方法，在優(yōu)化多目標(biāo)非線性問題上有很大的應(yīng)用。傳算法引入模糊控制器，從而形成遺傳模糊控制算法應(yīng)用于實(shí)際的控制問題。再次，本文詳細(xì)分析介紹并聯(lián)混合動力汽車轉(zhuǎn)矩分配模糊邏輯控制策略。最后，本文將模糊控制應(yīng)用于混合動力汽車，并進(jìn)行進(jìn)行仿真比較。

　　

【正文】 放量，而熱力學(xué)子模型用于計(jì)算發(fā)動機(jī)的溫升，進(jìn)而進(jìn)行冷熱兩種狀態(tài)下發(fā)動機(jī)排放和燃油消耗量的 等效計(jì)算。模型示意圖見 。 在轉(zhuǎn)矩計(jì)算子模型中，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算包括外特性轉(zhuǎn)矩的計(jì)算和部分負(fù)荷特性轉(zhuǎn)矩的計(jì)算。由于采用了后向式建模的方法，模型間的轉(zhuǎn)矩信息傳遞是直接進(jìn)行的，因此無需采用發(fā)動機(jī)部分負(fù)荷特性數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。發(fā)動機(jī)外特性轉(zhuǎn)矩計(jì)算如下： )(max_ ee fT ?? （ 21）其中， 發(fā)動機(jī) 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁 max_eT 為發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（ Nm） 。 e? 為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速（ rad/s）； )(?f 為一維線性插值算子； 在 Matlab/Simulink 模型中，用“ interp1”實(shí)現(xiàn)上述插值算法。 燃油消耗子模型是基于發(fā)動機(jī)萬有特性 MAP圖建立的，是一個(gè)熱啟動狀態(tài)下的穩(wěn)態(tài)模型。燃油消耗率 )/( sgge 計(jì)算模型為： ),(1 eee Tfg ?? （ 22） 其中， eg 為發(fā)動機(jī)在 ),( eeT? 點(diǎn)的燃油消耗率（ g/s）； ),(1 ??? fge 為二維線性內(nèi)插值算子 ； 在 Matlab/Simulink 模型中，用命令“ interp2”在發(fā)動機(jī)萬有特性圖中中實(shí)現(xiàn)上述插算法。 燃油消耗量為： ?? ?? t eef ue lt ef ue lf ue l dtTfdtgV 0 10 ),(11 ??? （ 23） 排放量 計(jì)算 模型為： dtTfdtmm teet e mi ssione mi ssion ?? ?? 0 20 ),(? （ 24） 圖 24發(fā)動機(jī)仿真模塊 發(fā)動機(jī)冷起動時(shí)油耗和排放都要明顯高 于發(fā)動機(jī)熱機(jī)工作的油耗和排放，為了更準(zhǔn)確的計(jì)算油耗，需要引入溫度校正系數(shù) i? 來修正： 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁 ???????????????排放系數(shù)排放系數(shù)排放系數(shù)油耗系數(shù)X.30NO .601CO ,491HC .4711。20?????? is a ts a tTTT （ 25） 其中， T 為當(dāng)前發(fā)動機(jī)冷卻水溫度； satT 為發(fā)動機(jī)冷卻系 開啟溫度，一般設(shè)定為 95℃。 發(fā)動機(jī)仿真模塊如圖 24 所示。在 ADVISOR 發(fā)動機(jī)模塊中還設(shè)置了發(fā)動機(jī)熱量模型。該模塊根據(jù)發(fā)動機(jī)溫度的不同把發(fā)動機(jī)分成四個(gè)模塊，汽缸、發(fā)動機(jī)本體、發(fā)動機(jī)外附件和發(fā)動機(jī)頂蓋。發(fā)動機(jī)的燃燒熱可以通過發(fā)動機(jī)本體的熱傳導(dǎo)，通過冷卻液帶走，或者通過對流或輻射等方式帶走，發(fā)動機(jī)冷卻液是發(fā)動機(jī)溫度調(diào)節(jié)界質(zhì)，用戶可以設(shè)置冷卻調(diào)節(jié)溫度。 電機(jī)模型 電機(jī)應(yīng)高效率、低損耗，才使得 HEV 具有最優(yōu)化的能量利用，并在車輛減速時(shí)，再生制動回收的能量與總能量的比例得到提高。電機(jī)還應(yīng)有高可靠性，用以滿足 一些特殊的邊界條件，并且還要結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜等。常用的電機(jī)基本特性比較如下表22 所示 [7]，經(jīng)過綜合比較，選用交流異步感應(yīng)電機(jī)。目前，在電力傳動中大約有90%的機(jī)械使用交流異步電機(jī)。 表 22 常用電機(jī)基本特性 直流電機(jī) 交流單機(jī) 永磁電機(jī) 開關(guān)磁阻電機(jī) 功率密度 低 中 高 較高 過載能力（ %） 200 300— 500 300 300— 500 峰值效率 85— 89 94— 95 95— 97 90 負(fù)荷效率 80— 87 90— 92 85— 97 78— 86 功率因數(shù) 82— 85 90— 93 60— 65 恒功率區(qū) 1:5 1: 1:3 轉(zhuǎn)速范圍（ rpm） 4000— 6000 12021— 20210 4000— 10000 15000 可靠性 一般 好 優(yōu)良 好 結(jié)構(gòu)堅(jiān)固性 差 好 優(yōu)良 好 電機(jī)外形尺寸 大 中 小 小 電機(jī)質(zhì)量 重 中 輕 輕 和發(fā)動機(jī)建模方法相似的，電機(jī)也采用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的建模方法。電機(jī)模型的輸入輸 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁 出變量見下圖 25。 rmcT_ amcT_ ressP_ aessP_ rmc_? amc_? 圖 25 電機(jī)模型 其中： amcrmc TT __ 、 為電機(jī)需求轉(zhuǎn)矩和輸出轉(zhuǎn)矩（ ）； aessress PP __ 、 為電機(jī)對電池的需求功率和電池提供的輸出功率（ W）； amcrmc __ ?? 、 為電機(jī)需求角速度和輸出角速度（ rad/s）。 與發(fā)動機(jī)的模型相 同 ， 電 機(jī) 最 大 轉(zhuǎn) 矩 )(max_ mcmc fT ?? ；而電機(jī)效率),( mcmcmc Tf ?? ? ；上兩式 )(?f 為帶插值功能的一維、二維查表函數(shù)。 電機(jī)作為并聯(lián)混合動力轎車的關(guān)鍵部件，我們結(jié)合對整個(gè)動力系統(tǒng)的分析與實(shí)際情況選擇額定功率 10kW 的三項(xiàng)異步交流電機(jī)。電機(jī)模型如圖 26 所示。電機(jī)的效率曲線如圖 27所示。 圖 26 電 機(jī)仿真模塊 電機(jī) 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁 圖 27 電機(jī)仿真模塊的效率曲線 電池模型 目前常用的動力電池包括鉛酸電池、鎳氫電池、鈉硫電池、鋰離子電池等，表23。 為各蓄電池的性能對比，其中鉛酸電池技術(shù)最成熟、成本最低、但能量密度小、壽命短、動態(tài)特性較差；鈉硫電池的功率密度較小，同時(shí)安全系數(shù)偏低；鋰離子電池各方面性能皆較優(yōu)，但目前成本過高。因此，鎳氫電池是并聯(lián)混合動力汽車現(xiàn)階段最優(yōu)的選擇。 ADVISOR 中電池模型是針對鎳氫電池進(jìn)行的建模。 表 23各蓄電池性能對比 性能 種類 能量密度 比能量 比功率 循環(huán)壽命（次） 價(jià)格 （相對） 商品化程度 鉛酸電池 90 35 150 500 100 大量生產(chǎn) 鎳氫電池 130170 6070 150300 6001200 400 較大量生產(chǎn) 鋰離子電池 140200 90130 8001200 8001200 1000 試生產(chǎn) 在傳遞和能量電池系統(tǒng)的是非的電化學(xué)過程，因此在混合動力汽車的所有部件中該模型是最復(fù)雜的。常見的鎳氫電池模型有等效內(nèi)阻（ Rint）模型和阻容模型 [8]。等效內(nèi)阻（ Rint）模型將電池組視為一個(gè)理想電壓源和一 個(gè)內(nèi)阻串聯(lián)的等效電路，屬于一階模型，如圖 28所示。而阻容模型則將電池組視為兩個(gè)電容和三個(gè)電阻組成的電路，屬于二階模型，如圖 29所示。相比較而言，阻容模型更能精確反映電池的充放電特性，但由于該模型狀態(tài)觀測器的設(shè)計(jì)較為困難，因此，多數(shù)情況下不采用阻容模型，而采用簡單的內(nèi)阻模型。電池建模采用與發(fā)動機(jī)建模相同的方法，電池模型的輸入輸出關(guān)系如圖 210 所示，輸入為初始荷電狀態(tài)值 0SOC 、要求電池的電功率 aessP_ ，輸出為電池荷電狀態(tài)系數(shù) SOC 和電池的實(shí)際電功率 ressP_ 。 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁 圖 28等效內(nèi)阻（ Rint）模型 圖 29 阻容模型等效電路 實(shí)驗(yàn)表明，只要電池工作溫度不過高或過低，溫度對電池特性的影響并不顯著，因此本仿真中采用了需要參數(shù)較少的但是不能模擬電池的動態(tài)過程的等效內(nèi)阻（ Rint）模型。等效內(nèi)阻（ Rint）模型只考慮了由于電池內(nèi)阻引起的能量損失，其中電池的內(nèi)阻 Rint 隨著充放電過程及 電流的大小而變化。 SOC0 SOC aessP_ ressP_ 210 電池模型 對于等效內(nèi)阻（ Rint）模型，有 IRUU OC ?? 其中： U 為負(fù)載電壓（ V）； OCU 為電池開路電壓（ V），在電流為零時(shí)即為電池電動勢； I 為充放電電流（ A），充電時(shí)電流為負(fù)，放電時(shí)電流為正； R 為電池內(nèi)阻（ ? ）。 電池的內(nèi)阻值是 SOC、 溫度和充放電狀態(tài)的函數(shù)，按下式求得： ),( ?? ITSOCfR ess （ 26） 其中， SOC為電池的荷電狀態(tài)值； esT 為電池的溫度（℃）； ?I 為充放電狀態(tài)。 電池的開路電壓一般受眾多內(nèi)外部因素的影響，但主要受電池 SOC 值的影響。 因此本文中電池模型的開路電壓 )(VUOC ，僅是 SOC 的函數(shù)，即： )(SOCfUOC ? （ 27） 以上兩式中 )(?f 為帶插值功能的二維、一維查表函數(shù)，電池的充、放電內(nèi)阻和SOC、溫度的關(guān)系以及電池開路電壓和 SOC 的關(guān)系都是根據(jù)試 驗(yàn)數(shù)據(jù)建立的查表關(guān)系。 鎳氫電池的容量特性受很多因素的影響（溫度、電池結(jié)構(gòu)、制造工藝等）在保證一定精度的前提下，通常為研究方便，引進(jìn)微積分的思想，設(shè)當(dāng)前仿真時(shí)間步長內(nèi)電池的充放電電流近似恒定，則電池的容量特性簡化為 Peukert 方程： 電池模型 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁 tICI ?? （ 28） 其中： IC 為以恒定電流 I 放 電時(shí)的電池容量（ Ah）； I 為電池的放電電流（ A）； t 為放電時(shí)間（ h）； ? 為電池 Peukert 試驗(yàn)常數(shù)，對于鎳氫電池一般取 ? =。 電池 SOC 的估算，一直是電池管理系統(tǒng)研究的重大難題，本文電池模型 SOC 的估算，采用安時(shí)累計(jì)法： copus eSO CSO C ?? 0 （ 29） 其中： 0SOC 為初始荷電狀態(tài)值； copQ 為電池的安時(shí)容量； useQ 為用掉的電量。 計(jì)算方法如下： ??????????tesstessco pu seIIdtIIdt00)0()0(1?? （ 210） 其中 ess? 為電池效率。 而電池的效率，定義為放電輸出的電能與充電輸入電池的電能之比。影響電池效率的主要因素有電池內(nèi)部狀態(tài)、電池工作溫度、電池的充放電電流和電池的 SOC。由于電池的內(nèi)部狀態(tài)非常復(fù)雜，很難通過試驗(yàn)精確測量，而溫度的影響需要有特殊的試驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行考察，因此電池效率模型忽略了電池內(nèi)部狀態(tài)和溫度因素的影響，僅考慮電池充放電電流和 SOC 對效率的影響即： ),( ISOCfess ?? （ 211） 其中： I 為電池的工作電流（ A）； )(?f 為帶插值功能的二維查表函數(shù)。 電池仿真模塊如圖 211。 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁 圖 211 電池仿真模塊 車輪模型 在 ADVISOR2021 版本中采用了新的輪胎滾動阻力模型（如圖 212），輪胎的滾動阻力數(shù)據(jù)來自于米其林美國發(fā)展與研究機(jī)構(gòu)基于 SAE J2452 的試驗(yàn)結(jié)果。對混合動力轎車輪胎進(jìn)行分析的輪胎模型由下式構(gòu)成： tired ru md ru md ru mrf la trrrrrFFcvbvaZPF?????,2