【導(dǎo)讀】驅(qū)動(dòng)行駛的車輛。它與傳統(tǒng)燃油汽車的主要區(qū)別在其環(huán)保性和節(jié)能性，有著廣闊的發(fā)展應(yīng)。論文對(duì)電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)等方面進(jìn)行了研究。著重分析了燃料電池和超級(jí)電。容的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)而提出將燃料電池作為主能源，超級(jí)電容為輔助能源的觀點(diǎn)。性與優(yōu)異性，此類電動(dòng)汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性較好地符合設(shè)計(jì)要求。

　　

【正文】 計(jì)算的過程， ADVISOR 可以選擇 MATLAB 和優(yōu)化軟件 VisualDOC 作為計(jì)算引擎（ Solution Engine） ，車輛的加速度性能和爬坡能力作為約束條件，設(shè)計(jì)變量包括發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、能源儲(chǔ)存系統(tǒng)中充電電池的數(shù)目和電動(dòng)機(jī)的功率等。優(yōu)化目標(biāo)包括最小化部件的 尺寸 、 車輛的質(zhì)量 以及 最大化城市 /公路混合燃料經(jīng)濟(jì)性。通常 VisualDOC 的優(yōu)化計(jì)算能力比 MATLAB 更強(qiáng)大， ADVISOR 軟件 僅提供演示版本的 VisualDOC,它最多可計(jì)算 5 個(gè)設(shè)計(jì)變量和 20 個(gè)約束的優(yōu)化問題。 ? 比例計(jì)算功能（ Scale） 武漢工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ）說明書 21 因?yàn)橛脩粼谠O(shè)計(jì)新部件時(shí)通常缺少現(xiàn)成的參數(shù)值，所以必須選擇一個(gè)已經(jīng)存在的某部件的初始化文件的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，比例計(jì)算出新部件的參數(shù)值。目前 ADVISOR 提供了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的比例計(jì)算功能，它是以發(fā)動(dòng)機(jī)的缸徑和行程作為比例因子來計(jì)算的。 3) 設(shè)計(jì)控制策略 ADVISOR 提供了六 種控制策略 模板 ，包括：并行電動(dòng)輔助（ Parallel ElectricAssist）、自適應(yīng)控制策略（ Adaptive Control Strategy）、模糊邏輯控制策略（ Fuzzy Logic Control Strategy）、本田 Insight 等。用戶可以通過直接使用這六種控制策略 模板 決定自己的控制策略，也可以通過在 SMULINK 中輸入控制策略的模型與使用 GUI 修改參數(shù)來設(shè)計(jì)自己的控制策略。此外， 還可以使用 MATLAB 和 VisualDOC 作為優(yōu)化引擎，來優(yōu)化控制策略的控制參數(shù)（ Optisize cs vars）。它以最小化 CO 、 HC 、 XNO 、 PM 等有害氣體的排放量和最大燃料經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo) ，對(duì)能源儲(chǔ)存系統(tǒng)的荷電狀態(tài)上限（ cs_hi_soc）和荷電狀態(tài)下限（ cs_lo_soc）等八個(gè)控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，用戶可以動(dòng)態(tài)觀察到優(yōu)化疊代過程中控制參數(shù)值的變化情況。 在 ADVISOR 中定義車輛仿真參數(shù)的界面如圖 33 所示。 圖 33 車輛仿真參數(shù)定義界面 (2) 運(yùn)行仿真 運(yùn)行仿真前用戶可以選擇性的定義如下仿真項(xiàng) 目 [13]： 武漢工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ）說明書 22 1) 選擇仿真工況 ： ADVISOR 提供了道路循環(huán)（ Drive Cycle） 、多重循環(huán)（ Multiple Cycles）和測(cè)試過程（ Test Procedure）三種仿真工況來仿真車輛的性能。 其中，道路循環(huán)提供 了 CYCECE、 CYCFTP 和 CYC1015 等 56 種國外標(biāo)準(zhǔn)的道路循環(huán)供用戶選擇，另外提供子行程設(shè)計(jì)器 (TripBullder)， 可以將多達(dá) 八 種不同的道路循環(huán)任意組合在一起，綜合仿真車輛的性能 。多重循環(huán)功能可以用批處理的方式以相同的初始條件，快速計(jì)算和保存不同的道路循環(huán)情況下的仿真結(jié)果，并將它們顯示在一起，供用戶進(jìn)行比較。測(cè)試過程包括 TESTCITYHWY 和 TESTFTP 等 八 種國外標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試過程供用戶選擇仿 真 。 2) 加速度性 能仿真： 該功能可以仿真以下車輛性能 ： 三組從初速度加速到末速度所需要的最短時(shí)間 ， 某一時(shí)間段內(nèi)車輛行駛的最大距離 ， 行駛某一段距離所需要的最短時(shí)間、最大加速度和最大速度。 3) 爬坡能力仿真： 在設(shè)置車輛速度、持續(xù)時(shí)間、質(zhì)量和多能源動(dòng)力系統(tǒng)等參數(shù)后，可以仿真出車輛在給定速度下的爬坡 性能。 4) 參數(shù)研究 ： 該功能可以選擇一至三個(gè)部件參數(shù)，在三維坐標(biāo)圖上用不同的顏色代表不同數(shù)值的方式，來分析這些參數(shù)對(duì)車輛的燃料經(jīng)濟(jì)性和有害氣體排放等性能的影響。 5) 計(jì)算輔助電器的負(fù)荷： 該功能可以計(jì)算車輛上輔助電器的能源消耗。這些電 器設(shè)備包括除霜設(shè)備、收音機(jī)和照明設(shè)備等。用戶定義這些設(shè)備的電流 /電壓特性和與道路循環(huán)相關(guān)聯(lián)的使用時(shí)間等數(shù)據(jù)后，就可以仿真出輔助電器的負(fù)荷。 6) 交互式仿真 該功能由 仿真 系統(tǒng)控制 (Simulation Contro1 System)、車輛控制與顯示(Vehicle Control Sand Display)和仿真輸出 (Simulation Outputs)三部分組成，它支持實(shí)時(shí)地輸入道路循環(huán) (drive cycle)和動(dòng)態(tài)顯示每個(gè)仿真計(jì)算步長(zhǎng)的結(jié)果 。 系統(tǒng)控制部分負(fù)責(zé)控制仿真速度和動(dòng)態(tài)輸入當(dāng)前仿真時(shí)間步長(zhǎng)的道路循環(huán)，它包括請(qǐng)求速度和坡度。車輛控制與顯示部分模擬顯示出車輛內(nèi)部發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表、車輛速度表 (即“實(shí)際速度”，相對(duì)于“請(qǐng)求速度”而言 )、燃油表、能源儲(chǔ)存系統(tǒng)的 SOC 表、加速踏板和換擋開關(guān)等儀表和控制開關(guān)的動(dòng)態(tài)變化， 用可視化的形式輸出仿真結(jié)果。仿真輸出部分在動(dòng)態(tài)顯示車輛的運(yùn)動(dòng)圖像 的同時(shí)，還在各種部件的特性曲線圖中顯示當(dāng)前工作點(diǎn)的位置。 (3) 分析仿真結(jié)果 ADVISOR 的仿真結(jié)果包括 ： 1) 仿真參數(shù)圖 (Parametric Results Figure)： 它能同時(shí)顯示任意 4 組部件參數(shù)隨仿真時(shí)間的變化情況。 武漢工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ）說明書 23 2) 仿真報(bào)告 (Results Figure)： 它包括燃料消耗率、行駛距離、有害氣體排放速度和爬坡能力報(bào)告。 3) 能源消耗圖 (Energy Use Figure)： 它報(bào)告各個(gè)部件在 工作 模式 (POW MODE)和能量再生模式 (REGENMODE)下的輸入能量、輸出能量、損失量和 效率。 4) 比較仿真 (Compare Simulation)： 該功能可以同時(shí)打開八個(gè)仿真結(jié)果文和測(cè)試數(shù)據(jù)文件，將它們顯示在同一幅坐標(biāo)圖上進(jìn)行比較。另外提供了條形 (Barchart)和極坐標(biāo)圖(Spider Plot)兩種方式進(jìn)行比較。 5) 重放 (Replay)功能 ： 在可視化的 GUI 上動(dòng)態(tài)顯示仿真結(jié)果，其界面與 交 互式仿真的 GUI 相同。 機(jī)車供電系統(tǒng) 分析 由于 ADVISOR 軟件未提供超級(jí)電容與燃料電池一起作為能量源的電動(dòng)汽車模型，在此仿真的電動(dòng)汽車以燃料電池作為主能量源，該電動(dòng)汽車的參數(shù)定義如下圖 34 所示。 圖 34 電動(dòng)汽車參數(shù)定義界面 電動(dòng)汽車的 SIMULINK 模型 如圖 35 所示。 武漢工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ）說明書 24 圖 35電動(dòng)汽車 SIMULINK 模型 由圖 35 可知，該電動(dòng)汽車由燃料電池堆供能。 如圖 34 電動(dòng)汽車參數(shù)定義界面所示，該定義界面左下角有燃料電池轉(zhuǎn)換器、電機(jī)控制器、儲(chǔ)存能量的圖形。 圖 36 燃料電池 SOC 值與瞬時(shí)功率的關(guān)系 如圖 36 所示，燃料電池的瞬時(shí)功率隨著其 SOC 值的增加而不斷變大。 但是當(dāng)燃料電池的 SOC 值為 時(shí)，其瞬時(shí)功率的斜率最大。 武漢工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ）說明書 25 圖 37 燃料電池 SOC 值與電壓的關(guān)系 State of Charge 簡(jiǎn)稱 SOC 值，燃料電池 SOC 值 表示 電池充電程度 。如上圖所示：燃料電池的 SOC 值 與 電壓的大小基本上成正比的關(guān)系。 圖 38 電 機(jī) 扭矩 效率圖 如圖 38 所示， 電動(dòng)機(jī)的 扭 矩與電動(dòng)機(jī)的速度有一定的關(guān)系，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的速度低于2021rpm 時(shí)，電動(dòng)機(jī)的 扭 矩 基本保持不變，隨著電動(dòng)機(jī)速度的增加，其 扭 矩 會(huì)逐漸下降 。對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)，當(dāng)需求 扭 矩 大于實(shí)際轉(zhuǎn)矩時(shí)，車輛表現(xiàn)為加速行駛；當(dāng)需求 扭 矩 等于實(shí)際 扭 矩 時(shí)，車輛表現(xiàn)為勻速行駛；當(dāng)需求 扭 矩 小于實(shí)際 扭 矩 時(shí)，車輛表現(xiàn)為減速行駛；當(dāng)需求 扭 矩 小于零時(shí)，車輛進(jìn)入減速制動(dòng)狀 態(tài)。 其中 燃料電池的效率圖 如圖 39 所示 。 武漢工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ）說明書 26 圖 39燃料電池效率圖 如上圖 39 所示，橫坐標(biāo)為燃料電池輸出功率，縱坐標(biāo)為燃料電池效率。由 圖可知，燃料電池的轉(zhuǎn)換效率很高，特別在輸出功率為 2030KW 時(shí)，燃料電池的效率達(dá)到了 60%，但是當(dāng)燃料電池的輸出功率較低時(shí)燃料電池的效率也較低，當(dāng)燃料電池的輸出功率超過30KW 時(shí)，隨著輸出功率的提高，燃料電池的效率會(huì)逐漸降 低 。 電動(dòng)汽車作為一種交通工具必須具有較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性，以適應(yīng)不同的路況正常行駛，同時(shí)在上坡、下坡、加速、減速、轉(zhuǎn)彎、起停。制動(dòng)等情況下 控制 系統(tǒng)要能提供 機(jī)車所需要的穩(wěn)定的功率，這顯然與燃料電池的效率圖相矛盾。如果有另一種電源與燃料電池同時(shí)給電動(dòng)汽車供能，使得燃料電池始終處于最高效率工作狀態(tài)，這對(duì)能源的充分利用有很大的幫助。從前文的分析可知用超級(jí)電容作為輔助能源是一個(gè)不錯(cuò)的選擇 ， 在啟動(dòng)、加速或爬坡 等重載情況下，超級(jí)電容補(bǔ)充峰值功率，與燃料電池一起向母線上供電 ， 在負(fù)載較輕時(shí)由 燃料電池提供輸出功率 ，在電機(jī)制動(dòng)時(shí)，回饋的能 量 可以 由 超級(jí)電容吸收，這樣實(shí)現(xiàn) 了能量的充 分利用 ， 進(jìn)一步論證了 由 燃料電池 和 超級(jí)電容共同給機(jī)車 供能 的 可操作性 和對(duì)能源的高效性。 武漢工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ）說明書 27 第四章 全文總結(jié)與研究展望 全文總結(jié) 本文主要立足于當(dāng)前的能源危機(jī)和環(huán)境問題，一改傳統(tǒng)汽車主要有燃油 供 能，提出了一種 由燃料電池和超級(jí)電容共同 供 能的電動(dòng)汽車設(shè)想，其中燃料電池為主要能源，超級(jí)電容為輔助能源?，F(xiàn)將全文的主要研究點(diǎn)歸納如下： (1) 首先介紹當(dāng)今世界各國燃料電池汽車、超級(jí)電容的發(fā)展?fàn)顩r、為什么會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)汽車研發(fā)熱，以及這類汽車優(yōu)缺點(diǎn)。 (2) 以燃料電池和超級(jí)電容為能源 的 汽車各有其優(yōu)缺點(diǎn)，為了較好的結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)，提 出基于燃料電池和超級(jí)電容的電動(dòng)汽車。分析燃料電池和超級(jí)電容的供能 特性，采取 將燃料電池作為主能源，超級(jí)電容作為輔助能源的方案 ， 并分析基于燃料電池和超級(jí)電容的電動(dòng)汽車的各部分組成，以及 CAN 總線連接方式。 (3) 最后基于 ADVISOR 仿真軟件建立了基于燃料電池的電動(dòng)汽車仿真模型，并選擇合適的工況對(duì)其性能進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明由燃料電池和超級(jí)電容共同供能的電動(dòng)汽車具有較好的動(dòng)力性能和效率特性 ， 并討論了實(shí)際行駛過程中會(huì)出現(xiàn) 的 一些 因素 對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)力性能和效率的影響 。 從總體上來看，本文提出的 由 燃料電池和超級(jí)電容聯(lián)合供能的電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)方案、動(dòng)力系統(tǒng)方案以及相應(yīng)的開發(fā)設(shè)計(jì)方案比較符合實(shí)際 ，對(duì)開發(fā)出高水平的電動(dòng)汽車有較好的實(shí)用價(jià)值。 今后的研究展望 基于燃料電池和超級(jí)電容的電動(dòng)汽車技術(shù)是一個(gè)比較新的領(lǐng)域，存在著許多技術(shù)問題有待解決。由于論文研究時(shí)間和作者學(xué)術(shù)水平的有限，作者認(rèn)為在以下幾個(gè)方面還需做進(jìn)一步的研究： (1) 對(duì)于純氫的制備以及儲(chǔ)存問題有待研究。 (2) 進(jìn)一步完善動(dòng)力系統(tǒng)主要部件的數(shù)學(xué)模型和系統(tǒng)仿真模型，以便更加準(zhǔn)確地分析系統(tǒng)性能和各種影響因素。 (3) 進(jìn)一步開發(fā)和完善基于 CAN 總線的車載網(wǎng)絡(luò)的軟硬件系統(tǒng)，并使之能夠廣泛 適用 于各種場(chǎng)合，為將來制定相關(guān)技術(shù)規(guī)范做技術(shù)儲(chǔ)備。 武漢工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ）說明書 28 (4) 研究燃料電池和超級(jí)電容電動(dòng)汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的實(shí)驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)體系，結(jié)合我國道路行駛狀況的驅(qū)動(dòng)循環(huán)工況，對(duì)基于燃料電池和超級(jí)電容的電動(dòng)汽車進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 收獲與體會(huì) 繁瑣的事情 ， 經(jīng)過 一個(gè)多月的 艱苦奮斗， 設(shè)計(jì) 成果終于要出來了，我 才 松了一口氣，俗話說： “ 萬事開頭難 ” 這話一點(diǎn)也不假 。 回想當(dāng)初確定這個(gè) 課題 ，還是挺茫然的 ， 不知怎下手。 查找 資料也是一件 不容易的事， 雖說網(wǎng)上有資料但要找到一些真正有用的資料也不是一件容易的事，需要耐心查找。 終于到了設(shè)計(jì)的時(shí)候了，花了整整十幾天，終于完成了設(shè)計(jì)，不過仿真 的時(shí)候卻發(fā)現(xiàn)結(jié)果和想的有所不同，通過反復(fù)修改才得出了需要的設(shè)計(jì)。這次的設(shè)計(jì) 讓我們?cè)鲩L(zhǎng)了實(shí)踐技能，這些對(duì)于我們真是受益匪淺。最后，我們覺得，不 經(jīng)歷 風(fēng)雨，怎么能見彩虹 ！ 我 把體會(huì)用十個(gè)字概括：天下無難事，只怕有心人 。 一次又一次的學(xué)習(xí) 、 探索 ，慢慢地 體會(huì)，研究和感悟，終于開始領(lǐng)會(huì)到將近成功的那一份喜悅，從撰寫開 題 報(bào)告，查找資料， 仿真 ，到整理 每一個(gè)仿真結(jié)果 ，我學(xué)會(huì)了細(xì)心和耐心，也品嘗到了酸、甜、苦、辣，無數(shù)的成功與失敗更加肯定了我的研究成果。興趣是自發(fā)形成的，而默契是慢慢培養(yǎng)出來的 。 當(dāng)前的社會(huì)，科技迅速發(fā)展 ，知識(shí)更 新速度大大加快， 我們 要 共同去探索，用自己的雙手去征服每一片天空，用我們新的力量去打造一片創(chuàng)新的領(lǐng)域。 武漢工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ）說明書 29 致 謝 本次設(shè)計(jì)中，指導(dǎo)教師 胡為兵 給了我認(rèn)真的指導(dǎo)，幫助我解決了許多設(shè)計(jì)中遇到的難題，老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S方法、認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度令我敬佩，是我學(xué)習(xí)的榜樣。在胡 老師指導(dǎo)下 、 同學(xué)們的幫助下我順利 地 完成了 本 次畢業(yè)設(shè)計(jì)，在此向他們表示最誠摯的謝意 ！ 感謝我的班主任王春麗 老師在這四年來對(duì)我生活上和 思想上的嚴(yán)格要求 ,激勵(lì)我不斷前進(jìn)。 感謝我的家人 ,多年來是他們?cè)诒澈竽闹С趾凸膭?lì)著我 ,他們希翼的目光 永遠(yuǎn)是我堅(jiān)定前行不懈的動(dòng)力 ， 他們憔悴的面容永遠(yuǎn)是我刻苦奮斗的力量源泉 ,祝愿你們身體健康、平安、幸福。 雄關(guān)漫道錚如鐵，而今邁步從頭越。學(xué)習(xí)的道路沒有止境，只有不