【導(dǎo)讀】界經(jīng)濟(jì)、科學(xué)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一的汽車業(yè)，也面臨著新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。消耗并降低有害氣體的排放，目前汽車業(yè)的發(fā)展方向?yàn)榛旌蟿恿ζ嚺c電動汽車。合動力汽車，能減少一定的燃油消耗，但是并不能徹底實(shí)現(xiàn)燃油替代。零油耗，零排放，但是續(xù)駛里程較短。因此，結(jié)合了兩者優(yōu)點(diǎn)，可通過外部電網(wǎng)充電的插。能為目標(biāo)，設(shè)計適合于城市工況的P-HEV客車動力系統(tǒng)，并設(shè)計適用于該客車的控制策略。與參數(shù)匹配，并在AVLCRUISE軟件中構(gòu)建P-HEV客車的整車模型。通過分析車輛在各個。工作模式下的能量流動，針對P-HEV客車的特點(diǎn)，設(shè)計基于規(guī)則的邏輯門限值的控制策略，CRUISE與MATLAB/SIMULINK的聯(lián)合仿真，檢驗(yàn)控制策略的效果。設(shè)計的P-HEV客車，在滿足動力性要求的基礎(chǔ)上，能量消耗明顯下降，尾氣排放明顯減少，

　　

【正文】 axm axm in grnV ii?? （ 210） 公式中得出， 0i =。 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?yán)碚?，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。 第二章 插電式混合動力客車動力系統(tǒng)設(shè)計與建模 18 PHEV 客車整車模型 在 Cruise 中建立新的工程模塊 new_Project，其下建立 ver 0001 表示第 1 個模型。如下圖 26。它包括以下模塊：車輛模塊，發(fā)動機(jī)模塊，電機(jī)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。 將各個模塊如下圖連接。然后連接數(shù)據(jù)總線，使得模塊間能夠互相傳遞數(shù)據(jù)，并使整個模型能夠與 MATLAB/SIMULINK 連接進(jìn)行聯(lián)合仿真。見圖 26。 圖 26 Cruise 整車模型 PHEV 客車動力系統(tǒng)主要模塊 用 ADVISOR 軟件建立整車的模型，修改相關(guān)參數(shù)，使得該整車模型，作為所需的數(shù)據(jù)參考模型。整車模型中，分別建立整車，發(fā)動機(jī)，電機(jī)，電池等 主要模塊。 發(fā)動機(jī)模塊 本例的發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)參考 ADVISOR中建立的 PHEB整車模型的發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)和 Cruise 中卡車模型的發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)。參數(shù)的設(shè)置見表 29。 19 表 29 發(fā)動機(jī)設(shè)計的參數(shù) Engine Type 發(fā)動機(jī)類型 Diesel 柴油機(jī) 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(zhuǎn)速 680 rpm Maximum Speed 最高轉(zhuǎn)速 3000 rpm Inertia Moment 轉(zhuǎn)動慣量 kg*m2 Response Time 響應(yīng)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(jī)的轉(zhuǎn)矩特性。 圖 27 發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性 第二章 插電式混合動力客車動力系統(tǒng)設(shè)計與建模 20 電動機(jī)模塊 本例的電動機(jī)數(shù)據(jù)參考 ADVISOR中建立的 PHEB整車模型的電動機(jī)數(shù)據(jù)和 Cruise 中卡車模型的電動機(jī)數(shù)據(jù)。參數(shù)的設(shè)置見表 210。 表 210 電動機(jī)設(shè)計的參數(shù) Type of Machine 電機(jī)類型 PSM 永磁同步電機(jī) Nominal Voltage 額定電壓 525 V Maximum Speed 最大轉(zhuǎn)速 4000 r/min Inertia Moment 轉(zhuǎn)動慣量 kg*m2 Mass of Machine 電機(jī)質(zhì)量 145 kg Initial Temperature 初始溫度 55℃ Maximum Temperture 最高溫度 125℃ Specific Heat Transition 傳熱比 2250 W/K Specific Heat Capacity 比熱容 430 J/kgK Layout Temperature 環(huán)境溫度 70 ℃ 下圖 28 為電動機(jī)的效率圖 圖 28 電動機(jī)的效率圖 21 電池模塊 動力電池組的選擇必須與所選電動機(jī)的性能參數(shù)匹配，本文所用的動力電池為鋰離子電池， 4 個單體電池組成一個電池模塊， 41 個電池模塊組成動力電池組。本例的動力電池組數(shù)據(jù)參考 ADVISOR 中建立的 PHEB 整車模型的電池數(shù)據(jù)和 Cruise 中 Hybrid2 模型的電池參數(shù)。 表 211 電池設(shè)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(zhì)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。 圖 29 鋰離子電池充電時的電壓變化 第二章 插電式混合動力客車動力系統(tǒng)設(shè)計與建模 22 整車模塊 在 AVL Cruise 里建立的整車的模塊，定義模塊的屬性?？傮w設(shè)計數(shù)據(jù)輸入如下表 28。 表 28 總體設(shè)計數(shù)據(jù) Gas Tank Volume 燃?xì)庀淙莘e 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(yàn)支點(diǎn)高度 100 mm Distance of Gravity Center of the vehicle dependent on the Load State 與負(fù)載相關(guān)汽車重心距離 Empty 6763 mm Half 6621 mm Full 6452mm Height of Gravity Center of the vehicle dependent on the Load State 與車輛負(fù)載狀態(tài)有關(guān)的車輛重心高度 Empty 1300 mm Half 1380 mm Full 1500 mm Height of Hitch dependent on the Load State 與負(fù)載狀態(tài)相關(guān)的掛鉤高度 Empty 500 mm Half 530 mm Full 590 mm Wheel Pressure Front Axle 前軸車輪壓力 Empty bar Half bar Full bar Wheel Pressure Rear Axle 后軸車輪壓力 Empty bar Half bar Full bar Curb Weight 整備質(zhì)量 10755kg Gross Weight 總質(zhì)量 18000 kg Frontal Area 迎風(fēng)面積 23 Drag Coefficient 阻力系數(shù) Lift Coefficient Front Axle 前軸升力系數(shù) Lift Coefficient Rear Axle 后軸升力系數(shù) 本章小結(jié) 本章主要介紹了基于一汽 CA6120URH1 的改裝成的 PHEV 客車的建模過程。主要計算設(shè)計了電動機(jī)，發(fā)動機(jī)，動力性電池以及傳動比等部件，并在 ADVISOR 軟件中建立整車參考模型，設(shè)置參數(shù)后導(dǎo)出需要的相關(guān)參數(shù)，然后根據(jù)參數(shù)以及有關(guān)資料，在 Cruise 軟件中建立整車模型，并設(shè)置有關(guān)參數(shù)，連接數(shù)據(jù)總線，設(shè)置循環(huán)工況條件等。為下一步的加入控制策略后的仿真工作做好準(zhǔn)備。第三章 PHEV 客車控制策略設(shè)計與建模 24 第三章 PHEV 客車控制策略設(shè)計與建模 PHEV 客車動力系統(tǒng)各工作模式下的能量流動 PHEV 的工作模式 根據(jù)車上電池荷電狀態(tài) SOC 的變化特點(diǎn)，可以將 PHEV 的工作模式分為電量消耗、電量保持和常規(guī)充電模式，其中電量消耗又分為純電動和混合動力兩種子模式，電量保持也分純電動、混合動力（電機(jī)輔助）和發(fā)動機(jī)驅(qū)動并充電三種子模式?！半娏肯囊患冸妱印?、“電量消耗一混合動力”和“電量保持”模式之間能夠根據(jù)整車管理策略進(jìn)行無縫切換，切換的主要判據(jù)是整車負(fù)荷需求和電池的荷電狀態(tài) SOC。 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(fù)荷需求，具體選擇純電動和混合動力兩種子模式。 在 “電量消耗一純電動 ”子模式中，發(fā)動機(jī)是關(guān)閉 的，電池是唯一的能量源，電池的荷電狀態(tài)將會降低，整車一般只達(dá)到部分動力性指標(biāo)。該模式適合于起動、低速和低負(fù)荷時應(yīng)用。見下圖 31。 表示能量流向 圖 31 電量維持 純電動的能量流向 在 “電量消耗一混合動力 ”子模式中，發(fā)動機(jī)和電機(jī)同時工作，電池提供整車功率需求的主要部分，電池的荷電狀態(tài)也在降低，若負(fù)荷要求高，則發(fā)動機(jī)高效區(qū)輸出為主，電機(jī)為輔直至電池的荷電狀態(tài)達(dá)到最小允許值。該模式適合高速，尤其是要求全面達(dá)到動力性指標(biāo)時采用。見下圖 32。 動力電池組 發(fā)動機(jī) 功率轉(zhuǎn)換器 電機(jī) 變速器 減速器 離合器 耦合器 動力電池組 發(fā)動機(jī) 功率轉(zhuǎn)換器 電機(jī) 變速器 減速器 離合器 耦合器 25 表示能量流向 圖 32 電量消耗 混合動力的能量流動 電量保持模式的能量流動 在電量保持模式下， PHEV的工作方式需要考慮發(fā)動機(jī)是否開啟。若發(fā)動機(jī)關(guān)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。若發(fā)動機(jī)開啟且 SOC 不低于，則與電量消耗 混合動力的能量流動一致。 若 SOC 低于 ，則發(fā)動機(jī)驅(qū)動并給電池充電。見下圖 33。 表示能量流向 圖 33 電量保持 發(fā)動機(jī)驅(qū)動并給電池充電 再生制動模式的能量流動 再生制動是指汽車在沒有負(fù)荷要求的狀態(tài)下，如果 SOC 低于 時，汽車通過制動回收部分動能轉(zhuǎn)化成電能儲存到電池之中。因?yàn)檫@部分能量是可再次利用的，所以稱之為再生制動。見下圖 34。 動力電池組 發(fā)動機(jī) 功率轉(zhuǎn)換器 電機(jī) 變速器 減速器 離合器 耦合器 動力電池組 發(fā)動機(jī) 功率轉(zhuǎn)換器 電機(jī) 變速器 減速器 離合器 耦合器 第三章 PHEV 客車控制策略設(shè)計與建模 26 表示能量流向 圖 34 再生制動的能量流向 PHEV 客車動力總成的控制策略 控制策略概述 基于規(guī)則的邏輯門限值插入式混合動力汽車的動力系統(tǒng)的控制策略，優(yōu)勢在于能利用電能，減少燃油消耗，具體有以下這些要求： SOC 允許的狀態(tài)下，使用電池的電量為主要的動力源； ，避免發(fā)動機(jī)頻繁的開閉； SOC 的值，避免出現(xiàn)過放電，而影響電池性能； 。 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(jī)，電機(jī)等）的工作模式。在不同的工作模式下，選擇不同的控制策略來合理的安排發(fā)動機(jī)與電機(jī)的動力輸出或者輸入（給電池充電），以滿足車輛的動力性與經(jīng)濟(jì)性要求。 本文采用的控制策略 控制策略的流程圖如下圖 35。 27 需 求 轉(zhuǎn) 矩 0S O C 0 . 8全 機(jī) 械制 動電 動 機(jī) 充 電 功 率滿 足 制 動 需 求再 生制 動再 生 制 動amp。機(jī) 械 制 動S O C 0 . 5電 量 消 耗模 式電 量 保 持模 式電 動 機(jī) 最 大 功 率滿 足 車 輛 需 求發(fā) 動 機(jī)啟 停發(fā) 動 機(jī)啟 停發(fā) 動 機(jī) 最 大 功 率滿 足 車 輛 需 求電 動 機(jī) 單獨(dú) 驅(qū) 動電 動 機(jī) 單獨(dú) 驅(qū) 動電 動 機(jī)發(fā) 動 機(jī) 聯(lián)合 驅(qū) 動S O C 0 . 3發(fā) 動 機(jī) 單獨(dú) 驅(qū) 動電 動 機(jī) 單獨(dú) 驅(qū) 動N ON ON OY E SY E SY E SY E SN ON OY E SY E SY E SN O發(fā) 動 機(jī) 單獨(dú) 驅(qū) 動發(fā) 動 機(jī)電 動 機(jī) 聯(lián)合 驅(qū) 動Y E SN ON OY E SN O控 制 判 斷圖 35 控制策略流程圖 下面詳細(xì)介紹本文的 PHEV 客車動力