【導讀】除文中已經注明引用的內容外，本論文（設計）不包含任何其。他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的作品成果。對本人實驗或設計中做出。重要貢獻的個人或集體，均已在文中以明確的方式注明。識到本承諾書的法律結果由本人承擔。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型的中間產物，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。動機之間的耦合控制直接關系到整車性能的好壞。本文把動力耦合裝置簡化為一。機和動力電池之間的轉速、轉矩和功率耦合。在此基礎上，提出了一種由行星齒。為了驗證此種耦合裝置對提高整車動力性和經濟性的效果，進行了整車仿真。首先通過積分變化建立了動力系統(tǒng)的數學模型；然后在matlab/simulink. 滿足人們日常使用的需要。

　　

【正文】 （ 38） 式中 mＱ 為電池的額定容量，單位 hA? ，當電池對外放電時 ）（ tI 為正，當外界對電池充電時 ）（ tI 為負。 同理轉換到對距離的積分， soc 表達式為 mas00 u I ( s ) O CS O C Ｑ?? ? (39) 汽車行駛動力學模型 在對汽車進行使用性能分析時離不開對汽車的動力系統(tǒng)進行建模，建模過程中最關心的是車輛速度、發(fā)動機轉速和動力系統(tǒng)需求轉矩之間的關系。汽車動力學建模涉及到一系列復雜的非線性方程，本文只研究控制策略的設計及動力性和經濟性評價，所以車輛動力學模型只涉及到縱向動力學模型，并不涉及車輛振動和行駛的操縱穩(wěn)定性。在忽略地面?zhèn)认蛄囕嗱寗恿Φ挠绊憰r ，通常把車輛簡化為線性系統(tǒng)，僅僅考慮車輛受到的行駛阻力來建立車輛的縱向行駛方程式： wjift FFFFF ???? （ 310） 式中： tF 驅動時為牽引力，單位 N ； fF 為滾動阻力，單 位 N ； iF 為爬坡阻力，單位 N ； wF 為空氣阻力，單位 N ； jF 為加速阻力，單位 N 。 阻力系數和路面坡度：取決于輪胎負載、滾動滾動阻力 fF ?cosmgfFf ? （ 311） 式中的 g 為重力加速度，單位 2/sm ； ? 為坡度角，單 rad 位。 空氣阻力 wF 用以下公式計算： 2adw uACF ??? （ 312） 車質量和路面坡度：爬坡阻力主要取決于汽 ?sinmgFi ? （ 313） 20 的質量和加速度： 決于整車動時的慣性力，主要取駛時克服其質量加速運加速阻力是汽車加速行 dtdumFj ?? （ 313） 轉換為對距離的積分，則有： dsdumuF aj ?? ? (314) 22202 111 riiImr Im tgfw ?? ??? ? (315) 式中： dtdu 為汽車加速度，單位 sm/ ； 為車輪的轉動慣量wI ； 為飛輪的轉動慣量；fI 其中 ? 車輛旋轉質量換算系數。 可得到對距離積分的的汽車行駛方程式： dsdumumguACmg fF aadt i o s 2 ??? ???? (316) 汽車驅動輪上的需求轉矩為 rdsdumumguACmg frFT aadtr ??????? ) i o s( 2 ??? (317) 把傳動效率和傳動系的速比考慮之后，可以得到需要發(fā)動機或者電機輸出的轉矩 為： tgrt iiTT ?0? (318) 把上式帶入即有： tgaadt iirdsdumumguACm gfT????02 ) i os( ????? (319) ：與發(fā)動機轉速的關系為根據傳動關系得到車速 ga iirnu? (320) 21 第四章 插電式混合動力汽車驅動系統(tǒng)控制策略研究 插電式混合動力汽車既有傳統(tǒng)車輛的發(fā)動機、變速器、驅動橋，又有電動機、功率轉換器、動力電池組和動力耦合部件組成，是一個集中了機械、電氣、液力、化學和熱力學經典應用復合而成的一個非線性動態(tài)系統(tǒng)。為了使各個部件之間協(xié)調運轉，獲得良好的動力性、燃料經濟性和排放性能，就需要制定合理的能量控制策略，使能量流、信息流和物質流能夠高效協(xié)調工作，使插電式混合動力汽車的雙動力得到高 效合理的利用，充分發(fā)揮其 零排放低油耗 的獨特優(yōu)勢。 為了較好的闡述動力耦合裝置在插電式混合動力汽車能量控制方面的作用，首先就要對插電式混合動力車輛的控制策略進行研究，然后選擇合適的控制策略對車輛在交替轉速和轉矩的耦合方式整車的動力性和經濟性進行仿真分析，進而更加深入的解釋動力耦合裝置在整車控制中的巨大作用。 插電式混合動力車輛 控制策略概述 隨著國內外學者對插電式混合動力車輛研究的日益加深，對其控制策略的研究也逐漸深入，目前比較常用的控制方法主要分為以下幾種：模糊邏輯控制策略、神經網絡控制策略、基于規(guī)則 的邏輯門限值控制策略、自適應控制策略。 （ 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)則去運行。該控制策略的核心就是模糊控制器，由模糊規(guī)則庫、推理過程、變量模糊化過程和去模糊化過程組成。模糊邏輯控制過程中先將由傳感器收集到的各個參數信號進行模糊化處理，然后應用模糊規(guī)則庫制定的相關經驗規(guī)則，對模糊量進行比較判斷，從而在模糊規(guī)則下得出模糊結論，最后把得到的模糊結論進行去模糊化處理，轉換為需要控制的精確變量信息，進而對車輛發(fā) 出控制指令。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、建立科學的模糊規(guī)則尚有待完善，由于控制規(guī)律對于多變系統(tǒng)不能自動調整，系統(tǒng)動態(tài)性能較差。 （ 2）神經網絡控制策略 神經網絡控制是一種新興的控制方法，它是把仿生學與數學、控制理論以及計算機相互結合的一種智能控制策略。這種方法以生物學中的神經細胞的網絡傳遞過程為特征，通過信息分布式存儲和數據的并行處理來實現控制過程，模擬人的大腦處理信息的方式來進行信息整合處理，具有一定的自學能力 ，因而自適應能力比較好，而且具有很好的非線性逼近能力。但這種方法由于通過并行處理數據，在自學習之后無法直觀的變現輸入與輸出的關系，對外輸出的控制信號具有一定的不確定性，不能保證輸出結果的可控。 （ 3）基于規(guī)則的邏輯門限值控制策略 邏輯門限值控制策略是一種基于確定邏輯規(guī)則的控制方法，主要思想是根據發(fā)動機效率的 Map 圖，通過選擇幾個變量參數如整車驅動時的需求功率、發(fā)動機工作轉速、動力電池的 SOC 等作為門限值，并根據預先設定的規(guī)則，來判斷選擇合適的混合動力系統(tǒng)的工作模式，確定發(fā)動機和動力電池組之間的能量分 配關系，進而使車輛運行在高效區(qū)。該控制策略簡單有效，開發(fā)周期短，實用性強，同時可以結合其他先進的控制算法，因而得到廣泛地應用，但是在制定規(guī)則的時 22 主要依靠設計人員的工程經驗，沒有充分考慮各個具體部件的動態(tài)變化情況，系統(tǒng)無法達到最優(yōu)的效果。 （ 4）自適應控制策略 自適應控制策略是一種基于瞬時優(yōu)化方法的控制策略，可以通過識別外界環(huán)境的變化來調整控制參數，自動校正控制動作，從而使能量損失最少，達到理想的控制效果。在混合動力車輛的具體應用中，該方法主要是對發(fā)動機的萬有特性曲線進行優(yōu)化控制，根據實際工況對燃料經濟性和排 放性能的要求，構建關于轉速和轉矩的目標函數，通過最優(yōu)化理論，求出對應于最小燃料經濟性和排放性能的轉速和轉矩變化范圍，從而控制發(fā)動機運行在最經濟的區(qū)域 [2225]。 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充充電的優(yōu)勢，獲得較好的燃料經濟性和排放性能，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)。本文就是通過對車速的蓄電池的荷電狀態(tài)的適時控制，進而調節(jié)加速踏板，鎖止行星齒輪機構，從而達到車輛在轉矩耦合和轉速耦合的交替控制，實現最佳的純電動續(xù)駛里程。 插電式混合動力汽車電池組工作模式分析 插電式混合動力汽車具有外部充電插口，可以在家庭電網或者公共設施站點進行補充充電，比傳統(tǒng)的油電混合動力汽車具有更高的電池容量，能夠具有較長純電動續(xù)駛里程。就其工作過程動力電池是否直接參與驅動而言，可以把動力電池組的工作模式劃分為電量消耗（ Charge Dissipate）模式和電量保持（ Charge Stay）模式，其中電量消耗模式過程中是否有發(fā)動機參與，又可以分為純電動和混合驅動兩種模式。為了使車輛具有理想 的動力性、燃料經濟性和排放性能，需要制定比較合理的能量管理策略，平穩(wěn)切換車輛的工作模式，能滿足車輛當前驅動功率，使動力電池組保持在比較合理的荷電狀態(tài)。 電量消耗模式 在動力電池完成一個充電周期之后，動力電池電量充足，可以提供很大的驅動力矩，此時插電式混合動力車輛可以僅靠動力電池組驅動或在發(fā)動機和動力電池組共同驅動下工作，在這個過程中動力電池的電量不斷消耗，一直下降到動力電池組能夠保持額定壽命的允許值時，動力電池才停止向電動機供電，這種工作模式即為電量消耗模式。如圖 和圖 的左邊部分所示，這 個過程中根據發(fā)動機是否參與驅動，又可以分為純電動模式（ AllElectric Mode）和混合驅動模式（ Blended Mode）。 在純電動模式中，發(fā)動機處于關閉狀態(tài)，動力電池組為車輛提供所有的能量，車輛由電動機單獨驅動，可以實現零排放。一般混合動力車輛的電機功率比較大，可以滿足在城市工況下的低速行駛，如果車輛在高速大負荷條件下運轉，動力電池通過電動機輸送給驅動橋的功率可能不能滿足汽車所需的動力性要求，故此種策略適合在短途低速的城市工況條件下使用。 23 圖 PHEV 純電動模式運行特性 在混合驅動 模式中，發(fā)動機和電動機都參與驅動車輛。如果車輛行駛過程中所需要的大部分能量由發(fā)動機來提供，電動機只是用來平衡發(fā)動機運行過程中負載的波動，此時就是以發(fā)動機為主導的控制策略。如果行駛過程中電動機提供車輛行駛所需的大部分功率，發(fā)動機始終運行在一個經濟區(qū)域，此時是以電機為主導的控制模式。插電式混合動力汽車具有外接充電的插口，而且動力電池容量比較大，一般都會選用以電機為主導的控制策略。如圖 所示，動力電池的電量SOC 也處于下降的狀態(tài)，但是由于發(fā)動機輔助作用，下降的速度比純電動模式下慢，因此當 SOC 下降到規(guī)定值時的 行駛里程也比純電動模式多。 圖 PHEV 混合驅動模式運行特性 24 電量保持模式 當車輛運行一段時間或駛過一定里程之后，動力電池的電量會逐漸降低到一個較小的值，此時為了防止電池過度放電和保證車輛行駛所需要的功率，動力電池會停止向電機供電，由發(fā)動機來驅動，車輛就進入了電量保持階段。如圖 和圖 右邊部分所示。在電量保持模式中，發(fā)動機提供整車所需的全部功率，動力電池的 soc 會保持在一個比較穩(wěn)定的值（一般是 左 右），在發(fā)動機的功率富余時，會通過電機向動力電池補充充電。 PHEV 動力驅動控制策略 對插電式混合動力車輛的驅動控制策略的研究主要是確定車輛主要是由動力電池還是發(fā)動機為車輛提供動力。本文根據動力電池的 SOC 和車輛的行駛車速把車輛的運行狀態(tài)分為以下九個區(qū)域，每個區(qū)域中注明了相應的驅動模式，如下圖 所示。其中動力電池的荷電狀態(tài)的上限設為 SOCH=50%， SOC 的下限設為 SOCL=30%。根據城市運行工況的特點把車速的上限設為 VH=80 km/h，車速的下限設為 VL=40 km/h。 圖 PHEV 驅動模式圖 實際運行工作中，需要對車輛的運行狀態(tài)進行判斷，為了使插電式混合動力車輛的優(yōu)勢充分發(fā)揮，盡可能的提高車輛的燃料經濟性和排放性能，對發(fā)動機的轉速范圍進行了界定分析，通過萬有特性曲線找到了發(fā)動機的經濟運行區(qū)，在工作的過程中盡可能使發(fā)動機工作在最低燃油消耗點附近，本文通過插值法得到發(fā)動機的經濟轉速范圍是 20xxr/min~4000r/min。制定了如圖 的驅動過程流程圖，其中 Pm 為電動機功率， Pe 為發(fā)動機輸出的功率， Pt 為車輛行駛過程中所需的驅動功率， Pch 是動力電池補充充電功率。 25 圖 PHEV 驅動控制策略流程圖 26 第五章 PHEV 動力耦合系統(tǒng)仿真分析 通過對轉矩和轉速交替耦合控制過程以及插電式混合動力汽車動力電池和發(fā)動機的工作模式的分析，對插電式混合動力車輛動力耦合裝置的動力傳遞路徑和控制方法有了比較直觀的了解，汽車是個復雜的機電液一體的非線性時變系統(tǒng)，要清楚知道車輛的動力性和經濟性的好壞，需要進行實車道路循環(huán)實驗，比較車輛的百公里燃油消耗量、百米加速時間或者最大爬坡度等來定量評價。但是實車實驗耗費時間比較長，成本費用較大，而且道路條件復雜，實際操 作比較困難，本文僅從理論研究的角度出發(fā)，通過整車仿真的方法來分析車輛的動力性和經濟