【導讀】據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計）不包含其他個人已。經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本論文（設(shè)計）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均。已在文中作了明確說明并表示謝意。（設(shè)計）的電子版和紙質(zhì)版。有權(quán)將論文（設(shè)計）用于非贏利目的的。少量復制并允許論文（設(shè)計）進入學校圖書館被查閱。保密的論文（設(shè)計）在解密后適用?；旌蟿恿ζ嚱陙戆l(fā)展迅速，并已經(jīng)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。在30年內(nèi)都是汽車工業(yè)最切實可行的解決能源和污染問題的途徑。行速度低，起停頻繁，且長時間怠速，導致其燃油經(jīng)濟性差，排放高。合動力碼頭牽引車后，其節(jié)油減排效果較其它車輛更為明顯。本文利用汽車相關(guān)。不僅可以節(jié)省大量開發(fā)費用，而且提高了復雜系統(tǒng)的系統(tǒng)級優(yōu)化水平。選擇及參數(shù)匹配，從而確定最優(yōu)方案和主要參數(shù)，并及早發(fā)現(xiàn)問題加以避免。在研發(fā)過程中分析仿真與試驗同樣重要，都具有不可替代的作用，通過實

　　

【正文】 天津工程師范學院 20xx 屆本科畢業(yè)生論文 26 4 串聯(lián)式混合動力碼頭車 總成 控制 策略 控制系統(tǒng) 的功能 1． 使混合動力碼頭車的動力性 能能夠達到或接近現(xiàn)代碼頭牽引車的水平，逐步實現(xiàn)混合動力碼頭牽引車的實用化。 2．最大限度地發(fā)揮了電動機驅(qū)動 的輔助作用，使混合動力碼頭車的燃油消耗量盡量降低，實現(xiàn)發(fā)動機的節(jié)能化。 ，達到“超低污染”的環(huán)保標準。 ，混合動力碼頭車關(guān)鍵的控制技術(shù)，是對內(nèi)燃機驅(qū)動系統(tǒng) 和對電動機驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)雙重控制。發(fā)動機與電動機的動力系統(tǒng)應進行最有效的組合和實現(xiàn)最佳匹配，發(fā)動機和驅(qū)動系統(tǒng)，電動機和驅(qū)動系統(tǒng)都能具有高效率，能夠回收再生制動能量，延長混合動力碼頭車的行駛里程，改進混合動力碼頭車的節(jié)能性。 ，適應駕駛員的 操作習慣，使操作簡單化和規(guī)范化。在整車控制系統(tǒng)中 ，采用全自動、機電一體化控制系統(tǒng)，達到安全、可靠、節(jié)能、環(huán)保和靈活的目的。 、車身附件和電子、電氣設(shè)備等應盡可能配備現(xiàn)代技術(shù)設(shè)備，要求混合動力汽車達到或接近內(nèi)燃機汽車所具有的水平。 控制系統(tǒng)的組成 混合動力 汽車一般是內(nèi)燃機汽車的替代和延伸，繼承和沿用了很大一部分內(nèi)燃機汽車的傳動系統(tǒng)，保留了人們已經(jīng)習慣的內(nèi)燃機汽車的操縱裝置，包括發(fā)動機控制裝置加速踏板（控制發(fā)動機的節(jié)氣門和電動機）、制動踏板（控制制動反饋和機械式 ABS制動）、離合器 、制動離合器、變速器的操縱裝置等。由于這些操縱裝置發(fā)出控制信號，通過以計算機 CPU 為核心的中央控制器和各種控制模塊，向內(nèi)燃機的驅(qū)動系統(tǒng)或電動機驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)出單獨驅(qū)動指令或混合驅(qū)動指令，來獲得不同的驅(qū)動模式按照駕駛員的意圖，實現(xiàn)混合動力汽車的啟動、行駛、加速、爬坡、減速、怠速和制動時的驅(qū)動模式轉(zhuǎn)換的控制 ［１１］ 。 混合動力汽車控制系統(tǒng)的基本組成： （ 1）能源管理控制系統(tǒng)：由操縱裝置、中央控制器和各種控制模塊共同組成。 （ 2）發(fā)動機和驅(qū)動系統(tǒng)：發(fā)動機和發(fā)動機驅(qū)動控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。 （ 3）電動機和驅(qū)動系統(tǒng)：電動機 和電動機驅(qū)動控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。 （ 4）信號反饋及檢測裝置：包括各電量檢測裝置（電壓表、電流表等）、顯示裝置和自診斷系統(tǒng)等。 天津工程師范學院 20xx 屆本科畢業(yè)生論文 27 串聯(lián)式混合動力碼頭牽引車動力系統(tǒng)和驅(qū)動力控制系統(tǒng)是由動力電池組、電流轉(zhuǎn)換器（逆變器）、發(fā)電機 — 發(fā)電機組和驅(qū)動電動機以及一些電器和線路共同組成。因此混合動力碼頭牽引車的關(guān)鍵是對動力電池組、發(fā)動機 — 發(fā)電機組、驅(qū)動電動機的控制或智能控制。 在串聯(lián)式混合動力碼頭牽引車運行時時，中央控制器的多能源動力總成管理模塊，對動力電池組的充、放電，動力電池組中每個電池狀態(tài)進行監(jiān)控 和檢查。鎳 — 氫電池組由中央控制器中的電池管理模塊進行控制，當動力電池組的電能下降到 40%時，立即自動啟動柴油機 — 發(fā)電機組進行發(fā)電，并使動力電池組恢復到 50%的充電狀態(tài)。發(fā)動機采取啟動 — 關(guān)閉的控制方式控制柴油機 — 發(fā)電機組發(fā)電，發(fā)動機保持在最佳效率范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)，由于碼頭車上發(fā)動機轉(zhuǎn)速比較低，而且是平穩(wěn)地連續(xù)運轉(zhuǎn)，在排氣系統(tǒng)中采用了三元催化劑，對排放氣體進行凈化處理，有害氣體排放量大大減少，噪音也有所降低，動力性能好等特點。 2．操縱系統(tǒng) 當駕駛員踩下加速踏板時，加速踏板行程量轉(zhuǎn)換為電能信號輸入中央控制器，經(jīng)過計算 機計算并通過多能源動力總成控制模塊，向碼頭車驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)出相應的指令。根據(jù)車輛的狀態(tài)，確定發(fā)動機的啟動或關(guān)閉，并根據(jù)電池管理系統(tǒng)模塊反饋的信息，指令柴油機 — 發(fā)電機組發(fā)電，補充動力電池組的電量等。 當駕駛員踩下制動踏板時，制動踏板行程量轉(zhuǎn)換為電能信號輸入中央控制器，經(jīng)計算機計算并通過多能源動力總成控制模塊，電動機轉(zhuǎn)換為發(fā)電機，回收再生制動反饋的能量。 在串聯(lián)式混合動力碼頭牽引車上對電動機控制系統(tǒng)的目標，是貫徹保證車輛的安全、節(jié)能、環(huán)保和通信等方面原則，對碼頭車的動力系統(tǒng)、車身、底盤和車載電 子、電氣設(shè)備進行全方位的自動控制。因此對混合動力碼頭車智能化控制與智能汽車通用，但串聯(lián)式混合動力碼頭車的特點，就在于動力系統(tǒng)與內(nèi)燃機汽車動力系統(tǒng)有本質(zhì)的區(qū)別。在混合動力碼頭車上是采用電源 — 電源轉(zhuǎn)換器 — 驅(qū)動電動機的動力系統(tǒng)，是屬于電力驅(qū)動技術(shù)范疇，因此，對混合動力汽車驅(qū)動電動機的控制和智能控制的研究，是混合動力汽車的關(guān)鍵技術(shù)。 串聯(lián)式混合動力碼頭牽引車采用三相交流異步感應電動機，因為三相交流異步感應電動機不能直接使用直流電源，另外，三相異步感應電動機具有非線性輸出的特性。因此，在采用三相異步感應電動機時，需要 應用逆變器中的功率半導體交換器件。串聯(lián)式混合動力碼頭牽引車采用矢量控制變頻器，它的原理是將交流電機定子電流矢量，按矢量交換規(guī)律由三相變?yōu)閮上?，在控制中同時對定子電流的幅值和相位進行控天津工程師范學院 20xx 屆本科畢業(yè)生論文 28 制，也就是對定子電流矢量的控制。 矢量控制方式可以對交流電動機進行高性能的控制，采用矢量控制方式不僅使交流電動機在調(diào)速范圍內(nèi)可以達到直流電動機的水平，而且可以控制交流電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。矢量控制方式一般需要準確地掌握所控制的電動機的性能參數(shù)，因此需要變頻器與專用電機配套使用。新型矢量控制增加了自調(diào)整功能，自調(diào)整矢量控制方式在電動機 正常運轉(zhuǎn)之前，自動對電動機的運轉(zhuǎn)參數(shù)進行辨識，并根據(jù)辨識情況調(diào)整和計控制算中的有關(guān)參數(shù)，使得自調(diào)整矢量控制方式應用更加廣泛。 串聯(lián)式混合動力碼頭牽引車的三相交流異步感應電動機采用矢量控制， 基速以下恒 轉(zhuǎn) 矩 輸出 ，基速以上恒功率 輸出。 4．發(fā)動機的控制系統(tǒng) 開發(fā)混合動力碼頭牽引車的目的就是解決節(jié)能和環(huán)保問題，因此混合動力碼頭車必須圍繞著節(jié)能和環(huán)保來選擇所需要的發(fā)動機，發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和排放是選擇發(fā)動機的基本內(nèi)容。 串聯(lián)式混合動力碼頭牽引車的發(fā)動機采取啟動 — 關(guān)閉的控制方式控制柴油機 —發(fā)電機組發(fā)電，發(fā)動機保持在 最佳效率范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)，由于碼頭車上發(fā)動機轉(zhuǎn)速比較低，而且是平穩(wěn)地連續(xù)運轉(zhuǎn)，在排氣系統(tǒng)中采用了三元催化劑，對排放氣體進行凈化處理，有害氣體排放量大大減少，噪音也有所降低，動力性能好等特點。 5．動力電池組的管理系統(tǒng) 串聯(lián)式混合動力碼頭牽引車除動力電池組提供主要電源外，還有一個發(fā)動機 — 發(fā)電機組向動力電池組通過轉(zhuǎn)換器不斷地補充電能。 動力電池組管理系統(tǒng)要承擔動力電池組的全面管理，一方面保證動力電池組的正常工作，顯示動力電池組的動態(tài)響應并及時報警，使駕駛員隨時掌握動力電池組的情況；另一方面要對人身和車輛進行安全保護， 避免因電池引發(fā)的各種事故。 動力電池組管理系統(tǒng)一般采用先進的微處理器進行控制，通過標準通信接口和控制模塊對動力電池組進行管理：監(jiān)視動力電池組的雙向的總電壓和電流、動力電池組的溫升，并通過液晶顯示或其他顯示裝置，動態(tài)顯示總電壓、電流、溫升的變化，避免動力電池組過充電或過放電，使動力電池組不會受到認為的損壞。 能量流動模式 串聯(lián)式混合動力碼頭車各動力總成在不同的工作情況下有不同的能量流動模式，對其能量流動西歐哪個是的研究就是研究和制定 SHEV 動力總成控制策略的基礎(chǔ)。SHEV 動力總成系統(tǒng)根據(jù)實際運行 車速、負載工況以及電池的荷電狀態(tài) SOC（電池的剩余 電量容量的比值 ） 來選擇不同的運行模式，從而在滿足驅(qū)動田間的前提下盡量使發(fā)動機在理想狀態(tài)下工作，同時使電池也工作在規(guī)定范圍內(nèi) ［１２］ 。 天津工程師范學院 20xx 屆本科畢業(yè)生論文 29 當汽車啟動或空載行駛時，為了避開發(fā)動機的低效率工作區(qū)，此時主要由電池組供電，發(fā)動機停止工作，實現(xiàn)串聯(lián)式混合動力碼頭車的零排放。 — 電動機組單獨驅(qū)動模式 當汽車處于正常行駛時，如果此時發(fā)動機工作于高效率區(qū)，而且它提供的能量可以滿足汽車的需要，則采用這種驅(qū)動模式，此時發(fā)動機 — 電動機組發(fā)出的 電能能直接驅(qū)動電 動機，電動機在驅(qū)動車輪實現(xiàn)汽車行駛，發(fā)動機 — 電動機組輸出功率等于汽車負載功率。 在全負荷或重載工況下，當發(fā)動機的最大功率不足以滿足汽車的 需求時，則由電池組提供所需峰值功率，此時，汽車的負載功率等于發(fā) 動機 — 電動機組輸出功率和電池組吸收功率之和 ［１３］ 。 — 電動機組向電池組充電模式 當汽車行駛時 ，電池組的充電狀態(tài) SOC 低于預先設(shè)定的低限值，發(fā)動機的最大功率超過汽車需求，則需要發(fā)動機在提供汽車所需功率的同時向電池組充電，直到電池組 SOC 超過預先設(shè)定的高限值，發(fā)動機 — 發(fā)電機組輸出功率等于 汽車負荷功率和電池組吸收功率之和。 當汽車減速 /制動時電動機作為發(fā)動機運轉(zhuǎn)，把驅(qū)動輪的動能轉(zhuǎn)化為電能，并通過功率轉(zhuǎn)換器給蓄電池充電，用于回收再生制動能量，再生回收的動能單獨或和發(fā)電機組輸出的功率一起給電池組充電。 串聯(lián)式混合動力碼頭車 控制策略模型 恒溫器的控制策略模型 圖 41 為恒溫器控制策略 ［１４］ 的模型，從圖中可以看出，該控制策略與蓄電池SOC 值、需求發(fā)動機的功率、發(fā)動機前一工作狀態(tài)等參數(shù)有關(guān)，根據(jù)從功率總線向發(fā)動機的功率請求，計算出所需要的發(fā)動機的功率，從而滿足汽車驅(qū) 動和附屬設(shè)備的需求。 蓄電池的 SOC 值 ［１５］ 是控制發(fā)動機的一個重要的參數(shù)，根據(jù)汽車的不同工況直接控制 SOC 值。為了滿足汽車加速時具有足夠的電池功率， SOC 值不能下降太低。為了盡可能地吸收再生制定的能量，蓄電池的電量不能充的太足，當 SOC 值達到一個最大值時， APU 被關(guān)閉或者怠速狀態(tài)。當 SOC 低于某一個限值時， APU 應該開啟。當 SOC 非常低，低于最小值時， APU 應該以其最大功率工作，盡快給蓄電池充電。 天津工程師范學院 20xx 屆本科畢業(yè)生論文 30 圖 4— 1 恒溫器式控制策略的模型 圖 41中 1部分的功能是當 SOC 達到低限 cs_lo_soc［１６］ 時，發(fā)動機開； 2 部分表示的功能是如果發(fā)動機前一狀態(tài)是開的，那么發(fā)動機就保持開的狀態(tài)，直到電池SOC 達到高的限值 cs_hi_soc。到達最高限后發(fā)動機關(guān)閉。 3 部分的功能是使發(fā)動機在控制文件預先確定的最佳效率下的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩處工作。 功率跟隨控制策略模型 功率跟隨控制控制策略模型 ［１７］ 在 ADVISOR 中實現(xiàn)的主要作用是把路面的功率要求作為輸入，根據(jù)控制策略模塊的決策，輸出發(fā)動機的工作狀態(tài)（開或關(guān)）；如果發(fā)動機處于開狀態(tài)將如何控制發(fā)動機最佳的工作區(qū)。圖 42 為功率跟隨控制策略在ADVISOR 中建立的模型 。從圖中可以看出，要求發(fā)動機狀態(tài)是電池組 SOC 值的函數(shù)，用 SOC 來修正發(fā)動機的功率需求。 SOC 的修正過程為：首先估算需求的發(fā)動機輸出功率，用來滿足車輛驅(qū)動系統(tǒng)和附件的要求。同時，為了使電池的 SOC 值始終保持在其工作區(qū)間的中間位置，即 SOC 為 (cs_hi_soc+cs_lo_soc)/2，需要附加電池修正因子cs_charge_pwr*fc_spd_scale*fc_trq_scale*((cs_hi_soc+cs_lo_soc)/2SOC)。 圖 42 功率跟隨式控制模塊 串聯(lián)式混合動力碼頭車 發(fā)動機的控制策略 通過上述分析比較可以看出，兩種控制策略各有優(yōu)缺點，恒溫器控制策略中由于天津工程師范學院 20xx 屆本科畢業(yè)生論文 31 發(fā)動機不需要跟蹤路面負荷的瞬態(tài)變化而恒定工作，因此有利于降低 HEV 排放；功率隨控制策略中發(fā)動機沿著燃油經(jīng)濟性較好的曲線跟蹤路面功率的需求，因此有利于提高 HEV 的燃油經(jīng)濟性。為了實現(xiàn) 混合動力碼頭 車的主要設(shè)計任務，必須采用合理的控制策略對驅(qū)動系統(tǒng)進行綜合控制。具體來說就是兼顧發(fā)動機和電池的效率，實現(xiàn)整車效率最優(yōu)。也就是說，優(yōu)化的控制策略對驅(qū)動系統(tǒng)各部件的特性高度依賴。本文選擇的控制策略是把上述兩種模式結(jié)合起來，充分利用發(fā)動機 和電池的高效率區(qū)，使其達到整體效率最高。 發(fā)動機在 SOC 較低或負載功率較大時均會啟動；當負載功率較小且 SOC 高于預設(shè)的上限值時，發(fā)動機被關(guān)閉；在發(fā)動機關(guān)停之間設(shè)定了一定范圍的狀態(tài)保持區(qū)域，這 樣可以避免頻繁關(guān)停。發(fā)動機一旦起動便在相對經(jīng)濟的區(qū)域內(nèi)對電動機的負載功率進行跟蹤，當負載功率大于或小于發(fā)動機經(jīng)濟區(qū)域所能輸出的功率時，電池組可以通過充放電對該功率差額進行緩沖和補償。例如，當汽車加速和爬坡時，為了滿足車輪驅(qū)動功率要求，降低對蓄電池峰值功率要求，延長其工作壽命，可采用發(fā)動機跟隨模式；當汽車車輪功率要求低時 ，為了避免發(fā)動機低效率工況的發(fā)生，可以采用恒溫器模式，以提高整車系統(tǒng)的效率。 通過上面對兩種控制策略的詳細介紹，不難看出恒溫器控制策略也可以在功率跟隨控制策略中實現(xiàn)，在本文設(shè)計的控制策略中，就采用了這樣方法，使得恒溫器控制策略在功率跟隨控制策略中體現(xiàn)出來，把兩種控制策略結(jié)合起來，達到設(shè)計的目的。具體就是把恒溫器式控制策略嵌入到功率跟隨控制策略中，其控制策略框圖如圖 43所示。 其總體的原則如下 ［１９］ ： （ 1）當電池組的 SOC 值很高，并足以滿足汽車行駛時的路面功率需求時，就由電池組單獨驅(qū)動，發(fā)動機關(guān)閉。 （ 2）當汽車行駛時的路面功率需求較大，電池的組不能單獨滿足其要求，或者電池組的 SOC 值較低時，發(fā)動機都要開啟。 （ 3）發(fā)動機的輸出功率應該根據(jù)電池組的 SOC 值來調(diào)整，能夠使 SOC 處于其預 先設(shè)定的范