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淺析混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車控制策略-文庫吧資料

2024-09-07 17:56本頁面
  

【正文】 電池組、電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng); 3)正常行駛時(shí),由發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輛前驅(qū)動(dòng)軸; 4)全節(jié)氣門開度加速時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)和兩個(gè)電動(dòng)機(jī)同時(shí)工作用于提供車輛驅(qū)動(dòng)行駛功率; 5)減速/制動(dòng)時(shí),電動(dòng)機(jī)以發(fā)電機(jī)模式工作,實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng); 6)電池組充電模式,在車輛正常行駛過程中,當(dāng)電池組電量偏低時(shí),應(yīng)對(duì)電池組進(jìn)行補(bǔ)充充電; 桂 林 航 天 工 業(yè) 院 第 15 頁 共 25 頁 7)四輪驅(qū)動(dòng),若前驅(qū)動(dòng)軸出現(xiàn)打滑時(shí),與該驅(qū)動(dòng)軸相連的電動(dòng)機(jī)以發(fā)電機(jī)模式工作,吸收發(fā)動(dòng) 機(jī)的部分輸出能量,并轉(zhuǎn)化為電能輸出到與后驅(qū)動(dòng)軸相連的電動(dòng)機(jī),由電池組實(shí)現(xiàn)功率流之間的分配調(diào)整。 模糊控制是把模糊數(shù)學(xué)理論應(yīng)用于自動(dòng)控制領(lǐng)域 , 從而產(chǎn)生的控制方法稱為模糊控制方法,模糊控制有其優(yōu)點(diǎn),主要表現(xiàn)為: 1 無需預(yù)先知道被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型; 2 容易學(xué)習(xí)和掌握模糊邏輯控制方法 (規(guī)則由人的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來、以條件語句表示 ); 3 有利于人機(jī)對(duì)話和系統(tǒng)知識(shí)處理 (以人的語言形式表示控制知識(shí) )。 傳統(tǒng)的控制理論對(duì)于明確系統(tǒng)有強(qiáng)而有力的控制能力,但對(duì)于過于復(fù)雜或難以精確描述的系統(tǒng) , 則顯得無能為力。在傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域里 , 控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模式的精確與否是影響控制優(yōu)劣的最主要關(guān)鍵,系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的信息越詳細(xì),貝 U 越能達(dá)到精確控制的目的。 桂 林 航 天 工 業(yè) 院 第 14 頁 共 25 頁 4 混聯(lián)式 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 控制策略概述 混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 的 控制策略 混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)車在結(jié)構(gòu)上集成了串聯(lián)與并聯(lián)系統(tǒng),其制方法在同樣也可充分利用它們各種控制方法的優(yōu)點(diǎn)。此時(shí)車輛并不是串聯(lián)式或者并聯(lián)式 , 而是介于串聯(lián)和并聯(lián)之間,充分利用兩種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)。動(dòng)力從發(fā)動(dòng)機(jī)輸出到與其 相連的行星架,行星架將一部分轉(zhuǎn)矩傳送到發(fā)電機(jī) , 另一部分傳送到電動(dòng)機(jī)并輸出到驅(qū)動(dòng)軸。但是這種布置方式將會(huì)比單純的串聯(lián)式或并聯(lián)式增加更多的零部件,導(dǎo)致整車的尺寸增大和復(fù)雜程度增加。 一種可能的設(shè)計(jì)方式是將串聯(lián)式和并聯(lián)式的所有部件用一個(gè)離合器連接起來,使車輛在某種情況下以串聯(lián)式工作 , 在另一種情況下則以并聯(lián)式工作。 混聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是串聯(lián)式與并聯(lián)式的綜合,它的結(jié)構(gòu)形式和控制方式充分 發(fā)揮了兩種驅(qū)動(dòng)形式各自的優(yōu)點(diǎn)。 桂 林 航 天 工 業(yè) 院 第 13 頁 共 25 頁 圖 33 豐田 Lexus RX400h混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理 該車包含了 4個(gè)動(dòng)力源:發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、前輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和后輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī),前 3個(gè)動(dòng)力源通過行星齒輪連接起來構(gòu)成多能源的藕合驅(qū)動(dòng)。下面就以豐田 2020年最新推出的 Lexus RX400h為例,介紹混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng) 汽車結(jié)構(gòu)和控制策略特點(diǎn)。但這種布置方式將會(huì)比單純的串聯(lián)式或并聯(lián)式增加更多的零部件,導(dǎo)致整車的尺寸增大和復(fù)雜程度增加。種可能的設(shè)計(jì)方式是將串聯(lián)式和并聯(lián)式的所有部件用一離合器連接起來,使車輛在某種情況下以串聯(lián)式工作,在另一種情況下則以并聯(lián)式工作。目前也有將發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)直接同軸串聯(lián)的新結(jié)構(gòu)出現(xiàn),它通過磁場(chǎng)疊加原理完成動(dòng)力復(fù)合,省略了機(jī)械動(dòng)力復(fù)合裝置。國內(nèi)外對(duì)并聯(lián)式的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車精力投入較其它兩種形式要多,并且出現(xiàn)了多種并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車控制策略。 圖 31 串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)原理 并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu) 及工作原理 ( 1) 并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu) 并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車采用發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩套獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),可以采用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、電力驅(qū)動(dòng)或混合驅(qū)動(dòng) 3種工作模式。本章主要以介紹混聯(lián)式電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)與工作原理為主??刂撇呗缘闹贫ㄊ腔旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車開發(fā)的關(guān)鍵,因?yàn)槠渲苯佑绊懼芰吭谲囕v內(nèi)部的流動(dòng)及整車的性能。根據(jù)動(dòng)力源的數(shù)量及動(dòng)力傳遞方式的不同,分為串聯(lián)型、并聯(lián)型和混聯(lián)型;根據(jù)行駛前后蓄電池組的荷電狀態(tài) (SOC)變化情況,混合動(dòng)力電動(dòng)汽車可分為電量維持型和電量消耗型兩種;根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式的不同,分為發(fā)動(dòng)機(jī)開/關(guān)模式和發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行模式;根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)是否布置在同一軸線上,分為單軸式和雙軸式。 混聯(lián)式 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車分類 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車是指采用兩種動(dòng)力源作為動(dòng)力裝置的汽車, HEV至少有一種能量存儲(chǔ)器、能量源或能量轉(zhuǎn)化器可以傳遞電能。 ( b)降低發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)排放 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車可采用電動(dòng)起步,當(dāng)車速達(dá)到預(yù)定值或車輛負(fù)荷達(dá)到預(yù)定水平時(shí)才啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī) , 盡量使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在遠(yuǎn)離排放差的區(qū)域;采用功率小的發(fā)動(dòng)機(jī)意味著混合動(dòng)力車輛比起傳統(tǒng)車輛來,在常見負(fù)荷下,可在較高的額定功率桂 林 航 天 工 業(yè) 院 第 10 頁 共 25 頁 下 工作,效率更高、污染最??;動(dòng)力電池的功率緩沖能力可使發(fā)動(dòng)機(jī)縮短冷啟動(dòng)時(shí)間,從而減少整車?yán)鋯?dòng)是的排放。這種混合動(dòng)力電動(dòng)汽車在進(jìn)入車輛和人口密集的城市中心時(shí),可以關(guān)閉其發(fā)動(dòng)機(jī)以純電動(dòng)方式工作,達(dá)到零排放,到了郊區(qū)時(shí)可重新啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。 混聯(lián)式 混合動(dòng)力 電動(dòng) 汽車的排放問題 在控制排放方面,混合動(dòng)力電動(dòng)汽車有若干優(yōu)點(diǎn),降低排排放的主要途徑如下。 3 在汽車制動(dòng)時(shí) , 控制電機(jī)以發(fā)電機(jī)模式工作進(jìn)行回饋制動(dòng),將汽車的動(dòng)能或勢(shì)能部分回收。 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車相比傳統(tǒng) ICE 汽車之所以節(jié)油,主要結(jié)合上述在以下方面有所改進(jìn): 1 作為動(dòng)力裝 置的發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸有所減小。當(dāng)車輛需最大輸出功率時(shí),電動(dòng)機(jī)可給發(fā)桂 林 航 天 工 業(yè) 院 第 9 頁 共 25 頁 動(dòng)機(jī)提供輔助動(dòng)力,因此發(fā)動(dòng)機(jī)功率可選擇較小,燃料經(jīng)濟(jì)性比串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車好。 4)電動(dòng)機(jī)可獨(dú)立驅(qū)動(dòng)車輛行駛。 2)有多種工作模式,節(jié)能最佳,有害氣體排放達(dá)到“超低污染”。 3)與并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車相比,增加了電能的傳輸路線。 混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的特點(diǎn) 混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 與串聯(lián)式和并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車比較,混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下: 1)將串聯(lián)式混合動(dòng)力 電動(dòng)汽車和并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車相結(jié)合,具有兩者的優(yōu)點(diǎn) 。將產(chǎn)生動(dòng)力的部件與電能儲(chǔ)存元件與不同的方式結(jié)合起來,可以形成不同類型的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。人們?cè)絹碓疥P(guān)注其他燃料的汽車和電動(dòng)汽車的開發(fā),電動(dòng)汽車成為最主要的選擇之一。 桂 林 航 天 工 業(yè) 院 第 8 頁 共 25 頁 2 混聯(lián)式 混合 動(dòng)力 電動(dòng) 汽 車的概述 混聯(lián)式混合動(dòng)力 動(dòng)力 電動(dòng) 汽 車 概念 汽車己與人們的日常生活和生產(chǎn)密不可分。當(dāng)前世界汽車產(chǎn)業(yè)己經(jīng)進(jìn)入成熟發(fā)展期,隨著世界汽車保有量的越來越大 , 而減少汽車尾氣排放 , 不僅關(guān)系到氣候變化 , 同時(shí)也是未來汽車企業(yè)增加競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段,誰能占據(jù)主動(dòng) , 誰就可能成為行業(yè)的領(lǐng)跑者。所以說,為了達(dá)到新的標(biāo)準(zhǔn),各大汽車生產(chǎn)商必需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、排氣系統(tǒng)和控制策略等進(jìn)行改造,以及對(duì)燃料進(jìn)行深入的環(huán)保研究 , 最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。也就是說, 8 年之后 , 歐盟行駛的各類汽車 , 氮氧化物排放量將比現(xiàn)在減 少三分之二以上。以柴油車為例,歐洲 4 號(hào)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 , 柴油小客車的氮氧化物排放量為每公里 250毫克以下,載重卡車為 390毫克以下 , 而歐洲 5號(hào)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此的限制分別為 180毫克和 280毫克。 雖然,國外 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 技術(shù)成熟、設(shè) 備先進(jìn)。 德國公司生產(chǎn)的并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)車 Duo己小批量生產(chǎn) , 因?yàn)榈聡鴮?shí)施了新的汽車排放標(biāo)準(zhǔn) , 所以人們把目光更多的寄托在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車身上。 歐洲,最具代表的 HEV是法國的 Berlinge,在性價(jià)比上能與一般汽車相抗衡, 代表了國際實(shí)用先進(jìn)水平。 在 1999 年末,本田公司在日本、美國等國陸續(xù)開始銷售的小型混合動(dòng)力轎車 Insight就被美國環(huán)保總署評(píng)為 2020 年美國十大節(jié)能汽車的第一名,實(shí)現(xiàn)了 35km / L的低油耗和 80g / km的低 CO2 排放量。美國政府于 1997 年 與克萊斯勒公司、福特公司和通用汽車公司 合作,實(shí)施新型汽車合作計(jì)劃 (PNGV), 該計(jì)劃制定的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車開發(fā)的目標(biāo)是: 2020年進(jìn)行試驗(yàn)性推廣, 2020年達(dá)到全面商業(yè)化生產(chǎn)。這種情況造成國內(nèi)大部分汽車廠商的尷尬局面 , 所以研究在排放標(biāo)準(zhǔn)的前提下,對(duì) 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 進(jìn)行系統(tǒng)的研究使其具有良好的動(dòng)力以及燃油經(jīng)濟(jì)性能己經(jīng)到了迫在眉睫的時(shí)候了。國 III 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后,上述車型將暫時(shí)推出市場(chǎng),但是其中只有小部分車型會(huì)停產(chǎn),大部分車型還 是會(huì)經(jīng)過廠家對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的升級(jí)后重新回到市場(chǎng)。我國的 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 只是在原 油汽車上簡(jiǎn)單地加載發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)組,由于缺乏高度自動(dòng)化的控制系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng) ,其結(jié)果 造成兩種動(dòng)力源只是簡(jiǎn)單結(jié)合,缺乏統(tǒng)一協(xié)調(diào)。研制的混 ISG型混合動(dòng)力轎車 SC7130(玲羊 )轎車的平臺(tái)上開發(fā),最高時(shí)速可達(dá) 160Km/h,加速性能與同檔次的傳統(tǒng)汽車相當(dāng),續(xù)駛里程大于 500Km,最大爬坡度 25%,節(jié)油 30%。我國自主開發(fā)的 HEV要求節(jié)油率達(dá)到 30%以上,已在幾個(gè)城市投入示范線路。為應(yīng)對(duì)能源緊缺問題問題,實(shí)現(xiàn)社會(huì)可持續(xù)性發(fā)展 , 我國政府很早就開始重視清潔高效汽車技術(shù)的開發(fā)。從目前的情況看,國外各大汽車生產(chǎn)廠商可能會(huì)從 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 發(fā)動(dòng)機(jī)、排氣系統(tǒng)和控制策略等綜合因素進(jìn)行考慮,從而達(dá)到更加嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn),最終實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)的升級(jí);國內(nèi)汽車廠商由于技 術(shù)和設(shè)備等原因,最可能會(huì)對(duì)原有車用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改造,已讓整車滿足國 III 標(biāo)準(zhǔn),或者是更新?lián)Q代,推出下一代汽車。此外,從 2020 至 2020 年,歐洲汽車尾氣排放控制將逐漸過渡到更加嚴(yán)格的歐洲 6 號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。比如在歐洲,根據(jù)歐洲議會(huì) 2020 年底表決通過的歐盟委員會(huì)的一項(xiàng)規(guī)定,從 2020 年 9 月 1 日起,歐盟銷售和行駛的民用車輛包括以柴油為燃料的汽車 , 都要執(zhí)行歐洲 5 號(hào)尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)。 另一方面, 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 在降低汽車有害排放方面的貢獻(xiàn)是顯而易見桂 林 航 天 工 業(yè) 院 第 5 頁 共 25 頁 的 , 然而隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)力度的加大,更嚴(yán)格的汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)運(yùn)而生。 據(jù)統(tǒng)計(jì) , 在占 80% 以上的道路條件下,一輛普通汽車僅利用了動(dòng)力潛能的40%,在走走停停的繁華市區(qū)甚至還會(huì)降到 25%。其中,混合動(dòng)力 電動(dòng) 汽車就是最杰出的代表 成果之一。近幾年 , 隨著 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HEV)技術(shù)發(fā)展 , 使得 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 有效地克服了傳統(tǒng)汽車與純電動(dòng)汽車 (EV)的缺點(diǎn)并兼顧了兩者的優(yōu)點(diǎn),在世界范圍內(nèi)已成為新型車輛開發(fā)的熱點(diǎn),并且在降低汽車有害排放和燃油消耗方面的潛力已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 的研究始于上世界 90 年代。 類型 燃油消耗 續(xù)駛里程 排放 電池壽命 加油站 改造 成本 傳統(tǒng) 汽車 100 100 100 100 EV 0 3050 0 100 3
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