畢業(yè)設(shè)計(jì)--插電式混合動(dòng)力電動(dòng)客車動(dòng)力系統(tǒng)控制策略設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）</b></p><p>　　論文（設(shè)計(jì)）題目 插電式混合動(dòng)力電動(dòng)客車動(dòng)力系統(tǒng)控制策略設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué) 院　　　　　</p><p><b>　　專　　業(yè)　　　　　</b></p><p>　　班　　級(jí)　　　　　 </p>

2、<p>　　姓 名　 　　　　　　　　　</p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師　　　　　　　　　 </p><p><b>　　2015 年 月日</b></p><p>　　插電式混合動(dòng)力電動(dòng)客車動(dòng)力系統(tǒng)控制策略設(shè)計(jì)</p>

3、;<p>　　摘要： 當(dāng)今世界，隨著經(jīng)濟(jì)、科技的高速發(fā)展，人們也日益意識(shí)到能源的問題。作為世界經(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。為了減少燃油的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?dòng)力汽車與電動(dòng)汽車。傳統(tǒng)混合動(dòng)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。而電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)了零油耗，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)充電的插電式混合動(dòng)力汽車（P

4、lug-in Hybrid Electric Vehicle，以下簡(jiǎn)稱P-HEV）成為了研究的熱點(diǎn)。</p><p>　　本文根據(jù)P-HEV技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，以滿足整車動(dòng)力性能和提高整車經(jīng)濟(jì)性能為目標(biāo)，設(shè)計(jì)適合于城市工況的P-HEV客車動(dòng)力系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)適用于該客車的控制策略。</p><p>　　本文首先進(jìn)行P-HEV客車動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、電池的選型與參數(shù)匹

5、配，并在AVL CRUISE軟件中構(gòu)建P-HEV客車的整車模型。通過分析車輛在各個(gè)工作模式下的能量流動(dòng)，針對(duì)P-HEV客車的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)基于規(guī)則的邏輯門限值的控制策略，在MATLAB/SIMULINK中建立P-HEV客車動(dòng)力系統(tǒng)控制策略的仿真模型。最后通過CRUISE與MATLAB/SIMULINK的聯(lián)合仿真，檢驗(yàn)控制策略的效果。仿真結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的P-HEV客車，在滿足動(dòng)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，達(dá)到設(shè)計(jì)

6、目標(biāo)。</p><p>　　關(guān)鍵字：插電式混合動(dòng)力；動(dòng)力系統(tǒng)；控制策略；CRUISE仿真；燃油經(jīng)濟(jì)性</p><p>　　Plug-in hybrid electric bus power train control strategy design</p><p>　　Abstract: The world today, with the rapid develop

7、ment of economy and technology, people are increasingly aware of the problems of energy. As the pillar industries of the world's economic, scientific development, automobile industry is also facing new challenges and

8、 opportunities. In order to reduce fuel consumption and reduce harmful exhaust emissions, the direction of development of the automotive industry is hybrid vehicles and electric vehicles.</p><p>　　Traditiona

9、l hybrid vehicles can reduce fuel consumption, but not the full realization of the alternative fuel. Electric vehicles to achieve a zero fuel consumption and zero emissions, but the short for driving range. Combines the

10、advantages of both, the Plug-in Hybrid Electric Vehicle (hereinafter referred to as the P-HEV) which can be charged by an external grid has become a research hot spot.</p><p>　　Based on the researc

11、h status and development trend of the P-HEV technology ，to meet the goal of vehicle dynamic performance and improve the vehicle of economic performance, de

12、sign the P-HEV bus power system which is suitable for urban conditions , and design  the bus control strategy.</p><p>　　Firstly, design the key componen

13、ts of the P-HEV bus power system, including the selection matches the parameter of the engine, electric motor, battery, and build the P-HEV bus model in softwar

14、e AVL CRUISE. Design rule-based logic threshold control strategy through the analysis of the energy flow of vehicles in each operating mode, the

15、characteristics of the P-HEV bus, established in MATLAB / SIMULINK simulation model of the P-HEV bus power system control strategy. Finally, build a CRUISE

16、 and MAT</p><p>　　Keyword：Plug-in Hybrid Electric Vehicle; Vehicle Control Strategy; Modeling in CRUISE; Fuel Economy</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I&

17、lt;/b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目 錄III</b></p><p><b>　　第一章 緒 論1</b></p><p>　　1.1 研究背景和意義1</p><p>　　1.2 國內(nèi)外插電式混合動(dòng)力控制策

18、略的研究狀況4</p><p>　　1.2.1 國內(nèi)外研究理論4</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)外研究方法及進(jìn)展情況5</p><p>　　1.3 本文研究內(nèi)容7</p><p><b>　　1.4本章小結(jié)7</b></p><p>　　第二章 插電式混合動(dòng)力客車動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建模

19、8</p><p>　　2.1 P-HEV動(dòng)力系統(tǒng)概述以及國內(nèi)外P-HEV介紹8</p><p>　　2.2 P-HEV客車的部件選型11</p><p>　　2.3 P-HEV客車的參數(shù)匹配12</p><p>　　2.3.1 電機(jī)/發(fā)電機(jī)參數(shù)匹配13</p><p>　　2.3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)匹配15&

20、lt;/p><p>　　2.3.3 電池參數(shù)匹配15</p><p>　　2.3.4 傳動(dòng)系速比參數(shù)匹配17</p><p>　　2.4 P-HEV客車整車模型18</p><p>　　2.5 P-HEV客車動(dòng)力系統(tǒng)主要模塊18</p><p>　　2.5.1 發(fā)動(dòng)機(jī)模塊18</p><p&g

21、t;　　2.5.2 電動(dòng)機(jī)模塊20</p><p>　　2.5.3 電池模塊21</p><p>　　2.5.4整車模塊22</p><p>　　2.6 本章小結(jié)23</p><p>　　第三章 P-HEV客車控制策略設(shè)計(jì)與建模24</p><p>　　3.1 P-HEV客車動(dòng)力系統(tǒng)各工作模式下的能量流動(dòng)2

22、4</p><p>　　3.1.1 P-HEV的工作模式24</p><p>　　3.1.2 電量消耗模式的能量流動(dòng)24</p><p>　　3.1.3 電量保持模式的能量流動(dòng)25</p><p>　　3.1.4 再生制動(dòng)模式的能量流動(dòng)25</p><p>　　3.2 P-HEV客車動(dòng)力總成的控制策略26&l

23、t;/p><p>　　3.2.1 控制策略概述26</p><p>　　3.2.2 本文采用的控制策略26</p><p>　　3.3 控制策略模型32</p><p>　　3.3.1 整體模型32</p><p>　　3.3.2 發(fā)送機(jī)起?？刂颇K32</p><p>　　3.3.3 負(fù)

24、荷計(jì)算模塊33</p><p>　　3.3.4 各個(gè)工況下的動(dòng)力輸出控制模塊33</p><p>　　3.3.5 制動(dòng)模塊34</p><p>　　3.4 本章小結(jié)34</p><p>　　第四章 P-HEV客車整車仿真35</p><p>　　4.1仿真軟件AVL Cruise簡(jiǎn)介35</p>

25、<p>　　4.2P-HEV客車整車聯(lián)合仿真設(shè)置36</p><p>　　4.2.1 聯(lián)合仿真參數(shù)設(shè)置36</p><p>　　4.2.2 車輛仿真循環(huán)工況的選擇38</p><p>　　4.3 P-HEV客車整車性能仿真與分析39</p><p>　　4.3.1 基于工況的P-HEV客車整車仿真結(jié)果與分析39<

26、/p><p>　　4.3.2 P-HEV客車整車動(dòng)力性仿真結(jié)果與分析45</p><p>　　4.3.3 P-HEV客車整車經(jīng)濟(jì)性與排放性仿真結(jié)果與分析45</p><p>　　4.4本章小結(jié)46</p><p><b>　　總 結(jié)47</b></p><p><b>　　參考

27、文獻(xiàn)48</b></p><p><b>　　致 謝50</b></p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><h3>　　1.1 研究背景和意義</h2><p>　　自從第一輛車誕生以來，汽車作為20世紀(jì)人類最重要的交通工具，對(duì)人類的發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)

28、。汽車工業(yè)作為許多國家的支柱產(chǎn)業(yè)，在其產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益與科技貢獻(xiàn)的同時(shí)，也帶來了能源與環(huán)境的問題。</p><p>　　眾所周知，能源和環(huán)境是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必要條件。這兩個(gè)問題已經(jīng)被越來越來多的國家所關(guān)注與重視。作為全球最重要的能源資源——石油資源的日益枯竭，已經(jīng)對(duì)人類敲響了警鐘。據(jù)保守估計(jì)，到2050年，石油資源將在全球范圍內(nèi)耗盡。</p><p>　　汽車工業(yè)對(duì)于石油的依賴程度是巨

29、大的，石油資源的枯竭必將嚴(yán)重阻礙汽車工業(yè)的發(fā)展。因此，對(duì)汽車工業(yè)來說，減少和消除對(duì)石油的依賴是一項(xiàng)有關(guān)全球經(jīng)濟(jì)安全和能源安全的緊迫任務(wù)，這樣做的具體途徑有二種:一是提高現(xiàn)有車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性；二是開發(fā)不依賴石油的新能源汽車。另外，隨著社會(huì)的發(fā)展，傳統(tǒng)汽車保有量逐年增加，又加速使得能源問題更加突出，它又引起環(huán)境、資源問題等，最后這一系列的問題陷入了惡性循環(huán)。而如今隨著動(dòng)力電池、電機(jī)等汽車電子技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)汽車具有了有效解決上述問題的可能性

30、[1]。</p><p>　　20世紀(jì)70年代初期，世界上許多國家如美國、日本等都因?yàn)槟茉次C(jī)和石油短缺開始發(fā)展電動(dòng)汽車。但由于石油價(jià)格的回落，在電動(dòng)汽車商業(yè)化發(fā)展起來之前，能源問題已不再嚴(yán)重。其高昂的價(jià)格和較短的續(xù)駛里程，使其商業(yè)化失去了動(dòng)力。</p><p>　　進(jìn)入20世紀(jì)90年代，由于節(jié)能和環(huán)保的要求，混合動(dòng)力汽車(HEV)應(yīng)運(yùn)而生。其代表就是日本豐田的混合動(dòng)力轎車Prius、美國

31、克萊斯勒的第二代道奇無畏ESX2型混合動(dòng)力轎車、日本本田的混合動(dòng)力轎車Insight。進(jìn)入21世紀(jì)以后，混合動(dòng)力汽車進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期，世界各大汽車廠商都推出了混合動(dòng)力汽車的樣車。</p><p>　　HEV的特點(diǎn)是：由于采用兩套動(dòng)力裝置，可以在使用較小排量的發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)在整車控制系統(tǒng)的作用下，發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)都能工作在最佳效率區(qū)，能有效降低車輛燃油消耗。例如，以節(jié)油率最佳的豐田Prius汽車，在我國實(shí)測(cè)它與傳統(tǒng)內(nèi)燃

32、機(jī)汽車——豐田花冠(Corrolla)的油耗在不同工況平均節(jié)油率為39.6％，平均百公里節(jié)油可達(dá)3.07L。所以使用電動(dòng)汽車，可以有效地減少對(duì)石油資源的依賴。向蓄電池充電用到的電能可以由水力、太陽能、風(fēng)能、潮汐等可再生能源轉(zhuǎn)化。此外，夜間向蓄電池充電，能夠可以避開用電高峰，這有利于電網(wǎng)的均衡負(fù)荷，減少費(fèi)用。</p><p>　　未來10年，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車將會(huì)迅速發(fā)展，并占有一定的市場(chǎng)規(guī)模。但是HEV仍存在著三大

33、主要問題一一價(jià)格高、效率低、仍然使用較多汽油/柴油[2]。目前HEV的發(fā)展方向是可外接充電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(Plug-in Hybrid Electric Vehicle，以下簡(jiǎn)稱P-HEV ) 。P-HEV具有較長純電動(dòng)行駛距離，而且在需要時(shí)仍然可以以全混合模式工作。其最大的特點(diǎn)是，將混合動(dòng)力和純電動(dòng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相結(jié)合，可以大大改善車輛的排放性和燃油經(jīng)濟(jì)性，提高車輛的的動(dòng)力性能和續(xù)駛里程[3]。因此P-HEV是一種最有發(fā)展前景的混合動(dòng)

34、力電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)模式，也是向最終的清潔能源汽車過渡的最佳方案[4]。</p><p>　　傳統(tǒng)的混合動(dòng)力汽車已經(jīng)給美國的能源消耗和能源安全帶來了顯著的效益。依據(jù)EPA(美國環(huán)保局)的數(shù)據(jù)，最高效的混合動(dòng)力汽車，可以比傳統(tǒng)汽車減少40%的燃料消耗。不僅如此，P-HEV還可以利用電能代替一半剩余的燃料消耗，因此，照這樣計(jì)算，P-HEV可以相比于傳統(tǒng)汽車減少至少70%的燃料消耗[5]。</p><p&

35、gt;　　圖1-1是關(guān)于傳統(tǒng)燃料汽車，HEV以及P-HEV的經(jīng)濟(jì)性比較，不難看出，P-HEV相對(duì)于傳統(tǒng)汽車和HEV在經(jīng)濟(jì)性上優(yōu)勢(shì)。在其續(xù)駛里程內(nèi)，P-HEV可以依靠其電池的電力來行駛，而不必依賴發(fā)動(dòng)機(jī)；當(dāng)行駛里程較長時(shí)，P-HEV優(yōu)先使用電力，當(dāng)SOC值低于一定程度時(shí)，再使用發(fā)動(dòng)機(jī)。這樣的能量分配使得其經(jīng)濟(jì)性，在短途上油耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車與HEV，在長途上比傳統(tǒng)的汽車提高了35~50%，比普通的HEV提高了10~35%。</

36、p><p>　　圖1-1P-HEV與傳統(tǒng)汽車、HEV經(jīng)濟(jì)性的比較</p><p>　　P-HEV同樣可以大大改善傳統(tǒng)汽車尾氣排放的品質(zhì)。P-HEV可以通過控制策略的合理安排，調(diào)節(jié)工作模式，減少發(fā)動(dòng)機(jī)工作，提高發(fā)動(dòng)機(jī)在高效率、低排放區(qū)域工作的機(jī)會(huì)，從而減少溫室氣體和其它有毒氣體的產(chǎn)生[6]。</p><p>　　我國是能源消費(fèi)大國，石油地質(zhì)資源量為765億噸，但可采資源量

37、僅為212億噸。另外，從1993年開始，我國成為能源凈進(jìn)口國，每年石油進(jìn)口量不斷增加。到2007年，我國進(jìn)口原油1.56億噸，預(yù)計(jì)我國的石油總需求規(guī)模在2010年將達(dá)到3.5億噸，石油進(jìn)口依存度將達(dá)51.4%一52.6%。從國家能源安全和環(huán)境保護(hù)上看，大力發(fā)展P-HEV對(duì)我國有著重大的戰(zhàn)略意義[7]。</p><p>　　為此，國家出臺(tái)了一系列的法規(guī)政策。例如國家新能源汽車三縱三橫發(fā)展規(guī)劃，這是我國近期、中期和遠(yuǎn)

38、期新能源汽車發(fā)展導(dǎo)向性政策，也是我國新能源汽車發(fā)展的戰(zhàn)略布局，見圖1-2。</p><p>　　圖1-2 電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)提出的“三縱三橫”研究開發(fā)布局及其組織管理模型</p><p>　　在這三縱三橫發(fā)展規(guī)劃中，新能源汽車近期發(fā)展的主要方向之一就是插電式混合動(dòng)力客車[8]。</p><p>　　1.P-HEV的特點(diǎn)</p><p>　?。?

39、）P-HEV的主要優(yōu)勢(shì)</p><p>　　P-HEV有純電動(dòng)汽車的全部優(yōu)點(diǎn)。可利用晚間用電低谷時(shí)對(duì)電池充電，改善電廠的機(jī)組效率，節(jié)約能源；純電動(dòng)工況行駛時(shí)為零排放；大大降低對(duì)石油燃料的依賴[9]。</p><p>　?。?）P-HEV的工作模式</p><p>　　根據(jù)車上電池荷電狀態(tài)SOC的變化特點(diǎn)，可以將P-HEV的工作模式分為電量消耗、電量保持和常規(guī)充電模式

40、，其中電量消耗又分為純電動(dòng)和混合動(dòng)力兩種子模式，電量保持也分純電動(dòng)、混合動(dòng)力（電機(jī)輔助）和發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)并充電三種子模式[10]?！半娏肯囊患冸妱?dòng)”、“電量消耗一混合動(dòng)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[11]。</p><p><b>　　2.市場(chǎng)前景</b></p><p>　　插電式混合動(dòng)

41、力客車是P-HEV的一種。從目前發(fā)達(dá)國家的應(yīng)用情況來看，混合動(dòng)力客車主要用于城市公交[12]。P-HEV的純電動(dòng)模式能行駛五、六十公里甚至更遠(yuǎn)，一般的市內(nèi)交通客車每次行駛里程不會(huì)超過100km，因此，對(duì)于插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，無論是從節(jié)能減排方面考慮，還是從運(yùn)營成本方面分析，再加上有政府購車補(bǔ)貼優(yōu)惠，其市場(chǎng)吸引力應(yīng)該不會(huì)小。</p><h3>　　1.2 國內(nèi)外插電式混合動(dòng)力控制策略的研究狀況</h2&g

42、t;<h3>　　1.2.1 國內(nèi)外研究理論</h2><p>　　國內(nèi)外插入式混合動(dòng)力汽車對(duì)控制策略的研究越來越多，控制方法也不斷創(chuàng)新。P-HEV控制策略主要可以歸納為以下幾類：基于規(guī)則的邏輯門限值控制策略、瞬時(shí)優(yōu)化控制策略、智能型控制策略、全局最優(yōu)控制策略、自適應(yīng)控制策略。</p><p>　　1）基于規(guī)則的邏輯門限值控制策略</p><p>　　

43、邏輯門限值控制策略是基于規(guī)則的控制策略。其基本思想主要是根據(jù)電池SOC狀態(tài)值和發(fā)動(dòng)機(jī)效率Map圖，以轉(zhuǎn)速、扭矩、功率等參數(shù)為門限，確定動(dòng)力電池和發(fā)電機(jī)組之間的能量分配關(guān)系。該類型控制策略簡(jiǎn)單有效，實(shí)用性強(qiáng)，開發(fā)周期短，同時(shí)也是高級(jí)控制策略的基礎(chǔ)。因而得到廣泛應(yīng)用[13]。</p><p>　　2）瞬時(shí)優(yōu)化控制策略</p><p>　　瞬時(shí)優(yōu)化控制策略的控制目標(biāo)為控制“名義油耗”消耗的最少。

44、所謂“名義油耗”，指的是將電動(dòng)機(jī)的能量消耗轉(zhuǎn)化為等效的油耗，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性圖，得到以發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)作為整體動(dòng)力源的萬有特性圖。該控制策略是優(yōu)化控制名義油耗的萬有特性曲線，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的聯(lián)合控制。另外，該策略還能將排放一同考慮，可采用多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)，采用一組權(quán)值來協(xié)調(diào)排放和燃油同時(shí)優(yōu)化存在的矛盾[14]。</p><p><b>　　3）智能型控制策略</b></p>

45、;<p>　　智能型控制策略主要應(yīng)用模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法及粒子群優(yōu)化算法來決策混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作模式和功率分配，具有較強(qiáng)的魯棒性。智能控制非常適合用于并聯(lián)混合動(dòng)力汽車能量消耗系統(tǒng)的控制[15]。</p><p><b>　　（1）模糊邏輯控制</b></p><p>　　模糊邏輯控制核心是模糊控制器，由規(guī)則庫、推理機(jī)制、模糊化接口和去模糊化接口組

46、成。模糊邏輯控制是首先將傳感器的信號(hào)模糊化，然后應(yīng)用相關(guān)規(guī)則，對(duì)模糊量判斷，得出模糊結(jié)論，最后將結(jié)論去模糊化，轉(zhuǎn)為精確控制量，進(jìn)而對(duì)車輛發(fā)出控制命令。模糊控制具有良好的控制品質(zhì)，應(yīng)用前景廣闊。</p><p><b>　?。?）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制</b></p><p>　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是一種模仿生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)行為特征，以信息的分布式存儲(chǔ)和并行處理為基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)算法模型。這種控

47、制方法具有自學(xué)習(xí)能力，對(duì)信息處理的方法與人的大腦處理信息相似，因而自適應(yīng)能力很強(qiáng)，且有很好的非線性函數(shù)逼近能力。</p><p><b>　?。?）遺傳算法</b></p><p>　　遺傳算法是建立在自然選擇和自然遺傳學(xué)機(jī)理基礎(chǔ)之上的迭代自適應(yīng)概率性搜索算法。它能同時(shí)搜索空間上的很多點(diǎn)，且能充分搜索，因此能夠?qū)崿F(xiàn)快速全局收斂。只需要評(píng)價(jià)用的適應(yīng)函數(shù)，而不需要其它形式

48、信息，這些使得遺傳算法對(duì)問題的適應(yīng)能力很強(qiáng)。</p><p>　　（4）粒子群優(yōu)化算法</p><p>　　粒子群優(yōu)化算法是一種進(jìn)化計(jì)算技術(shù)，源于對(duì)鳥群捕食的行為研究。同遺傳算法類似，是一種基于疊代的優(yōu)化工具，但并沒有遺傳算法中的交叉及變異，而是粒子在解空間內(nèi)追隨最優(yōu)的粒子進(jìn)行搜索。其優(yōu)勢(shì)之一是采用實(shí)數(shù)編碼，而不需要像遺傳算法一樣采用二進(jìn)制編碼，且粒子群優(yōu)化算法中并沒有許多需要調(diào)節(jié)的參數(shù)，

49、可進(jìn)行全局和局部尋優(yōu)。</p><p>　　4）全局最優(yōu)控制策略[16]</p><p>　　由于瞬時(shí)優(yōu)化控制策略不能保證在整個(gè)運(yùn)行區(qū)間最優(yōu)，因此需要一種保證能在全局范圍內(nèi)最優(yōu)的控制策略。這種控制策略應(yīng)用最優(yōu)化方法和最優(yōu)化控制理論開發(fā)出混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力分配控制策略。主要思想是：基于多目標(biāo)數(shù)學(xué)規(guī)劃或者Bellman動(dòng)態(tài)規(guī)劃理論以及最小值原理的全局最優(yōu)化理論，建立以整車燃油經(jīng)濟(jì)性，或?qū)⒔?jīng)濟(jì)性和排

50、放性加權(quán)，作為目標(biāo)函數(shù)，系統(tǒng)狀態(tài)變量為約束的全局優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。</p><p><b>　　5）自適應(yīng)控制策略</b></p><p>　　自適應(yīng)控制具有一定的適應(yīng)能力，可以識(shí)別外部環(huán)境的變化，并根據(jù)這些變化，自動(dòng)校正控制動(dòng)作，從而達(dá)到最理想的控制效果。在混合動(dòng)力汽車的應(yīng)用中，動(dòng)態(tài)自適應(yīng)控制是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性要求，通過最優(yōu)控制理論，構(gòu)建相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)，并

51、尋求目標(biāo)函數(shù)最小值，該最小值相對(duì)應(yīng)的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性即為理想值。</p><h4>　　1.2.2 國內(nèi)外研究方法及進(jìn)展情況</h2><p>　　2007年，美國俄亥俄州立大學(xué)學(xué)者Pierluigi Pisu and Giorgio Rizzoni對(duì)并聯(lián)式HEV的三種不依賴于工況預(yù)測(cè)的控制策略進(jìn)行了對(duì)比研究，包括基于規(guī)則的控制策略、自適應(yīng)等效油耗最小控制策略和魯棒控制策略，并與動(dòng)態(tài)規(guī)劃

52、法得到的最優(yōu)結(jié)果進(jìn)行比較，仿真結(jié)果顯示，自適應(yīng)等效油耗最小控制策略（A-ECMS）的表現(xiàn)最好[17]。</p><p>　　2008年，美國密歇根大學(xué)學(xué)者Jinming Liu and Huei Peng以豐田PRUIS為對(duì)象，建立了THS動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力模型，提出了隨機(jī)動(dòng)態(tài)規(guī)劃法SDP和等效油耗最小控制策略ECMS，并與動(dòng)態(tài)規(guī)劃法DP得到的最優(yōu)解進(jìn)行對(duì)比。仿真結(jié)果顯示，兩種方法的燃油經(jīng)濟(jì)性都能達(dá)到近似最優(yōu)，相比之

53、下SDP比ECMS的燃油經(jīng)濟(jì)性更加好。不足是SDP和ECMS兩種方法都比較依賴于工況預(yù)測(cè)[18]。</p><p>　　2008年，韓國學(xué)者Kukhyun Ahn, Sungtae Cho and Suk Won Cha提出一種多目標(biāo)優(yōu)化方法，應(yīng)用帕累托最優(yōu)理論，找出最優(yōu)工作點(diǎn)POP，并代入等效燃油消耗算法EFC，得到多目標(biāo)能量管理控制策略。仿真結(jié)果顯示，該方法得到的燃油經(jīng)濟(jì)性與動(dòng)態(tài)規(guī)劃法沒有明顯區(qū)別，而時(shí)間可大

54、大縮短。不足是在大負(fù)荷狀態(tài)時(shí)燃油消耗較大，原因是轉(zhuǎn)換因子選擇不當(dāng)[19]。</p><p>　　2009年，美國福特汽車公司學(xué)者Georgia-Evangelia Katsargyri, Ilya V. Kolmanovsky, John Michelini等提出一種基于路況預(yù)測(cè)的HEV最優(yōu)控制方法，以等效油耗最低為原則，最優(yōu)控制電池SOC值。仿真結(jié)果顯示，這種方法得到的燃油經(jīng)濟(jì)性有顯著提高，而且電池SOC值保持

55、情況較好。不足是仍然依賴于工況預(yù)測(cè)，特別是速度軌跡的給出[20]。</p><p>　　2011年，同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院的張松，東京大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)研究所的吳光強(qiáng)以及上海理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院的鄭松林在開發(fā)的P-HEV能量管理策略基礎(chǔ)上, 建立整車仿真模型。利用自適應(yīng)慣性因子對(duì)基本粒子群算法進(jìn)行改進(jìn)。為克服單一優(yōu)化算法的固有缺陷, 將改進(jìn)粒子群算法和遺傳算法組成混合優(yōu)化算法,并將該混合算法應(yīng)用于P-HEV能量管理策略的多目

56、標(biāo)優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果表明, 該算法能有效跳出局部最優(yōu), 其尋優(yōu)能力明顯高于基本粒子群算法和遺傳算法, 優(yōu)化后的P-HEV油耗和尾氣排放相對(duì)于優(yōu)化前減少30%[21]。</p><p>　　2011年，上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心林瀟、張君鴻基于對(duì)混合動(dòng)力汽車能量管理策略優(yōu)化的目的, 建立了豐田Prius的數(shù)學(xué)模型,采用粒子群優(yōu)化算法對(duì)該包含眾多約束條件的非線性優(yōu)化問題進(jìn)行了求解，利用PSAT專業(yè)軟件對(duì)比分析了基本

57、型優(yōu)化控制算法、改進(jìn)型優(yōu)化控制算法和規(guī)則控制算法等的控制效果及燃油經(jīng)濟(jì)性。結(jié)果表明, 經(jīng)過優(yōu)化后的Plug-in混合動(dòng)力汽車在不犧牲汽車各項(xiàng)性能的前提下能提高動(dòng)力系統(tǒng)工作效率[22]。</p><p>　　2011年，Namwook Kim, Sukwon Cha, Huei Peng 等人提出基于龐得李亞金最小值原理PMP算法的等效油耗最小控制策略ECMS，并提出通過擬合有效SOC變化率和有效需求功率得到最佳修

58、正參數(shù)。使HEV油耗達(dá)到近似最優(yōu)，并可用于實(shí)時(shí)控制。不足是依賴于工況預(yù)測(cè)[23]。</p><p>　　從國內(nèi)外學(xué)者的研究中，我們可以看到上面提到的這幾種控制策略各有優(yōu)劣。而相對(duì)于瞬時(shí)優(yōu)化控制策略、智能型控制策略、全局最優(yōu)控制策略、自適應(yīng)控制策略這些比較高級(jí)的、智能的控制策略，這些控制策略的計(jì)算量較大，相對(duì)較為復(fù)雜，而基于規(guī)則的邏輯門限值控制策略雖然較為簡(jiǎn)單，但是其實(shí)用性較強(qiáng)，操作性好，比較適合控制策略的入門，同

59、時(shí)它是高級(jí)的控制策略的基礎(chǔ)，故本文選擇基于規(guī)則的邏輯門限值控制策略作為研究方向。</p><h3>　　1.3 本文研究內(nèi)容</h2><p><b>　　本文的研究內(nèi)容如下</b></p><p>　　1）學(xué)習(xí)研究P-HEV客車動(dòng)力系統(tǒng)以及控制策略的相關(guān)原理。</p><p>　　2）設(shè)計(jì)完成P-HEV客車動(dòng)力系統(tǒng)方案

60、，確定動(dòng)力總成形式，完成電動(dòng)機(jī)、電池組、發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等主要部件的選型與參數(shù)匹配。</p><p>　　3）在AVL Cruise軟件中建立P-HEV客車整車仿真模型，對(duì)電動(dòng)機(jī)、電池組、發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等動(dòng)力系統(tǒng)主要部件進(jìn)行建模。</p><p>　　4）根據(jù)城市公交客車的一般工況，在滿足動(dòng)力性的條件下，基于規(guī)則的邏輯門限值控制策略，以提高燃油經(jīng)濟(jì)性為主要目標(biāo)，設(shè)計(jì)P-HEV客車動(dòng)力系統(tǒng)控制

61、策略，并在MATLAB /SIMULINK中建立控制策略仿真模型。</p><p>　　5）對(duì)P-HEV客車整車模型進(jìn)行AVL Cruise軟件與MATLAB /SIMULINK的聯(lián)合仿真，分析仿真結(jié)果，比較優(yōu)化控制前后經(jīng)濟(jì)性與排放性。</p><p><b>　　1.4本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了P-HEV的發(fā)展以及其

62、特點(diǎn)與工作模式。隨后，介紹了國內(nèi)外的控制策略的研究情況，選擇了基于規(guī)則的邏輯門限值控制策略作為本文的研究方向。最后，簡(jiǎn)要的介紹了本文的主要的研究內(nèi)容。</p><p>　　插電式混合動(dòng)力客車動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建模</p><p>　　插電式混合動(dòng)力客車動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案主要客車的整車參數(shù)，動(dòng)力性指標(biāo)，動(dòng)力系統(tǒng)的類型以及各部件的選型以及參數(shù)確定。本章將詳細(xì)介紹對(duì)一種現(xiàn)有的HEV客車進(jìn)行改裝為插電式

63、客車并進(jìn)行參數(shù)匹配的具體過程。</p><h3>　　2.1 P-HEV動(dòng)力系統(tǒng)概述以及國內(nèi)外P-HEV介紹</h2><p>　　插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(Plug-in HEV)，簡(jiǎn)稱P-HEV，是一種可外接充電的新型混合動(dòng)力汽車。其動(dòng)力系統(tǒng)主要可分為并聯(lián)式、串聯(lián)式和混聯(lián)式三種結(jié)構(gòu)。</p><p>　　1）并聯(lián)式P-HEV</p><p&g

64、t;　　并聯(lián)式P-HEV的發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)是兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)行駛，又可實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)行駛，在功率需求較大時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)全混合動(dòng)力行駛，在停車狀態(tài)下可進(jìn)行外接充電。其動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 并聯(lián)式P-HEV動(dòng)力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖</p><p>　　2）串聯(lián)式P-HEV</p><p>　　串聯(lián)式P-HEV，通常稱為增程式

65、電動(dòng)車，其特點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)出的電能通過電動(dòng)機(jī)控制器直接輸送給電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車行駛。其動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2串聯(lián)式P-HEV動(dòng)力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖</p><p>　　3）混聯(lián)式P-HEV</p><p>　　混聯(lián)式P-HEV驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是串聯(lián)式與并聯(lián)式的綜合，可同時(shí)兼顧串聯(lián)式和并聯(lián)式的優(yōu)點(diǎn)，但系統(tǒng)較為復(fù)雜。在汽車低速

66、行駛時(shí)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要以串聯(lián)方式工作；汽車高速穩(wěn)定行駛時(shí)，則以并聯(lián)工作方式為主；停車時(shí)，可通過車載充電器進(jìn)行外接充電。其動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖2-3所示。</p><p>　　圖2-3 混聯(lián)式P-HEV動(dòng)力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖</p><p>　　自上世紀(jì)90年代以來，國外一些大學(xué)、實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)部門一直在進(jìn)行P-HEV的研究。其中的杰出代表有University of California Davis(

67、UC Davis)，the Electric Power Research Institute (EPRI), Argonne National Laboratory (ANL) 和 California Cars Initiative (CalCars)等機(jī)構(gòu)。2000年EPRI的 Market Study發(fā)起成立了旨在促進(jìn)P-HEV的商業(yè)化的Hybrid Electric Vehicle Alliance(HEVA)組織；2006

68、年，插電式混合動(dòng)力汽車(P-HEV一一Plug-in Hybrid Electric Vehicle)項(xiàng)目在美國能源部自由車和車輛技術(shù)項(xiàng)目處提出，這個(gè)項(xiàng)目計(jì)劃將在2016-2020年實(shí)現(xiàn)P-HEV的商品化生產(chǎn)。</p><p>　　下表2-1是國外廠家生產(chǎn)的P-HEV車型[24]。</p><p>　　表2-1 國外混合動(dòng)力汽車</p><p>　　在美國，受到普遍

69、關(guān)注的是通用公司的P-HEV概念車——雪佛蘭Volt。除Volt以外，其他P-HEV還有通用公司的土星VUE；凱迪拉克公司的插電式Convert；歐寶公司的插電式Ampera；克萊斯勒公司的插電式Town&Country；福特公司的Escape P-HEV等。</p><p>　　日本方面有豐田公司生產(chǎn)的輕量插電式混合動(dòng)力“FFV I/X”、Hi-CT、P-HV，豐田Puris，三菱PX-Miex，鈴木雨

70、燕串聯(lián)P-HEV等。</p><p>　　德國各大汽車公司方面有奔馳推出的Blue Zero E-Cell Plus和Vision S500插電式混合動(dòng)力車，寶馬Vision Efficient Dynamics插電式混合動(dòng)力車等。</p><p>　　在我國開發(fā)P-HEV的企業(yè)不多，主要有上汽提出2012年將生產(chǎn)榮威550（P-HEV款）；長安汽車公司加速推出插電式混合動(dòng)力車、純電動(dòng)車的

71、產(chǎn)業(yè)化研發(fā)；還有比亞迪的F3DM；奇瑞瑞麒M1等?？蛙嚪矫?，主要是國內(nèi)的一汽、二汽、北汽、宇通、金龍等一些客車廠家的在P-HEV上的嘗試。</p><p>　　下表2-2是國內(nèi)廠家生產(chǎn)的P-HEV的車型[25]。</p><p>　　表2-2 國內(nèi)主要汽車廠家產(chǎn)品匯總表</p><h3>　　2.2 P-HEV客車的部件選型</h2><p>

72、;　　本文采用的是在原有車型的基礎(chǔ)上，改裝HEV得到P-HEV的做法。具體選擇的是一汽的CA6120URH1混合動(dòng)力電動(dòng)公交客車，見圖2-4所示。</p><p>　　參考國內(nèi)外相關(guān)數(shù)據(jù)并結(jié)合道路情況，選定P-HEV的動(dòng)力性指標(biāo)為：</p><p>　　1.當(dāng)處于混合動(dòng)力行駛狀態(tài)時(shí)：</p><p>　　1）最高車速：90km/h；</p><p

73、>　　2）最大爬坡度：大于20%；</p><p>　　3）0加速到40km/h所需時(shí)間：小于20s。</p><p>　　2.當(dāng)處于純電動(dòng)行駛狀態(tài)時(shí)：</p><p>　　1）最高車速：85km/h；</p><p>　　2）最大爬坡度：大于20%；</p><p>　　3）平均車速：40km/h；</p

74、><p>　　4）續(xù)駛里程：60km；</p><p>　　圖2-4一汽CA6120URH1混合動(dòng)力公交客車</p><p>　　選定本客車的結(jié)構(gòu)類型為并聯(lián)雙軸式。原有車型的基礎(chǔ)上，由計(jì)算結(jié)果，確定其發(fā)動(dòng)機(jī)保持不變，即BF6M1013-22E3發(fā)動(dòng)機(jī)。電機(jī)/發(fā)電機(jī)選擇永磁同步電機(jī)，電池選擇里離子充電電池。</p><p>　　下面討論具體的參數(shù)匹

75、配。</p><h3>　　2.3 P-HEV客車的參數(shù)匹配</h2><p>　　客車的整體尺寸以外部參數(shù)見下表2-3。</p><p>　　表2-2客車樣車參數(shù)</p><h4>　　2.3.1 電機(jī)/發(fā)電機(jī)參數(shù)匹配</h2><p>　　電動(dòng)機(jī)參數(shù)匹配主要包括電動(dòng)機(jī)的額定功率和峰值功率、電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速

76、、電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩的選擇。</p><p>　　1）電機(jī)額定功率與峰值功率的估算[26-27]</p><p>　?。?）根據(jù)最高車速（80 km/h）來確定最大功率：</p><p><b>　　公式中，</b></p><p>　　一一傳動(dòng)系總功率，取0.85；</p><p>　　

77、一一車輛滿載質(zhì)量，kg；</p><p>　　一一重力加速度，9. 8m/s2；</p><p>　　一一滾動(dòng)阻力系數(shù)，0.013 ；</p><p><b>　　一一空氣阻力系數(shù)；</b></p><p>　　一一迎風(fēng)面積，m2。</p><p>　?。?）根據(jù)加速性來確定最大功率:</p

78、><p>　　汽車在加速過程中，電機(jī)所需要的最大功率為：</p><p><b>　　公式中，</b></p><p>　　一一汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，8>1；</p><p>　　一一車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg.mz；</p><p>　　一一飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg.mz；</p><

79、;p><b>　　一一車輪滾動(dòng)半徑；</b></p><p><b>　　——變速器速比；</b></p><p><b>　　——主減速器速比。</b></p><p>　　根據(jù)加速性能要求是0-40km/h的加速時(shí)間不超過20s來計(jì)算。</p><p>　?。?）根據(jù)

80、爬坡性能計(jì)算最大功率</p><p>　　爬坡性能計(jì)算公式為：</p><p><b>　　其中。</b></p><p>　　根據(jù)性能指標(biāo)，計(jì)算坡度為20%，穩(wěn)定車速12km/h所需要的功率。</p><p>　　通過最高車速，加速性能以及爬坡性能的計(jì)算得出：，，分別為100.85kw，70.58kw，72.70kw。

81、</p><p>　　再考慮到20%的后備功率，所以峰值功率取值為120kw。</p><p>　　而額定功率與峰值功率之間的關(guān)系有：</p><p>　　公式中，為電機(jī)的過載系數(shù)，一般取1.6~2.0。用1.6帶入，得出為75kw。</p><p>　　2）電機(jī)最高轉(zhuǎn)速及額定轉(zhuǎn)速的選擇</p><p>　　電動(dòng)機(jī)的最

82、高轉(zhuǎn)速會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)成本、制造工藝和傳動(dòng)系的尺寸有很大的影響。轉(zhuǎn)速在6000r/min以上的為高速電機(jī)，而以下為普通電機(jī)。前者成本高、制造工藝復(fù)雜而且對(duì)配套使用的軸承、齒輪等有特殊要求，一般適用十電動(dòng)轎車，很少在混合動(dòng)力客車上使用。因此本文采用最高轉(zhuǎn)速不大于6000r/min的普通電機(jī)[28]。</p><p>　　本文選擇的轉(zhuǎn)速范圍是0-4000r/min。</p><p><b>

83、;　　3）電機(jī)的電壓選擇</b></p><p>　　電機(jī)額定電壓的選擇與混合動(dòng)力客車動(dòng)力的電池組電壓密切相關(guān)。在相同輸出功率條件下，電池組電壓高則電流小，并且對(duì)導(dǎo)線和開關(guān)等電器元件要求較低，但與此同時(shí)較高的電壓需要數(shù)量更加多單體電池串聯(lián)，引起動(dòng)力性的下降和成本及整車質(zhì)量的增加并且難于進(jìn)行布置。</p><p>　　電機(jī)額定電壓一般由電動(dòng)機(jī)的參數(shù)決定，并與電動(dòng)機(jī)額定功率成正比，

84、電動(dòng)機(jī)的額定電壓越高，則電動(dòng)機(jī)的額定功率越大。考慮上述結(jié)果，本文確定電動(dòng)機(jī)的額定電壓為525V。</p><p>　　從ADVISOR里選擇合適的電機(jī)類型，然后修改參數(shù)得到需要的電機(jī)模型。數(shù)據(jù)參數(shù)如下表2-4。</p><p><b>　　表2-4 電機(jī)參數(shù)</b></p><h4>　　2.3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)匹配</h2>&l

85、t;p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)主要是計(jì)算其在最高車速，加速工況以及爬坡工況下的功率值。其計(jì)算的公式是公式（2-1）（2-2）（2-3）（2-4）四式。</p><p>　　計(jì)算時(shí)，取為95km/h， 0加速到40km/h為20s內(nèi)，最大爬坡度i大于20%，爬坡速度為15km/h，計(jì)算得出發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率為162kw。發(fā)動(dòng)機(jī)的具體參數(shù)見下表2-5。</p><p>　　表2-5 發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)<

86、/p><h4>　　2.3.3 電池參數(shù)匹配</h2><p>　　P-HEV動(dòng)力電池必須可靠地為電機(jī)提供所需功率和能量。電池的功率必須能夠覆蓋電機(jī)所需有的峰值功率，另外，電池必須具有滿足一定的行駛里程以及瞬時(shí)大電流需求足夠的能量和容量。</p><p><b>　　1）電壓等級(jí)</b></p><p>　　各種車型的電池的

87、電壓等級(jí)各不相同，主要的電壓等級(jí)類型見表2-6。</p><p>　　表2-6 各種車型的電壓等級(jí)統(tǒng)計(jì)表</p><p>　　由此，初選本文的選擇的電池電壓為500V左右。</p><p><b>　　2）電池容量</b></p><p>　　P-HEV的續(xù)駛里程取決于電池容量。若攜帶的能量過少，則在純電動(dòng)行駛工況下，其

88、續(xù)駛里程較短，不能滿足人們出行的要求，同時(shí)也體現(xiàn)不出P-HEV節(jié)能的優(yōu)勢(shì)。若攜帶的能量過多，雖然續(xù)駛里程變長，但這需要大容量的電池，這勢(shì)必將增加電池的體積與質(zhì)量，進(jìn)一步加大了整車的質(zhì)量，從而導(dǎo)致P-HEV的成本增加。所以，電池需要選擇合理的續(xù)駛里程從而確定其電池大小。</p><p>　　根據(jù)美國私人交通調(diào)查報(bào)告(NPTS)，普通家庭口常行駛里程在60miles內(nèi)的累計(jì)概率是60%，因此60miles的純電動(dòng)續(xù)駛

89、里程將滿足大部分家庭的正常使用[29]。再根據(jù)性能設(shè)計(jì)要求，本文選擇續(xù)駛里程為60km。</p><p>　　另外，還要考慮到電池的放電程度。對(duì)于P-HEV的電池，在SOC低于某一較低值后，繼續(xù)放電，則會(huì)出現(xiàn)深度放電現(xiàn)象，這會(huì)影響電池的性能與壽命。所以，電池的使用限額是30%-100%（100%是完成電網(wǎng)充電）。</p><p>　　電池的額定能量由下式得到：</p><

90、;p><b>　　公式中，</b></p><p><b>　　——電池額定能量；</b></p><p>　　——電機(jī)的等效勻速行駛的功率；</p><p>　　——等效勻速行駛的續(xù)駛里程，60km；</p><p>　　——電機(jī)總效率，0.81。</p><p>　

91、　計(jì)算得到電池的額定能量為 93.83kWh。</p><p>　　電池的額定容量（Ah）根據(jù)下式得到：</p><p>　　——電池電壓，取525V。</p><p>　　得到是178.72Ah，取整為180Ah。具體參數(shù)見下表2-7。</p><p><b>　　表2-7 電池參數(shù)</b></p>&l

92、t;p>　　根據(jù)已知數(shù)據(jù)選擇電池類型，選擇為180Ah A型鋰離子電池，在電壓140V，電流分別為18A，54A，180A時(shí)的放電特性見下圖2-5。</p><p>　　圖2-5180Ah A型鋰離子電池的放電特性。</p><h4>　　2.3.4 傳動(dòng)系速比參數(shù)匹配</h2><p>　　系統(tǒng)的傳動(dòng)系速比需要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)兩者的工作轉(zhuǎn)速范圍，由表2-4，

93、表2-5可以得出，發(fā)動(dòng)機(jī)主要工作的轉(zhuǎn)速范圍是800-3000r/min，而電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速是0-4000r/min。考慮到，發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速是1700r/min，電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速是500-1250r/min。為了使發(fā)動(dòng)機(jī)跟電機(jī)工作在較優(yōu)的區(qū)域，將最大的轉(zhuǎn)速定為3000r/min。</p><p>　　根據(jù)汽車?yán)碚摰墓剑?lt;/p><p>　　公式中得出，=4.63。</p>

94、<p><b>　　再根據(jù)</b></p><p><b>　　得</b></p><p>　　得出，=3.41，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3.41，2.13，1.42，1。</p><h3>　　2.4 P-HEV客車整車模型</h2><p&

95、gt;　　在Cruise中建立新的工程模塊new_Project，其下建立ver 0001表示第1個(gè)模型。如下圖2-6。它包括以下模塊：車輛模塊，發(fā)動(dòng)機(jī)模塊，電機(jī)模塊，電池模塊，3個(gè)單級(jí)齒輪變速器模塊，離合器模塊，變速器模塊，差速器模塊，4個(gè)制動(dòng)器模塊，6個(gè)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。</p><p>　　將各個(gè)模塊如下圖連接。然后連接數(shù)據(jù)總線，使得模塊間能夠

96、互相傳遞數(shù)據(jù)，并使整個(gè)模型能夠與MATLAB/SIMULINK連接進(jìn)行聯(lián)合仿真。見圖2-6。</p><p>　　圖2-6 Cruise整車模型</p><h3>　　2.5 P-HEV客車動(dòng)力系統(tǒng)主要模塊</h2><p>　　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(dòng)機(jī)，電機(jī)，電池等

97、主要模塊。</p><h4>　　2.5.1 發(fā)動(dòng)機(jī)模塊</h2><p>　　本例的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)參考ADVISOR中建立的P-HEB整車模型的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)和Cruise中卡車模型的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)。參數(shù)的設(shè)置見表2-9。</p><p>　　表2-9 發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的參數(shù)</p><p>　　下圖2-7是發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性。</p><

98、p>　　圖2-7 發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性</p><h4>　　2.5.2 電動(dòng)機(jī)模塊</h2><p>　　本例的電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)參考ADVISOR中建立的P-HEB整車模型的電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)和Cruise中卡車模型的電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)。參數(shù)的設(shè)置見表2-10。</p><p>　　表2-10 電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的參數(shù)</p><p>　　下圖2-8為電動(dòng)機(jī)的效率圖&

99、lt;/p><p>　　圖2-8 電動(dòng)機(jī)的效率圖</p><h4>　　2.5.3 電池模塊</h2><p>　　動(dòng)力電池組的選擇必須與所選電動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)匹配，本文所用的動(dòng)力電池為鋰離子電池，4個(gè)單體電池組成一個(gè)電池模塊，41個(gè)電池模塊組成動(dòng)力電池組。本例的動(dòng)力電池組數(shù)據(jù)參考ADVISOR中建立的P-HEB整車模型的電池?cái)?shù)據(jù)和Cruise中Hybrid2模型的電池參

100、數(shù)。</p><p>　　表2-11 電池設(shè)計(jì)的參數(shù)</p><p>　　下圖2-9是充電時(shí)的電壓變化。</p><p>　　圖2-9 鋰離子電池充電時(shí)的電壓變化</p><p><b>　　2.5.4整車模塊</b></p><p>　　在AVL Cruise里建立的整車的模塊，定義模塊的屬性。

101、總體設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)輸入如下表2-8。</p><p>　　表2-8 總體設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)</p><p><b>　　2.6 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了基于一汽CA6120URH1的改裝成的P-HEV客車的建模過程。主要計(jì)算設(shè)計(jì)了電動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)，動(dòng)力性電池以及傳動(dòng)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

102、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。</p><p>　　第三章 P-HEV客車控制策略設(shè)計(jì)與建模</p><h3>　　3.1 P-HEV客車動(dòng)力系統(tǒng)各工作模式下的能量流動(dòng)</h2><h4>　　3.1.1 P-HEV的工作模式<

103、;/h2><p>　　根據(jù)車上電池荷電狀態(tài)SOC的變化特點(diǎn)，可以將P-HEV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(dòng)和混合動(dòng)力兩種子模式，電量保持也分純電動(dòng)、混合動(dòng)力（電機(jī)輔助）和發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)并充電三種子模式?！半娏肯囊患冸妱?dòng)”、“電量消耗一混合動(dòng)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。</p>&l

104、t;h4>　　3.1.2 電量消耗模式的能量流動(dòng)</h2><p>　　在電量消耗模式中，P-HEV根據(jù)整車的負(fù)荷需求，具體選擇純電動(dòng)和混合動(dòng)力兩種子模式。</p><p>　　在“電量消耗一純電動(dòng)”子模式中，發(fā)動(dòng)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(huì)降低，整車一般只達(dá)到部分動(dòng)力性指標(biāo)。該模式適合于起動(dòng)、低速和低負(fù)荷時(shí)應(yīng)用。見下圖3-1。</p><p

105、><b>　　表示能量流向</b></p><p>　　圖3-1 電量維持-純電動(dòng)的能量流向</p><p>　　在“電量消耗一混合動(dòng)力”子模式中，發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)同時(shí)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(dòng)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(dòng)力性指標(biāo)時(shí)采用。見下圖

106、3-2。</p><p><b>　　表示能量流向</b></p><p>　　圖3-2電量消耗-混合動(dòng)力的能量流動(dòng)</p><h4>　　3.1.3 電量保持模式的能量流動(dòng)</h2><p>　　在電量保持模式下，P-HEV的工作方式需要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)是否開啟。若發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉且SOC不低于0.3，則就是與電量消耗-純電動(dòng)狀態(tài)

107、的能量流動(dòng)一致。若發(fā)動(dòng)機(jī)開啟且SOC不低于0.3，則與電量消耗-混合動(dòng)力的能量流動(dòng)一致。</p><p>　　若SOC低于0.3，則發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)并給電池充電。見下圖3-3。</p><p><b>　　表示能量流向</b></p><p>　　圖3-3 電量保持-發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)并給電池充電</p><h4>　　3.1.4 再

108、生制動(dòng)模式的能量流動(dòng)</h2><p>　　再生制動(dòng)是指汽車在沒有負(fù)荷要求的狀態(tài)下，如果SOC低于0.8時(shí)，汽車通過制動(dòng)回收部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能儲(chǔ)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(dòng)。見下圖3-4。</p><p><b>　　表示能量流向</b></p><p>　　圖3-4 再生制動(dòng)的能量流向</p>

109、<h3>　　3.2 P-HEV客車動(dòng)力總成的控制策略</h2><h4>　　3.2.1 控制策略概述</h2><p>　　基于規(guī)則的邏輯門限值插入式混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力系統(tǒng)的控制策略，優(yōu)勢(shì)在于能利用電能，減少燃油消耗，具體有以下這些要求：</p><p>　　1.在SOC允許的狀態(tài)下，使用電池的電量為主要的動(dòng)力源；</p><p&g

110、t;　　2.控制發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與關(guān)閉，避免發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁的開閉；</p><p>　　3.控制電池SOC的值，避免出現(xiàn)過放電，而影響電池性能；</p><p>　　4.控制使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高效低排區(qū)。</p><p>　　針對(duì)以上要求，本文采用了由SOC狀況來判斷并選擇動(dòng)力系統(tǒng)（包括發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)與電機(jī)的

111、動(dòng)力輸出或者輸入（給電池充電），以滿足車輛的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性要求。</p><h4>　　3.2.2 本文采用的控制策略</h2><p>　　控制策略的流程圖如下圖3-5。</p><p>　　圖3-5 控制策略流程圖</p><p>　　下面詳細(xì)介紹本文的P-HEV客車動(dòng)力系統(tǒng)控制策略的設(shè)計(jì)的基本思路，主要分為三個(gè)大塊（第四為發(fā)動(dòng)機(jī)工作高效

112、區(qū)的選?。?lt;/p><p><b>　　一、行駛工況</b></p><p><b>　　*符號(hào)說明*</b></p><p>　　Treq——需求轉(zhuǎn)矩</p><p>　　Tm——電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩</p><p>　　Tmmax——電機(jī)能輸出的最大轉(zhuǎn)矩</p>

113、<p>　　Tehe——發(fā)動(dòng)機(jī)高效率區(qū)的當(dāng)前轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩</p><p>　　Tehemin——發(fā)動(dòng)機(jī)高效率區(qū)的當(dāng)前轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的最低轉(zhuǎn)矩</p><p>　　Te ——發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩</p><p>　　Temax ——發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩</p><p>　　Tsoc ——電池充電所需轉(zhuǎn)矩</p><

114、p><b>　　*判斷SOC電量*</b></p><p>　　1）若SOC＞0.5，則屬于電量消耗狀態(tài)</p><p>　　*判斷電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出*</p><p>　?。?）若需求轉(zhuǎn)矩小于等于電機(jī)能輸出的最大轉(zhuǎn)矩</p><p>　　即Treq≤Tmmax</p><p>　　則電機(jī)輸出轉(zhuǎn)

115、矩為需求轉(zhuǎn)矩</p><p><b>　　即Tm=Treq</b></p><p>　　（2）若需求轉(zhuǎn)矩大于電機(jī)能輸出的最大轉(zhuǎn)矩</p><p>　　即Treq＞Tmmax</p><p><b>　　則轉(zhuǎn)到下個(gè)判斷</b></p><p>　　*判斷發(fā)動(dòng)機(jī)啟停（一）（只要有