混合動力汽車能量分配控制畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢 業(yè) 論 文</b></p><p><b>　　二〇一一年六月</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　混合動力汽車是介于傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車與純電動汽車之間，是典型的過渡型汽車。它秉承了兩者的優(yōu)點，但有兩個動力源，也就注定它的控制更復

2、雜。本論文以某型并聯(lián)混合動力汽車為設計對象，采用模糊控制方法來設計控制器，以此來提高燃油經(jīng)濟性和減少污染排放。</p><p>　　模糊控制器通過對引擎和電機的期望轉(zhuǎn)矩進行分配，實現(xiàn)整個循環(huán)工況電池荷電狀態(tài)SOC平衡，且使發(fā)動機工作于高效率區(qū)。為了驗證能量分配控制策略的有效性，在ADVISOR平臺上進行仿真，并與電力輔助控制策略下的混合動力汽車進行比較，表現(xiàn)在燃油性、發(fā)動機效率、荷電狀態(tài)SOC值的變化范圍以及污染

3、排放物等方面的比較，分析結(jié)果表明模糊控制下的混合動力汽車在各方面都有很好的改善。</p><p>　　再生制動是混合動力汽車控制系統(tǒng)中不可或缺的一部分，所以最后，又對混合動力汽車的再生制動控制進行介紹，并設計了再生制動控制策略。</p><p>　　關鍵詞：混合動力；模糊控制；電力輔助控制；轉(zhuǎn)矩分配 </p><p><b>　　Abstract</

4、b></p><p>　　Hybrid electric vehicle is between the traditional internal combustion engine vehicles and pure electric vehicles, and is the typical transition of cars. It inherits the advantages of both, bu

5、t there are two sources of power, and means that it is more complex. In this thesis, a certain type of parallel hybrid electric vehicle design object, the fuzzy control method to design the controller, in order to improv

6、e fuel economy and reduce pollution emissions.</p><p>　　Fuzzy controller on the expectations of the engine and motor torque distribution, the entire driving cycle the battery state of charge SOC balance, and

7、 make the engine work in high efficiency area. In order to verify the effectiveness of control strategies of energy allocation in the ADVISOR simulation platform, and with the power assist control strategy of hybrid vehi

8、cles to compare the performance of fuel sexual, engine efficiency, state of charge SOC value range, and pollution emission, and o</p><p>　　Hybrid electric vehicle regenerative braking is an integral part of

9、the control system, therefore, in the final of the hybrid electric vehicle by the regenerative braking control are introduced, and regenerative braking control strategy designed.</p><p>　　Keywords: hybrid el

10、ectric vehicle, fuzzy control, power assist control, torque distribution</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章緒論1</b></p><p><b>　　1.1 概述1</b>&l

11、t;/p><p>　　1.1.1 混合動力汽車概念1</p><p>　　1.1.2 混合動力電動汽車的特點1</p><p>　　1.1.3 混合動力汽車分類2</p><p>　　1.2 混合動力汽車的關鍵問題與發(fā)展前景4</p><p>　　1.2.1 混合動力汽車需要解決的問題和關鍵技術4<

12、;/p><p>　　1.2.2 混合動力汽車的發(fā)展前景5</p><p><b>　　1.3本章小結(jié)5</b></p><p>　　第2章混合動力汽車整車建模6</p><p>　　2.1 混合動力汽車仿真平臺軟件ADVISOR介紹6</p><p>　　2.2 汽車動力學模型7<

13、;/p><p>　　2.3 發(fā)動機模型8</p><p>　　2.4 電動機模型9</p><p>　　2.5 蓄電池模型10</p><p>　　2.6 傳動系模型11</p><p>　　2.6.1 離合器模型11</p><p>　　2.6.2 變速器模型13</

14、p><p>　　2.6.3 驅(qū)動橋模型13</p><p>　　2.7 本章小結(jié)14</p><p>　　第3章 并聯(lián)式混合動力汽車能量管理策略的設計15</p><p>　　3.1 控制策略簡單介紹15</p><p>　　3.1.1 電力輔助控制策略15</p><p>　

15、　3.1.2 實時控制策略17</p><p>　　3.1.3 模糊控制策略17</p><p>　　3.2 模糊控制策略的設計18</p><p>　　3.2.1 設計思想18</p><p>　　3.2.2 模糊轉(zhuǎn)矩控制器設計18</p><p>　　3.2.2.1 隸屬度函數(shù)18&l

16、t;/p><p>　　3.2.2.2 規(guī)則庫19</p><p>　　3.3 整車性能仿真與實驗驗證21</p><p>　　3.3.1 仿真的參數(shù)及測試條件21</p><p>　　3.3.2 模糊控制器在ADVISOR中的實現(xiàn)22</p><p>　　3.3.3 仿真結(jié)果及分析23</p&g

17、t;<p>　　3.3.4 模糊控制策略與電力輔助控制策略進行比較25</p><p>　　3.4 本章小結(jié)26</p><p>　　第4章 再生制動時的能量控制策略27</p><p>　　4.1 再生制動影響因素27</p><p>　　4.2 混合動力汽車再生制動分配27</p><

18、p>　　4.3 混合動力汽車再生制動控制策略28</p><p>　　4.4 本章小結(jié)31</p><p><b>　　全文總結(jié)32</b></p><p><b>　　參考文獻33</b></p><p><b>　　致 謝35</b></p&

19、gt;<p>　　混合動力汽車能量分配控制</p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　1.1 概述</b></p><p>　　1.1.1 混合動力汽車概念</p><p>　　混合動力汽車英文縮寫為 HEV（Hybrid Electric Vehicle

20、)， 根據(jù)國際電工委員會電動汽車技術委員會的建議，對混合動力汽車的定義[1]為：多于一種能量轉(zhuǎn)換器來提供驅(qū)動動力的混合型電動汽車。另外，也可將 HEV 做以下簡單定義，即將電力驅(qū)動和輔助動力單元 APU Auxiliary Power Unit 合用到一輛車上。它繼承了電動汽車低排放的優(yōu)點又發(fā)揚了石油燃料高的比能量和比功率的長處，顯著改善了傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的排放和燃油經(jīng)濟性增加了電動汽車的續(xù)駛里。</p><p>

21、　　要制造低能耗、低污染的新型混合動力汽車，就必須對內(nèi)燃機和電機的相互配合工作進行相應合理的控制，因此，需要良好的能量分配策略。</p><p>　　1.1.2 混合動力電動汽車的特點</p><p>　　混合動力汽車具備多個動力源(主要是內(nèi)燃機和電動機)，并根據(jù)情況將幾個動力源，同時或單個使用以驅(qū)動機動車輛，是當今最具實際開發(fā)意義的低排放和低油耗汽車?；旌蟿恿﹄妱悠嚨膬?yōu)點是：<

22、/p><p>　　（1）采用混合動力后可按平均需用的功率來確定內(nèi)燃機的最大功率，內(nèi)燃機功率不足時，由電池來補充；負荷少時，富余的功率可發(fā)電給電池充電，由于內(nèi)燃機可持續(xù)工作，電池又可以不斷得到充電。因此，續(xù)駛里程和動力性可達到內(nèi)燃機汽車的水平。</p><p>　?。?）與純內(nèi)燃機相比，混合動力汽車采用了高功率的儲能裝置（飛輪、超級電容器或蓄電池等）向汽車提供瞬時能量。 因有儲能裝置，可以方便地

23、回收制動時、下坡時、怠速時的能量。在繁華市區(qū)，可關停內(nèi)燃機，由電機單獨驅(qū)動，實現(xiàn)“零”排放。因此，經(jīng)濟性和排放性明顯改善。</p><p>　?。?）與純電動車相比，空調(diào)、真空助力、轉(zhuǎn)向助力及其它輔助電器，借助原動機動力，無需消耗電池組有限電能，從而保證了乘坐的舒適性。</p><p>　?。?）混合動力汽車技術難度相對較小，成本相對較低。易于滿足未來排放標準和節(jié)能，且目標市場接受度高。&

24、lt;/p><p>　　混合動力汽車的缺點：</p><p>　　(1)由于有多個動力源而成本提高，如何實現(xiàn)多個動力源的配合工作成為混合動力車要解決的關鍵問題。</p><p>　　(2)由于有多個動力源，增加了質(zhì)量和所必需的裝載空間，這就降低了混合動力汽車的有效負載能力。</p><p>　　1.1.3 混合動力汽車分類</p>

25、<p>　　混合動力汽車的分類方法很多，一般最常見的是根據(jù)動力傳動系統(tǒng)布置形式以及按照混合度來進行分類。按照傳動系統(tǒng)布置形式，可以分成串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式。近年來，隨著混合動力技術的發(fā)展，除了串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式的結(jié)構(gòu)以外，越來越多其他型式的混合驅(qū)動系統(tǒng)正在被開發(fā)出來。除按照動力系統(tǒng)各部件的布置方式來分類外，按照“混合度”來對混合動力汽車系統(tǒng)進行分類的方法也被廣泛采用。</p><p>　　雖然到

26、目前為止，尚沒有統(tǒng)一明確的關于“混合度”[2]的定義，但通?；旌隙瓤杀硎緸椋?lt;/p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　其中，為混合度，為電機功率 ，為發(fā)動機功率。</p><p>　　根據(jù)混合度來分類，混合動力汽車可以分為弱混、中混和強混。一般而言，弱混可實現(xiàn)怠速停機、快速啟動發(fā)動機、再生制動和電機助力功能，而強混除

27、了上述功能以外還可以實現(xiàn)純電動行駛功能。</p><p>　　按照動力系統(tǒng)各部件的布置方式來分類，串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式。簡單介紹如下： </p><p>　　1．串聯(lián)式混合動力汽車</p><p>　　串聯(lián)式混合動力汽車的驅(qū)動系統(tǒng)和純電動汽車相類似，它主要是由發(fā)動機、發(fā)電機、蓄電池、電動機和控制器等部件以串聯(lián)方式連接組成。由發(fā)動機帶動發(fā)電機所產(chǎn)生的電能和蓄電池等儲

28、能裝置輸出的電能，共同輸出到電動機來驅(qū)動汽車行駛。因發(fā)動機與驅(qū)動橋無直接的機械連接，只有電動機與其驅(qū)動橋有機械連接，所以電力驅(qū)動是唯一的驅(qū)動模式。串聯(lián)式混合動力汽車的結(jié)構(gòu)形式較為簡單，典型結(jié)構(gòu)如圖1.1所示：</p><p>　　圖1.1 串聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)原理簡圖</p><p>　　2．并聯(lián)式混合動力汽車</p><p>　　并聯(lián)式結(jié)構(gòu)混合動力汽車，其原理驅(qū)動系統(tǒng)原

29、理簡圖如圖1.2所示。發(fā)動機與電動機并聯(lián)，可以同時或單獨驅(qū)動車輪。由于發(fā)動機的機械能可直接輸出到汽車驅(qū)動橋，中間沒有能量的轉(zhuǎn)換，所以系統(tǒng)效率較高，燃油消耗也較少。但發(fā)動機與驅(qū)動橋之間的機械連接，使得發(fā)動機不都是在最佳工況點附近運行，其要受到汽車具體行駛工況的影響。并聯(lián)式HEV也可以在比較復雜的工況下使用，應用范圍比較廣，但是對內(nèi)燃機工作狀態(tài)的優(yōu)化和對能量系統(tǒng)的管理，則提出了更高的要求。</p><p>　　圖1.

30、2 并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)原理簡圖</p><p>　　3．混聯(lián)式混合動力汽車</p><p>　　圖1.3 混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)原理簡圖</p><p>　　混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)原理簡圖如圖1.3所示，其驅(qū)動系統(tǒng)是利用發(fā)動機與電動機驅(qū)動汽車。目前的混聯(lián)式結(jié)構(gòu)，一般以行星齒輪作為動力復合裝置的基本構(gòu)架。將發(fā)動機的動力分成兩份，一部分機械能通過機械傳動輸送給驅(qū)動橋，而另一部分通過發(fā)電機發(fā)

31、電輸送給電動機或?qū)π铍姵爻潆?。在汽車低速行駛時，驅(qū)動系統(tǒng)主要以串聯(lián)方式工作；當汽車高速穩(wěn)定行駛時，則以并聯(lián)工作方式為主?；炻?lián)式混合動力系統(tǒng)，充分發(fā)揮了串聯(lián)式和并聯(lián)式的優(yōu)點。但混聯(lián)式結(jié)構(gòu)復雜、控制繁雜困難、成本高。</p><p>　　1.2 混合動力汽車的關鍵問題與發(fā)展前景</p><p>　　1.2.1 混合動力汽車需要解決的問題和關鍵技術</p><p>　

32、　簡單描述，如下方面[3,4,5]：</p><p>　?。?）因混合動力有多種動力源，如何實現(xiàn)兩種動力的最優(yōu)分配控制是關鍵問題也是癥結(jié)所在。即，發(fā)動機工作在最佳工況區(qū)域、油耗和排污最低、電動機發(fā)揮其最大優(yōu)點、延長蓄電池的使用壽命。</p><p>　?。?）能量存儲裝置。對蓄電池的研究主要圍繞快速充電能力、較高的比能量和比功率、提高充放電效率、降低電池的重量和成本及延長使用壽命等關鍵問題

33、。</p><p>　?。?）混合動力單元技術。要提高混合動力單元燃料經(jīng)濟性，降低排放，目前的研究主要中于：一是燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化；二是尾氣處理技術，主要研究高效的尾氣催化系統(tǒng)；三是代用燃料的研究。</p><p>　　（4）電力驅(qū)動系統(tǒng)。電力驅(qū)動系統(tǒng)是由電機、高壓電路等組成的。電機必須要具有良好的可控性和容錯能力，以及具有低噪聲、高效率的特點。</p><p>　　1

34、.2.2 混合動力汽車的發(fā)展前景</p><p>　　混合動力電動汽車，具備了良好的動力性能，良好的燃油經(jīng)濟性，清潔環(huán)保，經(jīng)濟實用。HEV 既繼承了純電動汽車作為“綠色汽車”的節(jié)能低排放優(yōu)點，又彌補了電動汽車續(xù)駛里程短的缺點，并且生產(chǎn)成本較純電動汽車低，因而成為最近幾年來汽車行業(yè)研究的一個熱點。</p><p>　　雖然它有傳統(tǒng)汽車和電動車不可比擬的優(yōu)點，但是其油—電模式，仍然不可避免的

35、消耗石油資源。從長遠來看，油—電混合電動汽車仍然不能徹底解決能源緊張的問題。只是鑒于電池技術的不成熟和石油的匱乏，混合動力汽車就成了未來主流汽車的一種過渡形態(tài)。盡管如此，混合動力汽車在未來5~10 年內(nèi)仍有廣闊的發(fā)展前景。</p><p><b>　　1.3本章小結(jié)</b></p><p>　　本章首先介紹了混合動力汽車的概念并簡單介紹了其特點，然后較詳細分析了混合動

36、力汽車的分類。指出了混合動力汽車所要解決的關鍵問題，最終，展望了其未來發(fā)展前景。</p><p>　　混合動力汽車整車建模</p><p>　　任何車輛控制系統(tǒng)的構(gòu)成都包括三大組成部分，即控制算法、傳感器技術和執(zhí)行機構(gòu)的開發(fā)。作為控制系統(tǒng)的關鍵，尋求一個能夠為車輛提供良好性能的控制算法，則需要控制理論與車輛動力學的緊密結(jié)合，且主要以計算機建模與仿真分析以及實時控制試驗為研究于段。</

37、p><p>　　本文正是基于MATLAB／SIMULINK環(huán)境下開發(fā)的電動汽車仿真軟件ADVISOR，分別建立了汽車動力學模型、發(fā)動機模型、電動機模型、蓄電池模型和傳動系模型。</p><p>　　2.1 混合動力汽車仿真平臺軟件ADVISOR介紹</p><p>　　ADVISOR是由美國國家再生能源實驗室于1994年為配合PNGV項目而開發(fā)的基于MATLAB／SIM

38、ULINK平臺上運行的混合動力汽車仿真軟件，其界面如圖2.1。下面對ADVISOR的功能，做簡要介紹：</p><p>　?。?）估計汽車的燃油經(jīng)濟性，比較汽車在各種循環(huán)工況下的燃油消耗與排放</p><p>　?。?）考查汽車包括傳統(tǒng)汽車混合動力汽車和電動汽車驅(qū)動鏈之間如何工作</p><p>　?。?）評價混合動力汽車的控制策略，并進行控制參數(shù)優(yōu)化匹配</

39、p><p>　　圖2.1 ADVISOR軟件界面</p><p>　　ADVISOR不僅能夠?qū)旌蟿恿Υ?lián)和并聯(lián)進行仿真，當然也能對傳統(tǒng)汽車進行仿真，還能夠?qū)ο冗M的燃料電池汽車進行仿真。更為強大的是，它提供一個開放的開發(fā)環(huán)境，可以非常方便用戶增加自己所需模塊，并利用其自帶成熟模塊來實現(xiàn)組裝功能增強的車型。</p><p>　　2.2 汽車動力學模型</p>

40、<p>　　汽車動力學模型建立在車輪力平衡基礎之上,同時必須在仿真計算的各個時間段內(nèi)給出功率的平衡式,由汽車動力學方程和功率平衡方程構(gòu)成。</p><p><b>　　(2.1)</b></p><p><b>　　或</b></p><p><b>　　(2.2)</b></p&

41、gt;<p>　　設加速度為a(m/)：</p><p><b>　　(2.3)</b></p><p>　　加速度對時間積分，可得到模型的輸出變量車速</p><p><b>　　(2.4)</b></p><p>　　式中: 為驅(qū)動力；為滾動阻力；為坡道阻力；為迎風阻力；為加速阻力

42、；發(fā)動機扭矩；為電動機扭矩；傳動系傳動比；為主減速器傳動比；為傳動系效率；r為滾動半徑；m為整車質(zhì)量；f為滾動阻力系數(shù)； 為坡度角；為風阻系數(shù)；A為迎風面積；v為車速；為慣性質(zhì)量換算系數(shù)。</p><p>　　對于并聯(lián)混合動力汽車而言,電動機與發(fā)動機的功率之和與車輛行駛阻力功率的平衡式為: </p><p><b>　　(2.5)</b></p><

43、;p>　　式中:為發(fā)動機功率； 為電動機功率。</p><p>　　2.3 發(fā)動機模型</p><p>　　發(fā)動機是混合動力汽車的主要動力源,建立發(fā)動機的模型主要是對發(fā)動機各個工況下的動力性、經(jīng)濟性和污染物排放等性能指標進行預測。發(fā)動機模型主要包括動力學計算模型，油耗和排放計算模型。</p><p>　　1)發(fā)動機動力學模型</p><p

44、><b>　　(2.6)</b></p><p>　　式中，為發(fā)動機產(chǎn)生扭矩；為節(jié)氣門開度；(rad/s)為發(fā)動機轉(zhuǎn)速</p><p><b>　　考慮慣性損失，則：</b></p><p><b>　　(2.7)</b></p><p>　　式中，為發(fā)動機產(chǎn)生扭矩，為發(fā)

45、動機的轉(zhuǎn)動慣量。</p><p>　　2)發(fā)動機油耗和排放計算模型</p><p>　　發(fā)動機油耗和排放計算模型的輸入為發(fā)動機狀態(tài)。，發(fā)動機轉(zhuǎn)速，發(fā)動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　發(fā)動機模型的油耗計算公式：</p><p><b>　　(2.8)</b></p><p><b>　

46、　排放計算公式：</b></p><p><b>　　(2.9)</b></p><p>　　其中，為發(fā)動機單位時間的燃油消耗量(g/s)；為單位時間的污染物的排放量。</p><p>　　由于發(fā)動機冷起動時的油耗和排放要高于發(fā)動機熱機工作的油耗，為了更準確得計算油耗和排放，需要引入溫度校正，定義油耗和排放修正系數(shù)為：</p&

47、gt;<p><b>　　(2.10)</b></p><p><b>　　(2.11)</b></p><p>　　其中，、分別為發(fā)動機冷機的油耗排放校正值和熱機油耗排放值，為發(fā)動機冷卻液溫度關系系數(shù)，為發(fā)動機冷卻液溫度。</p><p>　　2.4 電動機模型</p><p>　

48、　該模型采用順逆序相結(jié)合計算方法，并結(jié)合電機的轉(zhuǎn)矩特性和效率特性的試驗結(jié)果,采用線性求解方法建立仿真模型，建模過程中主要考慮了電機性能限制與電機內(nèi)的熱交換。</p><p>　　在順序計算模型中，根據(jù)電機模型的目標功率計算出可得到輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，工作過程中輸入能量與輸出能量的差值為電機產(chǎn)生的熱能；逆序計算模型中，轉(zhuǎn)化電機目標轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速為目標功率，通過一系列的性能限制，計算滿足車輛運行性能要求的電機運行性能。它共包

49、含六個子系統(tǒng)：轉(zhuǎn)速估計子系統(tǒng)，轉(zhuǎn)動慣量子系統(tǒng)，扭矩限制子系統(tǒng)，扭矩功率比例子系統(tǒng)，扭矩輸出子系統(tǒng)，電熱力學子系統(tǒng)。</p><p><b>　　1、轉(zhuǎn)速估計子系統(tǒng)</b></p><p>　　電機的轉(zhuǎn)速由汽車的行駛狀態(tài)決定:</p><p>　　1)當汽車加速時，電機轉(zhuǎn)速為目標轉(zhuǎn)速： (2.12)</p>&l

50、t;p>　　2)汽車減速或勻速時，電機轉(zhuǎn)速為當前轉(zhuǎn)速： (2.13)</p><p><b>　　2、轉(zhuǎn)動慣量子系統(tǒng)</b></p><p>　　電機工作時，須提供額外的慣性轉(zhuǎn)矩：</p><p><b>　　(2.14)</b></p><p><b>　　式（2.14

51、）中</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　其中，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量；為電機與車輪的轉(zhuǎn)速比；為整車質(zhì)量；為電機轉(zhuǎn)速。</p><p><b>　　3、扭矩限制子系統(tǒng)</b></p><p>　　電機工作特性受到最大工作轉(zhuǎn)矩的限制：</p><

52、p><b>　　(2.15)</b></p><p>　　其中，為電機的目標轉(zhuǎn)矩；為電動機在當前工作狀態(tài)下的最大工作轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　2.5 蓄電池模型</p><p>　　蓄電池作為混合動力汽車的電力能源儲存裝置,為混合動力汽車的驅(qū)動提供動力支持，同時,在減速/制動過程中回收能量,從而實現(xiàn)減少能量消耗的目的。蓄電池的建模方法

53、經(jīng)歷了原始的鉛酸電池模型、內(nèi)阻模型和電阻電容(RC)模型。目前,較為廣泛采用的建模方法是內(nèi)阻模型(RINT)法,</p><p>　　內(nèi)阻模型(RINT)法就是將電池等效為一個電壓源和一個電阻(電池的內(nèi)阻)串聯(lián)而成的開環(huán)電路模型。電池內(nèi)阻模型的結(jié)構(gòu)如圖2.2所示， 模型的輸入為需求功率（W），輸出為實際功率和蓄電池的SOC值。當>0，功率需求為正，電池放電；當<0，功率需求為負，電池充電。</p

54、><p>　　圖2.2 蓄電池模型的等效電路圖</p><p>　　等效內(nèi)阻和蓄電池開路電壓都是SOC和溫度的函數(shù)，在MATLAB中，利用Interpolation內(nèi)插值功能二維查表確定和的值：</p><p><b>　　(2.11)</b></p><p><b>　　(2.12)</b><

55、/p><p><b>　　等效電路基本方程：</b></p><p><b>　　(2.13)</b></p><p><b>　　(2.14)</b></p><p>　　其中，I(A)是蓄電池充放電電流， 是總線電壓，是蓄電池實際輸出電功率。</p><p&

56、gt;　　2.6 傳動系模型</p><p>　　傳動系統(tǒng)模型包括離合器模型、變速器模型(主減速器、差速器)和驅(qū)動橋模型。為車輛產(chǎn)生運動提供所需的推力和牽引力，改變傳動比，使動力總成提供的扭矩適應車輛牽引力的瞬間需求。</p><p>　　2.6.1 離合器模型</p><p>　　膜片彈簧離合器接合過程中通過摩擦實現(xiàn)動力傳遞與中斷，離合器動力傳動系統(tǒng)簡化模型[

57、6]如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 離合器傳動系統(tǒng)數(shù)學模型簡圖</p><p>　　系統(tǒng)動力學方程如下：</p><p><b>　　(2.15)</b></p><p><b>　　(2.16)</b></p><p>　　其中，為發(fā)動機輸出扭矩（）；為離

58、合器實際傳遞扭矩（）；為作用在離合器上的阻力矩（）；為發(fā)動機轉(zhuǎn)速（）；為離合器從動盤轉(zhuǎn)速（）；為發(fā)動機曲軸、飛輪以及離合器主動片的當量轉(zhuǎn)動慣量（）；J為變速箱、差動器、輪胎以及整車在離合器從動軸上的當量轉(zhuǎn)動慣（）；為變速器傳動比；為主傳動比。</p><p>　　離合器模型在ADVISOR仿真軟件上的實現(xiàn)如圖2.4所示，該子系統(tǒng)在汽車中的作用：離合器模塊通常傳送從變速器到發(fā)動機FC的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩要求；同時也傳送實際

59、的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，即從發(fā)動機FC到變速器gearbox。</p><p>　　圖2.4 離合器在ADVISOR中的SIMULINK模塊實現(xiàn)</p><p>　　2.6.2 變速器模型</p><p>　　變速器是汽車中從動力源到車輪的重要傳動部件，將動力系統(tǒng)傳過來的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩通過變速齒輪的減速增矩傳遞到驅(qū)動橋，改變動力輸出的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍，從而滿足汽車不同的行駛

60、條件和工況要求。變速器對傳統(tǒng)汽車和并聯(lián)混合汽車是非常關鍵的，而一般對串聯(lián)混合汽車并不重要。</p><p>　　在ADVISOR中的變速器模塊通常和后驅(qū)(fd)、發(fā)動機(fc)、扭轉(zhuǎn)偶合器(tc)或電機(mc)模型交換物理量信息（如扭矩，轉(zhuǎn)速和功率）。</p><p>　　影響變速器扭矩和轉(zhuǎn)速包括：</p><p>　　1、通過齒輪比減速增扭</p>

61、<p>　　2、齒輪旋轉(zhuǎn)造成扭矩損失</p><p>　　3、加速轉(zhuǎn)動慣量造成扭矩損失</p><p>　　變速器模型在ADVISOR仿真軟件上的實現(xiàn)如圖2.5所示：</p><p>　　圖2.5 變速器在ADVISOR中的SIMULINK模塊實現(xiàn)</p><p>　　2.6.3 驅(qū)動橋模型</p><p&

62、gt;　　驅(qū)動橋處在動力傳動系的末端，其作用是將轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速最終傳遞到驅(qū)動輪。由于模型的輸入輸出關系比較簡單，公式不再羅列。</p><p><b>　　2.7 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章首先簡單介紹了混合動力汽車仿真軟件ADVISOR界面及功能，然后較詳細闡述了并聯(lián)混合動力汽車動力幾個主要部件的數(shù)學模型。由于混合動力系統(tǒng)自身及其各部件之間的協(xié)調(diào)工作復

63、雜，建立系統(tǒng)的精確數(shù)學模型非常困難，因此本章采用了實驗建模為主、理論建模為輔的建模方法。 </p><p>　　第3章 并聯(lián)式混合動力汽車能量管理策略的設計</p><p>　　能量管理策略是混合動力汽車技術的核心部分，混合動力汽車之所以能實現(xiàn)油耗低和排放少，基本依賴于能量管理策略。能量管理策略的主要控制目標是提高汽車的燃油經(jīng)濟性，同時兼顧發(fā)動機排放、蓄電池壽命、駕駛性能及整車成本等多方

64、面的要求，并針對混合動力汽車各部件的特性和汽車的運行工況，使發(fā)動機、電機、蓄電池和傳動系統(tǒng)實現(xiàn)最佳匹配。</p><p>　　并聯(lián)式混合動力汽車的控制策略主要從以下幾個方面考慮的，盡可能在汽車怠速和低速時關閉發(fā)動機，從而充分利用電機的低速大扭矩的特性。在巡航時候，首先使發(fā)動機工作在最佳的高效率區(qū)域內(nèi)，如果需要額外的峰值功率例如當汽車行駛在坡路或加速工況時候，需要利用電機較寬的恒高效功率區(qū)來提供峰值功率。不同的控制

65、策略的針對性不同，比如有的是為了單獨要求發(fā)動機最佳性能的電助力式控制策略，有的為了保護電池組的壽命而特地制定電池能量平衡策略，還有的應用了目前研究比較熱的全局最優(yōu)控制策略、基于神經(jīng)網(wǎng)絡控制以及其他智能控制方式。</p><p>　　對于并聯(lián)式混合動力汽車而言，控制策略較為常用的幾種為：電力輔助控制策略、自適應控制策略、模糊控制策略。本文采用的既是模糊控制策略，并將仿真結(jié)果與電力輔助控制策略進行比較。</p&

66、gt;<p>　　3.1 控制策略簡單介紹</p><p>　　3.1.1 電力輔助控制策略</p><p>　　電力輔助控制策略是以發(fā)動機為主驅(qū)動源，電機為輔助驅(qū)動源。使發(fā)動機在高效區(qū)域內(nèi)工作，電機對發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)矩起進行削峰填谷，同時維持蓄電池的荷電狀態(tài)處于允許的工作范圍。該控圖2示出蓄電池組處于不同荷電狀態(tài)，在電力輔助控制策略的作用下，與車速相關的發(fā)動機的工作狀態(tài)

67、[4]。</p><p>　　電動助力控制策略的要點具體可以表述為：</p><p>　　(1)當汽車行駛速度低于某一速度時，或當需要的轉(zhuǎn)矩低于發(fā)動機優(yōu)化區(qū)域的最小扭矩點時，電機成為單一的驅(qū)動源，發(fā)動機關閉；</p><p>　　(2)當工況需要的轉(zhuǎn)矩介于發(fā)動機優(yōu)化區(qū)域的上下限情況時，發(fā)動機單獨工作；</p><p>　　(3)當需求轉(zhuǎn)矩超過

68、當前轉(zhuǎn)速對應的發(fā)動機的優(yōu)化區(qū)域的最大轉(zhuǎn)矩時，發(fā)動機工作在上限水平，電機作為輔助驅(qū)動源，提供峰值轉(zhuǎn)矩，實行聯(lián)合驅(qū)動；</p><p>　　(4)當電池荷電狀態(tài)SOC值低于下限，而發(fā)動機能提供多余轉(zhuǎn)矩時，電機在發(fā)動機驅(qū)動下以發(fā)電方式運行，為電池充電；</p><p>　　圖3.1 SOC<CS_lo_SOC情況下發(fā)動機隨車速的工作狀態(tài)</p><p>　　圖3.

69、2 SOC>CS_lo_SOC情況下發(fā)動機隨車速的工作狀態(tài)</p><p>　　(5)再生制動過程中，電機以發(fā)電方式工作，提供制動轉(zhuǎn)矩，同時將回收的能量回饋入電池組。</p><p>　　電力輔助控制策略將發(fā)動機限制于優(yōu)化工作區(qū)域，同時保證電池的荷電狀態(tài)SOC值處在一定范圍內(nèi)。較好的考慮了充電的效率和力度，充電轉(zhuǎn)矩隨電池荷電狀態(tài)值的大小而變化，但發(fā)動機優(yōu)化區(qū)域過大，受控制策略本身要

70、求所限，不免會劃分過大的優(yōu)化區(qū)域，使控制較為粗略；對電池荷電狀態(tài)值控制過嚴，而發(fā)動機也因為受電池的狀態(tài)的制約較為被動。電力輔助控制策略的出發(fā)點是保證發(fā)動機工作在較高效率區(qū)，由電動機來提供余下的功率，沒有考慮到電機的效率和發(fā)動機產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)化為電能的效率，也沒有充分考慮排放問題。</p><p>　　3.1.2 實時控制策略</p><p>　　并聯(lián)實時控制策略同時考慮了發(fā)動機的燃油消

71、耗和排放，在每一時間步，都根據(jù)這一規(guī)則將扭矩需求合理的分配給發(fā)動機和電機，以達到優(yōu)化燃油消耗和排放的目的。實時控制策略就是在已知混合動力車輛驅(qū)動系統(tǒng)各個部件特性的基礎上，在任意時刻，通過實時比較各個工作模式的整體效率來決定各個部件的工作狀態(tài)，以使在整個系統(tǒng)的能量流動過程中能量損失最小。</p><p>　　這一控制策略具體可以表述為：</p><p>　　1）當車速低于某一最小車速時，由電

72、機提供全部驅(qū)動力。</p><p>　　2）當車速大于最小車速，并且行駛需要扭矩小于電機的最大扭矩時，根據(jù)發(fā)動機的燃油消耗率和電池的能量當量來決定工作的動力源。</p><p>　　3）當行駛需要扭矩大于電機的最大扭矩，并且小于發(fā)動機在給定轉(zhuǎn)速下所能產(chǎn)生的最大扭矩時，由發(fā)動機獨自提供全部驅(qū)動力。發(fā)動機是否驅(qū)動電機對電池充電，取決于電池的SOC以及此時電池和電機的效率。在這種情況下，也可以利

73、用能量當量的概念加以判斷。即，將發(fā)動機用來充電的那部分能量計算出其中的有用能量，然后給出發(fā)動機在電池充電狀態(tài)下的等量的燃油消耗率，與發(fā)動機不對電池進行充電時的燃油消耗率加以比較，選擇燃油消耗率較小的工作模式。</p><p>　　4）當行駛需要扭矩大于發(fā)動機在給定轉(zhuǎn)速下所能產(chǎn)生的最大扭矩時，由電機提供扭矩助力。</p><p>　　5）減速時，根據(jù)減速請求，部分回收制動能量。</p&

74、gt;<p>　　在實際中，燃油消耗和排放同時達到最優(yōu)化是不可能的，這種控制策略實際上是兩種情況的折衷。對于汽油機來說，燃油消耗和排放同時達到較好的水平，這種情況是很少的，在發(fā)動機的Map圖上是一塊很小的區(qū)域，而實際車輛運行情況非常復雜，要想保證發(fā)動機僅在那個很小的區(qū)域下運行時不可能的，故而燃油經(jīng)濟性和排放同時最優(yōu)受到限制。</p><p>　　3.1.3 模糊控制策略</p>&

75、lt;p>　　模糊邏輯控制策略的出發(fā)點是通過綜合考慮發(fā)動機、電動機及電池的工作效率來實現(xiàn)混合動力系統(tǒng)的整體效率最高。部分主要控制規(guī)則具體可以表述為：</p><p>　　(1)所需功率近似為當前轉(zhuǎn)速下發(fā)動機最優(yōu)功率時，電機基本不工作。</p><p>　　(2)所需功率大于最優(yōu)功率一定值時，發(fā)動機工作點位于最優(yōu)工作點附近，余下的部分功率由電機提供，同時使電機運行效率也在較高范圍內(nèi)。&

76、lt;/p><p>　　(3)SOC超出限定值時，采取相應措施，使其回到正常范圍。</p><p>　　3.2 模糊控制策略的設計</p><p>　　混合動力汽車的工作過程是一個實時的，具有不確定性、不精確性，工作過程中存在較大噪聲，混合動力汽車能量管理系統(tǒng)是個復雜的非線性系統(tǒng)。如果采用常規(guī)的邏輯門限值控制策略很難從精確定量的尺度上確定相關控制參數(shù)的值，從而不能達到

77、驅(qū)動系統(tǒng)的效率的全局最優(yōu)。模糊邏輯控制策略是基于規(guī)則的即時控制策略,它不依賴系統(tǒng)精確的數(shù)學模型,大大增加了控制的自由度,有很強的魯棒性,能很好解決非線性復雜問題,故比較適用于并聯(lián)式混合動力電動汽車。</p><p>　　3.2.1 設計思想</p><p>　　模糊控制[7]P166-261,[8]P259-265（Fuzzy Logic Control縮寫為FLC）是以模糊集合論、模糊

78、語言變量以及模糊邏輯推理為基礎的一種智能控制方法,它的知識模型是由一組模糊推理產(chǎn)生的規(guī)則構(gòu)成的,模糊規(guī)則是基于專家經(jīng)驗建立起來的。 本文設計模糊邏輯控制策略的出發(fā)點在于兼顧發(fā)動機最高效率和最優(yōu)排放，且控制目標：</p><p>　　控制發(fā)動機工作于高效工作區(qū)，避免發(fā)動機頻繁起動和關閉；</p><p>　　保持主電機工作在高效率區(qū)，同時維持電池荷電狀態(tài)SOC在一定的范圍，避免過度的充放電導

79、致電池受損。</p><p>　　3.2.2 模糊轉(zhuǎn)矩控制器設計</p><p>　　本文采用Mamdani模糊控制方法。模糊控制器的輸入為車輛需求轉(zhuǎn)矩T_req和電池荷電狀態(tài)SOC，輸出為期望引擎轉(zhuǎn)矩T_ice。</p><p>　　3.2.2.1 隸屬度函數(shù)</p><p>　　輸入變量隸屬函數(shù)主要根據(jù)引擎、蓄電池的工作效率圖來確定。

80、為了簡化計算，便于實時對車輛進行在線控制，本文采用三角形隸屬度函數(shù)。</p><p>　　圖3.3所示為需求轉(zhuǎn)矩隸屬度函數(shù)。當轉(zhuǎn)矩需求比較小時(圖中T1和T2區(qū)域)，引擎工作于低效區(qū)，從降低能耗和污染排放的角度考慮，應首選電機驅(qū)動；當轉(zhuǎn)矩需求中等時(圖中T3到T7區(qū)域)，發(fā)動機單獨工作；當轉(zhuǎn)矩需求較大時(圖中T8到T11區(qū)域)，分為兩種情況考慮：</p><p>　　(1)電池的SOC足夠

81、高的前提下，發(fā)動機工作在最優(yōu)轉(zhuǎn)矩曲線上，不足的轉(zhuǎn)矩由電機提供；</p><p>　　(2)電池的SOC偏低時，引擎提供全部轉(zhuǎn)矩而電機不提供牽引力，等到負載較小時再由引擎給電池充電。</p><p>　　圖3.4所示為電池荷電狀態(tài)隸屬度函數(shù)。當電池的SOC處于最優(yōu)范圍時(圖中S7區(qū)域)，電池的工作效率最高，此時電機既可以工作于發(fā)電狀態(tài)也可以工作于牽引狀態(tài)；當電池的SOC較低時(圖中S3到S6

82、區(qū)域)，應盡量對電池充電，使其工作點轉(zhuǎn)移到高效工作區(qū)；當電池的SOC很低時(圖中S1和S2區(qū)域)，電機不再提供牽引力；反之，電池的SOC很高時(圖中S10和S11區(qū)域)，在回收制動能量時電機不能工作于發(fā)電狀態(tài)。</p><p>　　3.2.2.2 規(guī)則庫</p><p>　　根據(jù)前面條件，建立“IF—THEN”型的規(guī)則庫，見下面的模糊邏輯控制表3.1例</p><p

83、>　　如從表中可以看到第一條規(guī)則可以解釋為，當荷電狀態(tài)SOC位于S1區(qū)域且需求轉(zhuǎn)矩位于T1區(qū)域時，則輸出引擎轉(zhuǎn)矩T_ice位于U7區(qū)域，表示發(fā)動機工作在目標轉(zhuǎn)矩，多出來的能量用于給電池充電。</p><p>　　表3.1 模糊規(guī)則</p><p>　　If Torque is T1 and SOC is S1,Then Tic is U6；</p><p>

84、　　If Torque is T1 and SOC is S2,Then Tic is U6；</p><p>　　If Torque is T1 and SOC is S3,Then Tic is U6；</p><p><b>　　…</b></p><p><b>　　…</b></p><p&g

85、t;　　If Torque is T11 and SOC is S11,Then Tic is U7；</p><p>　　本文模糊控制器采用min-max法進行模糊推理，最后用加權平均法來解模糊。將其用MATLAB中M文件程序?qū)崿F(xiàn)。</p><p><b>　　程序流程圖如下：</b></p><p>　　圖3.6 程序流程圖</p&g

86、t;<p>　　3.3 整車性能仿真與實驗驗證</p><p>　　3.3.1 仿真的參數(shù)及測試條件</p><p>　　選用某型并聯(lián)混合動力汽車進行仿真和動力性能測試實驗，樣車參數(shù)配置如下：風阻系數(shù)0.28，迎風面積2.5；總重量1233kg(包括載荷136kg)；發(fā)動機為電控汽油發(fā)動機，排量1L，額定功率41kw，峰值效率為0.34；電機為交流感應電機，額定功率75k

87、w，峰值效率為0.92；PB蓄電池16V 26Ah，共25塊，額定容量650Ah，蓄電池的高效工作區(qū)間的SOC值為0.5-0.7。本節(jié)首先將所設計的模糊控制管理模塊在NEDC循環(huán)工況下進行仿真。然后與電力輔助控制策略在不同的循環(huán)路況下的各個指標進行比較。 </p><p>　　仿真道路選用CYC_NEDC循環(huán)（見圖3.6），總行程6.79 miles，時間1184 s，最大車速74.56 miles/h。橫坐標為

88、行使時間，縱坐標為行駛速度。在整個循環(huán)路況中，共停車13次，800 s之后速度明顯增大且大于40 miles/h。</p><p>　　3.3.2 模糊控制器在ADVISOR中的實現(xiàn)</p><p>　　由于ADVISOR軟件有開放性代碼，所以本文對原先的模塊進行二次開發(fā)，這樣可以利用軟件自帶的成熟的模塊，而不需我們再進行編寫。我們在原ADVISOR的并聯(lián)型混合動力汽車的頂層模塊圖3.

89、7所示的基礎上進行修改并用模糊控制器模塊替換原圖中控制器模塊。</p><p>　　將編寫好的my_fuzzy.m文件導入MATLAB Function模塊中去，實現(xiàn)模糊控制。其中，圖3.8中的input Scaling 和output scaling是對控制器中的輸入和輸出做相應的比例變換。</p><p>　　圖3.8 模糊控制器的SIMULINK仿真的實現(xiàn)</p>&

90、lt;p>　　3.3.3 仿真結(jié)果及分析</p><p>　　在ADVISOR2002仿真平臺上進行仿真研究，仿真結(jié)果如下所示：</p><p>　　圖3.9顯示電池荷電狀態(tài)SOC在整個循環(huán)工況中的變換曲線。其SOC曲線平滑變化，初始值約為0.7，最終SOC值約為0.61，波動大小為0.075，基本實現(xiàn)充放電平衡。在0s-700s時間段內(nèi)，因汽車速度低，電機參與提供轉(zhuǎn)矩，所以荷電狀

91、</p><p>　　圖3.9 電池荷電狀態(tài)SOC值曲線</p><p>　　態(tài)SOC值持續(xù)下降。而在700s以后，發(fā)動機工作于最優(yōu)區(qū)域，且對蓄電池進行充電，因此，SOC值基本維持一定范圍而變化較小。</p><p>　　圖3.10顯示污染物（HC、CO、NOx、PM等）排放在整個循環(huán)路況中的排放情況?？傮w看，還是汽車啟動時污染物排放量大。但在汽車完全啟動之后，污

92、染物排放明顯減少，在800s后，因汽車速度迅速加大，污染物排放量也跟著增大。</p><p>　　從圖3.12可知：電機轉(zhuǎn)矩隨循環(huán)行駛工況正負變化，電動機起到了輔助動力和能量回收功能。在循環(huán)工況的100到800秒階段，電機輸出轉(zhuǎn)矩隨著負載的降低而逐漸減小。發(fā)動機擔負了大部分的負載轉(zhuǎn)矩。電機只有在急劇加速或回收制動能量的時刻工作。 </p><p>　　從圖3.13 可知：在模糊邏輯控制下，

93、發(fā)動機的工作點非常集中，發(fā)動機的波動較小，有利于提高發(fā)動機的效率。</p><p>　　3.3.4 模糊控制策略與電力輔助控制策略進行比較</p><p>　　模糊邏輯控制策略嵌入ADVISOR模塊后，可以對其控制效果進行比較。選擇同樣的混合動力汽車參數(shù)配置(如表2所示)，將其分別與電力輔助控制策略在不同的道路循環(huán)下加以仿真比較。各種性能的結(jié)果比較如表3.2所示,表中模糊邏輯控制以FLC

94、表示,電力輔助控制以EAC表示。</p><p>　　表3.2 模糊控制策略與電力輔助控制策略的仿真性能比較</p><p>　　FLC---模糊控制策略 EAC---電力輔助控制策略</p><p>　　從荷電狀態(tài)SOC變化范圍看，模糊控制策略下的循環(huán)條件下SOC變化范圍更小,這可以延長電池的使用壽命；

95、發(fā)動機效率方面，模糊控制下發(fā)動機效率明顯高于電力輔助控制策略；從每百公里燃油量方面看，耗油量明顯減少，提高了燃油經(jīng)濟性；排放污染物方面，模糊控制策略各個指標的排放量都小于電力輔助控制策略的相應的指標。由此可見,模糊控制策略確實能同時兼顧發(fā)動機效率和排放兩方面，模糊控制能很好地實現(xiàn)混合動力汽車的性能優(yōu)化。</p><p><b>　　3.4 本章小結(jié)</b></p><p

96、>　　本章首先簡單介紹了并聯(lián)混合動力汽車常用的、具有代表性的幾種控制策略，然后對這幾種控制策略進行的了較詳細地研究和對比，分析了這些控制策略優(yōu)、缺點。在以上工作的基礎上設計模糊控制器來控制混合動力汽車的能量分配，使發(fā)動機工作于高效率區(qū)，并維持蓄電池的荷電狀態(tài)SOC在一定范圍。最后將模糊控制管理策略在不同循環(huán)工況（文中為NEDC新歐洲循環(huán)路況）上進行仿真，并將實驗結(jié)果于電力輔助控制管理策略下的進行比較。仿真結(jié)果表明：模糊邏輯的應用對

97、于提高發(fā)動機、蓄電池和電動機的整體工作效率非常有利，而且有助于改善排放性能。且模糊控制策略各個方面都要優(yōu)于電力輔助控制策略。</p><p>　　第4章 再生制動時的能量控制策略</p><p>　　并聯(lián)式混合動力能量控制系統(tǒng)除了驅(qū)動能控制部分外，再生制動能量的控制也是一個重要組成部分。上文只涉及到驅(qū)動時部件之間的能量分配，并未涉及到制動時電機再生制動和摩擦制動力之間的分配，這對汽車制動

98、安全及提高整車能量利用效率都是十分重要的。</p><p>　　4.1 再生制動影響因素</p><p>　　在制動過程中，希望最大限度的回收能量，然而實際上，并不是所有的制動能量都可以回收，只有驅(qū)動輪的制動能量可以沿著與之相連接的驅(qū)動軸傳送到能量存儲系統(tǒng)。從總體上看，影響混合動力汽車再生制動的主要因素包括以下幾個方面:</p><p>　　(1)電機。電機是影響

99、再生制動的主要因素之一，電機的制動能力越強，在分配再生制動和摩擦制動之間的比例關系時，可以使再生制動的比例增大，從而增加回收的再生制動能量。</p><p>　　(2)鎳氫電池。能否將電機所發(fā)出的電能全部、快速的吸收是研究和設計再生制動系統(tǒng)最重要和急需解決的問題之一。</p><p>　　(3)控制策略?？刂撇呗跃蜎Q定了再生制動能量回收的多少。控制策略規(guī)定了前后輪制動力以及再生制動和摩擦制

100、動的比例關系。</p><p>　　(4)使用環(huán)境。并聯(lián)式混混合動力汽車行駛環(huán)境包括路況和車輛的當前狀態(tài)等。</p><p>　　4.2 混合動力汽車再生制動分配</p><p>　　混合動力汽車定比例制動力分配控制策略是在傳統(tǒng)汽車定比例制動力分配控制策略基礎上發(fā)展起來的，傳統(tǒng)汽車前后輪制動器制動力分配關系：</p><p><b&g

101、t;　　(4.1)</b></p><p>　　式中：——前輪制動力（N）；</p><p>　　——后輪制動力（N）；</p><p>　　——總制動力（N）；</p><p>　　——制動力分配系數(shù)。</p><p>　　對于前輪驅(qū)動的混合動力汽車，本文中前后軸制動力分配采用理想制動力分配。在前后軸制動

102、力分配好后，再對前后軸的再生和摩擦制動進行二次分配。其制動力分配示意圖[9,10]如圖4.1。</p><p>　　圖4.1 制動力分配示意圖</p><p>　　故，引入再生制動力分配系數(shù)，其大小定義如式：</p><p><b>　　(4.2)</b></p><p>　　式中：——電機制動轉(zhuǎn)矩在前車輪處產(chǎn)生的制動

103、力，即，再生制動力（N）。</p><p>　　因此，混合動力汽車各個制動力的分配關系：</p><p><b>　　(4.3)</b></p><p>　　式中：——前輪摩擦制動力（N）；</p><p>　　——后輪摩擦制動力（N）；</p><p><b>　　——制動強度。<

104、;/b></p><p>　　4.3 混合動力汽車再生制動控制策略</p><p>　　混合動力汽車的整車制動力由摩擦制動力和電機再生制動力構(gòu)成。對于前驅(qū)車輛，后輪始終為摩擦制動，因此前輪制動力可由前輪再生制動力加摩擦制動力提供。為最大程度回收制動能量，應盡可能使用再生制動。當所需的制動力超過電機所能提供的最大再生制動力時，由摩擦制動提供超出的制動力，在制定再生制動控制策略的時候應

105、考慮汽車制動的安全性以及電池SOC值[10]。</p><p>　　(1)制動踏板的動作時，首先判斷電池的SOC值，如果SOC＞0.8，就采用傳統(tǒng)摩擦制動，及前后輪制動都采用摩擦制動。如果SOC≤0.8，進行電機再生制動。</p><p>　　(2)由制動踏板位移可算出制動強度z</p><p>　　A、制動強度z≤0.1時，為盡可能多地回收制動能量，此時后輪無制動

106、力，整車制動力全由前輪再生制動力提供。</p><p>　　B、制動強度0.1＜z＜0.7時，電機不能提供足夠的再生制動力，在保證制動安全條件下，前輪制動力由電機再生制動力和摩擦制動力聯(lián)合產(chǎn)生。</p><p>　　C、當制動強度z≥0.7時，為保證汽車緊急制動時的安全性，無電機再生制動，整車制動力全部由摩擦制動力產(chǎn)生。</p><p>　　圖4.2 再生制動控制

107、邏輯</p><p>　　再生制動控制策略在ADVISOR中實現(xiàn)，如圖4.3所示。</p><p>　　圖4.3 再生制動控制策略</p><p>　　驗證再生制動控制策略的可行性，給電池的SOC初始值為0.5，仿真結(jié)果如下圖。相對于SOC初始值為0.7的工況，電機的荷電狀態(tài)SOC值過小，不能提供額外的轉(zhuǎn)矩用以驅(qū)動，因此，發(fā)動機更常處于工作狀態(tài)，電機更多的處于發(fā)電

108、狀態(tài)。電池的SOC值在整個仿真過程中的整體是一個變大的趨勢。電機發(fā)電能量主要來源于兩個方面，一個是發(fā)動機多余的功率(利用發(fā)動機多余的功率可提高發(fā)動機的效率)，另外是再生制動能量的回收。在整個工況循環(huán)結(jié)束時SOC值變?yōu)榱?.54，增大了0.04。</p><p>　　圖4.4 循環(huán)工況下SOC的變換范圍</p><p>　　圖4.5 發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩變化曲線</p><

109、p>　　圖4.6 電機輸出轉(zhuǎn)矩變化曲線</p><p>　　觀察整個循環(huán)路況中電機輸出轉(zhuǎn)矩的變化曲線相對于荷電狀態(tài)SOC的初始值為0.7的工況，在轉(zhuǎn)矩輸出有很大差別，電機的輸出轉(zhuǎn)矩基本都為負，因此，電機一直處于充電狀態(tài)，進而為電池充電，增大了荷電狀態(tài)SOC的值。</p><p><b>　　4.4 本章小結(jié)</b></p><p>　

110、　本章只簡單介紹了混合動力汽車的再生制動制動力的分配，又較簡單了解再生制動控制策略。本文的設計重點雖然主要在驅(qū)動能控制方面，但是作為完整的并聯(lián)式混合動力能量控制系統(tǒng)的重要組成部分之一，再生制動能控制的設計也是必不可少的。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　局限于汽油緊缺和電池技術不成熟，融合了傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車和純電動汽車優(yōu)點的混合動力汽車，可

111、以在短期內(nèi)有效地降低污染物排放和提高燃油經(jīng)濟性，因此，其是解決當前能源危機和環(huán)保問題最好的方式?；旌蟿恿ζ囀且粋€集成電氣、機械、化學和熱力學等為一體的復雜系統(tǒng)。如何實現(xiàn)發(fā)動機和電機兩個動力源高效率協(xié)調(diào)的工作，是混合動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)設計的關鍵所在。本文結(jié)合廣大學者的研究成果，進行了PHEV模糊控制器的設計。概括起來，本文主要完成的內(nèi)容和取得的成果如下：</p><p>　　（1）深入研究比較混合動力汽車的分類和特

112、點以及優(yōu)缺點，最終本文選擇單軸并聯(lián)混合方式作為全文的設計對象。</p><p>　?。?）以美國可再生能源實驗室在MATLAB/SIMULINK軟件環(huán)境下開發(fā)的電動汽車仿真軟件ADVISOR為基礎，深入分析了混合動力系統(tǒng)中的主要子系統(tǒng)的數(shù)學模型，如整車動力學模型、發(fā)動機模型、電機模型、蓄電池模型、傳動系模型等，為后面的控制策略設計奠定了理論基礎。</p><p>　　（3）比較不同控制策略

113、的工作方式和優(yōu)缺點，由于模糊控制對于高度非線性的復雜問題，具備良好的魯棒性，非常適合混合動力汽車能量管理系統(tǒng)的控制。本文利用.M文件編寫程序，通過嵌入ADVISOR軟件中，利用軟件中成熟的模塊，完成模糊器的設計。在新歐洲循環(huán)路況NEDC條件下仿真，對荷電狀態(tài)SOC值、污染物（HC、CO、NOx等）、發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩等指標進行研究。并將模糊控制策略下的各性能指標與電力輔助控制策略進行比較。分析結(jié)果表明相對于電力輔助控制策略，該策略能有效提高