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1、混合动力汽车动力总成系统分析与控制策略制定毕业论文目录毕业设计（论文）任务书I摘要IIAbstractIII第1章 绪论1 1.1 课题背景及意义1 1.2 混合动力汽车概述31.2.1 混合动力汽车的概念及特征31.2.2 混合动力汽车的分类4 1.3 HEV动力总成控制系统研发概况61.3.1 HEV动力总成控制策略概述61.3.2 应用于控制系统开发的新技术71.4 论文主要研究容10第2章 HEV动力总成系统分析与设计112.1本文混合动力汽车的设计要求112.2 HEV动力总成控制系统分析122.2.1 控制系统的功能分析122.2.2 控制系统开发流程132.3 HEV动力总成的设
2、计思路142.4 本文HEV动力总成系统的结构形式152.4.1 可选结构形式分析152.4.2 本文所采用行形式162.5 本文HEV动力系统的部件选型182.6 本章小节21第3章HEV动力总成控制策略的研究与制定223.1 并联式HEV动力总成控制策略的分析比较223.1.1 基于规则的稳态优化控制策略223.1.2 基于实时控制的动态控制策略253.1.3 基于模糊控制的智能控制策略273.1.4不同控制策略间的分析与比较293.2 本文HEV动力总成控制策略的制定303.2.1 混合动力汽车运行模式分析303.2.2 控制思路和控制方法的确定333.3 转矩管理策略的实现343.3.
3、1驱动方式下的策略实现353.3.2 制动方式下的策略实现363.3.3转矩管理策略总流程图403.4 换挡控制策略的制定42第4章 总结与建议44参考文献45致谢46附录：外文翻译资料47 .专业.专注. 第1章 绪论1.1 课题背景及意义随着世界经济的飞速发展，人们生活水平日益提高，汽车逐渐成为人类生活的重要交通工具，汽车保有量也急剧增加。然而汽车在为人们带来方便、快捷、舒适的同时，也带来了严重的环境污染和资源的急剧消耗。目前，世界上各种汽车的保有量超过了8.5亿辆，每年新生产的各种汽车约6400万辆，按平均每辆车年消耗10到15桶石油及石油制品计算，汽车的石油消耗量每年达85至127亿桶
4、，约占世界石油产量的一半。石油资源的开采每年达几十亿吨，经过长期的现代化大规模开采，石油资源日渐枯竭，按科学家预测，地球上的石油资源如果按目前的开采水平，仅仅可以维持60到100年左右。2007年我国进口石油近2亿吨，预计到2020年前后我国的石油进口量有可能超过日本，成为亚太地区第一大石油进口国。国务院发展研究中心预测，预计到2010年和2020 年，我国汽车消耗石油为1.38亿吨和2.56亿吨，约占全国石油总消耗量的43%和67，因此能源危机是我们必需面对的重要问题，而可持续发展和环境保护问题也得到了世界性的普遍关注，环保和节能业已成为新世纪汽车发展的主题。电动汽车以电能作为主要动力源，具
5、有清洁、高效等优点，而且能利用煤炭、水力等其它非石油资源，因此得到了世界各国的广泛认可，成为当今环保、节能汽车的主要研究方向。电动汽车总的发展目标是生产出在性能和价格上都能媲美于传统燃机汽车的交通工具，也就是说，未来的电动汽车必须在续航里程、动力性能、安全性能和无故障行驶等方面达到或超过传统汽车，并且在购买价格和行驶费用等方面具有竞争性，从而才能取代传统燃机汽车成为下一代的主流交通工具。目前电动汽车有纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车三种发展形式，它们处于不同的发展阶段，具有各自不同的特点。其中纯电动汽车能完全实现无污染和零排放，远景诱人，但受制于当今蓄电池技术的发展水平，仍然存在着续航里
6、程少、价格昂贵、需长时间充电等缺点。从长远来看，氢能源燃料电池无疑是解决以上问题的良好途径，但就目前而言，燃料电池技术还远未成熟，相应的基础设施建设也有待开展，其大规模生产和商业化应用仍需假以时日。在此背景之下，综合了纯电动汽车和燃机汽车优点的混合动力汽车得到了广泛的发展，成为清洁汽车阵营中不可忽视的力量。混合动力汽车将燃油的高能量密度特性和电能的高功率密度特性相结合，利用两种能量源的特性互补，实现了系统综合性能的改善与提高。与传统燃机汽车相比，混合动力汽车的排放性和燃油经济性有显著提高，动力性能与续航能力却并无二致，而且还能带来更为舒适的驾乘感受，运行于复杂的城市工况下，其燃油经济性与排放性
7、的优势将更为明显。正因为HEV具有以上优点，促使全球主要国家和公司投入大量科研力量从事HEV的开发。近10年来，美国、欧洲、日本等国政府和跨国公司已投入超过100亿美元的资金，并且以每年不少于10亿美元的力度继续投入。下面具体介绍各国的相关研究情况。在日本，1995年5月日产公司开发出了可以使续驶里程增加一倍的串联式混合动力型微型轿车。丰田公司的Coaster从1997年8月开始销售，至2001年3月末，约售出40辆。丰田公司的Prius从1997年12月开始在国销售，至2001年8月末，约售出53 ,400辆。在2003年纽约国际车展上，日本丰田公司展出了采用第二代丰田混合动力系统 (Toy
8、ota Hybrid System, THS II)的混合动力轿车Prius2004，THS II采用了500V的高压动力电，驱动电动机的最大功率可达50KW。在美国，自1990年以来，由于环境问题以及美国加州“零排放车辆法”的推行，各大汽车厂商更加注重对电动汽车的开发。1993年9月，美国能源部和三大汽车公司牵头成立了“新一代汽车伙伴关系（PNGV）”，美国政府通过PNGV与汽车界达成了多种合作研究、开发协议，并协调政府有关部门，国家实验室和三大汽车公司的人力、物力资源，开展高效节能汽车包括HEV的研究。通用汽车公司于2004年在美国部分州推出了“Silverado”和“GMC Sierra
9、”等简易型混合动力汽车，并将在2006年推出“Saturn VUE Green Line”。同时，它还与戴姆勒克莱斯勒公司合作，计划于2007 年研发出双模式完全混合动力技术系统。福特汽车公司1998年开发出了福特P2000型5座并联式混合动力电动汽车。2003年，福特汽车公司又推出了名为“freestly”的混合动力汽车。在欧洲，大众汽车公司推出Chico牌混合动力电动微型汽车，该轿车在城市行驶平均能量消耗每100km为3.2L。法国雷诺公司研制的VERT和HYMME两款混合动力电动汽车已在法国接受了10000km的运行试验。瑞典沃尔沃公司也开发出基于沃尔沃FL6卡车改装的混合动力电动汽车,
10、 最高时速可达90km。在我国，HEV的研究起步较晚，但是近年来得到了政府、企业、高校和科研院所的高度重视。2001年，为维护我国能源安全，改善大气环境，提高我国汽车工业竞争力，力争实现我国汽车工业的跨越式发展，科技部在“十五”国家科技计划中设立电动汽车重大专项，从发展我国汽车产业的战略高度，选择新一代电动汽车技术作为创新的主攻方向，组织企业、高等院校和科研机构联合攻关。1.2 混合动力汽车概述1.2.1 混合动力汽车的概念及特征根据国际机电委员会下属的电力机动车技术委员会的建议，HEV的定义为：由两种或两种以上的储能器、能源或转换器作驱动能源，其中至少有一种能提供电能的车辆。在汽车行驶过程中
11、，需求功率将依据实际行驶情况由这些驱动系统单独或共同提供。其基本原理是采用适当的燃料转换装置(如汽油机、柴油机等)、储能装置和电动机作为混合动力源，在动力总成控制系统的管理和优化下，通过不同动力源间的协调配合，使它们能尽可能的在高效率、低能耗区域工作，从而提高整个动力总成系统的能量利用效率。 相比纯电动汽车，混合动力汽车继承了传统燃机汽车在动力性能、续航能力等方面的优势，同时又具有制动能回收与再生利用以及超低排放行驶等纯电动汽车的优点;而相比传统燃机汽车，在混合动力汽车中由于电动机的协同工作，发动机能较多的工作在排放和油耗较低的工况区域，从而避免了在不利工况下运行所带来的高油耗和高排放。从混合
12、动力汽车的典型工作过程来看(如图1.1所示)，其具体特征可归结为以下四点:(1)动力总成控制系统能根据汽车的不同行驶工况，控制发动机和电动机在优化的工作区间运行，同时维持储能装置中的能量在一定水平，避免了汽车的外部充电;(2)汽车爬坡或急加速行驶时，由电动机提供额外的输出功率，与发动机共同驱动汽车行驶；(3)汽车起步、怠速或低速行驶时，发动机关闭，由电动机单独驱动汽车，实现整车的零排放运行;(4)汽车减速制动时，电动机以发电状态运行，回收部分制动能量，并以电能的形式重新存储在储能装置中，实现能量的再生利用。图1.1混合动力汽车的典型工作过程1.2.2 混合动力汽车的分类目前国外研究的HEV有多
13、种结构，其分类方法一般有两种：按混合度分类和按动力系统布置分类。混合度是指电动机功率与发动机功率的比值。根据混合度，HEV可分为：弱混合和强混合两类。两者均具有怠速停车、再生制动和电动机辅助功率功能。除此之外，强混合还具有纯电动行驶功能。通常混合度越高，燃油经济性越高，排放越低。本田Civic的混合度为15.9%，是弱混合的典型车型；丰田Prius2001的混合度为62.3%，是强混合的典型车型。按动力系统布置分类，HEV可分为：串联式混合动力汽车(Series Hybrid Electric Vehicle，简称SHEV)、并联式混合动力汽车(Parallel Hybrid Electric
14、 Vehicle，简称PHEV)和混联式混合动力汽车(Split Hybrid Electric Vehicle，简称PSHEV)。下面分别对以上几种HEV作简单介绍。（1）串联式混合动力系统 .专业.专注. 如图1.2所示，串联式混合动力系统由发动机、发电机和电动机三大部件组成，其中发动机仅用于发电，汽车行驶的全部驱动力完全来自于电动机。串联式结构的最大特点是发动机与驱动桥间没有直接的机械连接，因此其工作状态能不 图1.2串联式布置结构图受汽车行驶工况的影响，可以始终在最佳工作区间稳定运行，而使整车获得良好的经济性能和排放性能。此外，发动机受行驶路况影响较小，易运行在高效区。但是SHEV的能
15、量转换、传输的环节多，造成能量转换效率比较低；而且，为满足爬坡等需要大功率的路况，发动机、发电机和电动机的额定功率都要求比较大。典型的SHEV有丰田公司的Coaster等。（2）并联式混合动力系统如图1.3所示，并联式混合动力系统采用发动机和电动机两套驱动系统。可采用发动机单独驱动、电动机单独驱动或发动机和电动机联合驱动三种工作模式。它以发动机作为主动力装置，电动机作为辅助动力装置，目的是为了降低排放和燃油消耗。在汽车需要大功率输出（如爬坡、加速等）时，发动机和电动机联合驱动汽车，故发动机和电动机的额定功率选 图 1.3式布置结构较小值，就可达到动力性要求。在汽车减速或刹车时，电动机工作在发电状态，向蓄电池充电，即再生制动。与SHEV相比，PHEV的发动机和电动机的功率较小，但结构比较复杂，同时控制难度增加。典型PHEV有：日野公司的HIMR型大客车、本田公司的Insight轿车等。（3）混联式混合动力系统 如图1.4所示，混联式混合动力系统比较接近于并联式布置，不同之处是混联式结构中增加了一套发电机结构。这样发动机发出的功率不仅可以与电动机发出的功率联合后直接驱动汽车，还可以转化为电能储存在电池中，进而驱动电动机。混联式混合动力结构结合了串联式与并联式结构的图1.4混联式布置结构图
