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1、. . . . 混合动力汽车能量分配控制摘 要混合动力汽车是介于传统燃机汽车与纯电动汽车之间，是典型的过渡型汽车。它秉承了两者的优点，但有两个动力源，也就注定它的控制更复杂。本论文以某型并联混合动力汽车为设计对象，采用模糊控制方法来设计控制器，以此来提高燃油经济性和减少污染排放。模糊控制器通过对引擎和电机的期望转矩进行分配，实现整个循环工况电池荷电状态SOC平衡，且使发动机工作于高效率区。为了验证能量分配控制策略的有效性，在ADVISOR平台上进行仿真，并与电力辅助控制策略下的混合动力汽车进行比较，表现在燃油性、发动机效率、荷电状态SOC值的变化围以与污染排放物等方面的比较，分析结果表明模糊控
2、制下的混合动力汽车在各方面都有很好的改善。再生制动是混合动力汽车控制系统中不可或缺的一部分，所以最后，又对混合动力汽车的再生制动控制进行介绍，并设计了再生制动控制策略。关键词：混合动力；模糊控制；电力辅助控制；转矩分配 AbstractHybrid electric vehicleis between thetraditional internal combustion enginevehicles andpure electric vehicles, and is the typicaltransition ofcars. Itinheritsthe advantages of both,
3、but there are two sources of power, and means that it ismore complex. In this thesis,a certain type ofparallel hybrid electric vehicledesignobject, the fuzzy control methodto design the controller, in order to improve fuel economyand reduce pollutionemissions.Fuzzy controlleronthe expectations ofthe
4、 engineand motortorquedistribution, the entire driving cyclethe batterystate of chargeSOCbalance, andmake the enginework inhigh efficiencyarea.In order to verifythe effectiveness ofcontrol strategiesof energyallocationin theADVISORsimulationplatform, and with the powerassistcontrol strategyof hybrid
5、 vehiclesto comparethe performanceoffuel sexual, engine efficiency, state of charge SOCvaluerange, and pollution emission,and other aspects ofcomparison,comparative analysis results show that fuzzyhybrid vehiclesunder the control ofvariousaspectsina very goodimprovement.Hybrid electric vehicleregene
6、rative brakingisan integral part ofthe control system, therefore, in the finalof thehybrid electric vehicleby theregenerative brakingcontrolare introduced, and regenerative brakingcontrol strategydesigned.Keywords: hybrid electric vehicle, fuzzy control,powerassistcontrol, torque distribution / 目 录第
7、1章绪论11.1 概述11.1.1 混合动力汽车概念11.1.2 混合动力电动汽车的特点11.1.3 混合动力汽车分类21.2 混合动力汽车的关键问题与发展前景41.2.1 混合动力汽车需要解决的问题和关键技术41.2.2 混合动力汽车的发展前景51.3本章小结5第2章混合动力汽车整车建模62.1 混合动力汽车仿真平台软件ADVISOR介绍62.2 汽车动力学模型72.3 发动机模型82.4 电动机模型92.5 蓄电池模型102.6 传动系模型112.6.1 离合器模型112.6.2 变速器模型132.6.3 驱动桥模型132.7本章小结14第3章并联式混合动力汽车能量管理策略的设计153.1
8、 控制策略简单介绍153.1.1 电力辅助控制策略153.1.2 实时控制策略173.1.3 模糊控制策略173.2 模糊控制策略的设计183.2.1 设计思想183.2.2 模糊转矩控制器设计183.2.2.1 隶属度函数183.2.2.2 规则库193.3 整车性能仿真与实验验证213.3.1 仿真的参数与测试条件213.3.2 模糊控制器在ADVISOR中的实现223.3.3 仿真结果与分析233.3.4 模糊控制策略与电力辅助控制策略进行比较253.4 本章小结26第4章再生制动时的能量控制策略274.1 再生制动影响因素274.2 混合动力汽车再生制动分配274.3 混合动力汽车再生
9、制动控制策略284.4 本章小结31全文总结32参考文献33致35混合动力汽车能量分配控制第1章 绪论1.1概述1.1.1 混合动力汽车概念混合动力汽车英文缩写为 HEV（Hybrid Electric Vehicle)， 根据国际电工委员会电动汽车技术委员会的建议，对混合动力汽车的定义1为：多于一种能量转换器来提供驱动动力的混合型电动汽车。另外，也可将 HEV 做以下简单定义，即将电力驱动和辅助动力单元 APU Auxiliary Power Unit 合用到一辆车上。它继承了电动汽车低排放的优点又发扬了石油燃料高的比能量和比功率的长处，显著改善了传统燃机汽车的排放和燃油经济性增加了电动汽车
10、的续驶里。要制造低能耗、低污染的新型混合动力汽车，就必须对燃机和电机的相互配合工作进行相应合理的控制，因此，需要良好的能量分配策略。1.1.2 混合动力电动汽车的特点混合动力汽车具备多个动力源(主要是燃机和电动机)，并根据情况将几个动力源，同时或单个使用以驱动机动车辆，是当今最具实际开发意义的低排放和低油耗汽车。混合动力电动汽车的优点是：（1）采用混合动力后可按平均需用的功率来确定燃机的最大功率，燃机功率不足时，由电池来补充；负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，由于燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电。因此，续驶里程和动力性可达到燃机汽车的水平。（2）与纯燃机相比，混合动力汽车采用了高功率
11、的储能装置（飞轮、超级电容器或蓄电池等）向汽车提供瞬时能量。 因有储能装置，可以方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。在繁华市区，可关停燃机，由电机单独驱动，实现“零”排放。因此，经济性和排放性明显改善。（3）与纯电动车相比，空调、真空助力、转向助力与其它辅助电器，借助原动机动力，无需消耗电池组有限电能，从而保证了乘坐的舒适性。（4）混合动力汽车技术难度相对较小，成本相对较低。易于满足未来排放标准和节能，且目标市场接受度高。混合动力汽车的缺点：(1)由于有多个动力源而成本提高，如何实现多个动力源的配合工作成为混合动力车要解决的关键问题。(2)由于有多个动力源，增加了质量和所必需的装载空间，这
12、就降低了混合动力汽车的有效负载能力。1.1.3 混合动力汽车分类混合动力汽车的分类方法很多，一般最常见的是根据动力传动系统布置形式以与按照混合度来进行分类。按照传动系统布置形式，可以分成串联式、并联式和混联式。近年来，随着混合动力技术的发展，除了串联式、并联式和混联式的结构以外，越来越多其他型式的混合驱动系统正在被开发出来。除按照动力系统各部件的布置方式来分类外，按照“混合度”来对混合动力汽车系统进行分类的方法也被广泛采用。虽然到目前为止，尚没有统一明确的关于“混合度”2的定义，但通常混合度可表示为：（1.1）其中，为混合度，为电机功率，为发动机功率。根据混合度来分类，混合动力汽车可以分为弱混
13、、中混和强混。一般而言，弱混可实现怠速停机、快速启动发动机、再生制动和电机助力功能，而强混除了上述功能以外还可以实现纯电动行驶功能。按照动力系统各部件的布置方式来分类，串联式、并联式、混联式。简单介绍如下： 1串联式混合动力汽车串联式混合动力汽车的驱动系统和纯电动汽车相类似，它主要是由发动机、发电机、蓄电池、电动机和控制器等部件以串联方式连接组成。由发动机带动发电机所产生的电能和蓄电池等储能装置输出的电能，共同输出到电动机来驱动汽车行驶。因发动机与驱动桥无直接的机械连接，只有电动机与其驱动桥有机械连接，所以电力驱动是唯一的驱动模式。串联式混合动力汽车的结构形式较为简单，典型结构如图1.1所示：
14、驱动桥发动机发电机控制器电动机储能装置i机械连接电气连接图1.1 串联式驱动系统原理简图2并联式混合动力汽车并联式结构混合动力汽车，其原理驱动系统原理简图如图1.2所示。发动机与电动机并联，可以同时或单独驱动车轮。由于发动机的机械能可直接输出到汽车驱动桥，中间没有能量的转换，所以系统效率较高，燃油消耗也较少。但发动机与驱动桥之间的机械连接，使得发动机不都是在最佳工况点附近运行，其要受到汽车具体行驶工况的影响。并联式HEV也可以在比较复杂的工况下使用，应用围比较广，但是对燃机工作状态的优化和对能量系统的管理，则提出了更高的要求。驱动桥发动机动力复合分配装置电动机/发电机储能装置i机械连接电气连接
15、图1.2 并联式驱动系统原理简图3混联式混合动力汽车发动机发电机动力复合分配装置电动机储能装置i驱动桥机械连接电气连接行星齿轮控制器图1.3 混联式驱动系统原理简图混联式驱动系统原理简图如图1.3所示，其驱动系统是利用发动机与电动机驱动汽车。目前的混联式结构，一般以行星齿轮作为动力复合装置的基本构架。将发动机的动力分成两份，一部分机械能通过机械传动输送给驱动桥，而另一部分通过发电机发电输送给电动机或对蓄电池充电。在汽车低速行驶时，驱动系统主要以串联方式工作；当汽车高速稳定行驶时，则以并联工作方式为主。混联式混合动力系统，充分发挥了串联式和并联式的优点。但混联式结构复杂、控制繁杂困难、成本高。1.2 混合动力汽车的关键问题与发展前景1.2.1 混合动力汽车需要解决的问题和关键技术简单描述，如下方面3
