畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-PHEV動(dòng)力總成控制策略及仿真.doc

西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第62頁(yè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PHEV動(dòng)力總成控制策略及仿真PHEV POWERTRAIN CONTROL STRATEGY AND SIMULATION摘 要PHEV（并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)）是近幾年在傳統(tǒng)汽車(chē)的基礎(chǔ)上新發(fā)展起來(lái)的一種汽車(chē)，比如豐田的普銳斯，本田的Insight等。由于其燃油經(jīng)濟(jì)性突出和優(yōu)良的排放性能受到全世界的廣泛關(guān)注。這種新興的節(jié)能環(huán)保車(chē)輛與傳統(tǒng)汽車(chē)不同點(diǎn)主要在于采用兩種或兩種以上動(dòng)力裝置，根據(jù)要求可以單獨(dú)或聯(lián)合驅(qū)動(dòng)整車(chē)。與傳統(tǒng)汽車(chē)相比，混合動(dòng)力汽車(chē)可以通過(guò)合理的匹配和優(yōu)化控制而獲得良好的燃油經(jīng)濟(jì)性能和排放性能。混合動(dòng)力的核心技術(shù)是其動(dòng)力控制策略，因?yàn)榭刂萍夹g(shù)調(diào)節(jié)兩大動(dòng)力裝置的動(dòng)力輸出，決定了發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)的工作區(qū)間，直接影響整車(chē)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及排放性等多項(xiàng)指標(biāo)。本文的編程思想基于當(dāng)前SOC值和發(fā)動(dòng)機(jī)最佳轉(zhuǎn)矩曲線兩個(gè)因素：當(dāng)SOC值較高時(shí)，僅用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，避免發(fā)動(dòng)力低效工作；當(dāng)SOC值適中時(shí)，讓發(fā)動(dòng)機(jī)盡可能多的工作在最佳轉(zhuǎn)矩曲線上，以獲得良好的經(jīng)濟(jì)性與排放性能；當(dāng)SOC值較低時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩適當(dāng)增加，為電池充電；當(dāng)需求轉(zhuǎn)矩很大時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)共同工作。目前研究出的控制策略有許多，但由于混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的復(fù)雜性，建立精確的數(shù)學(xué)模型非常困難。模糊控制不依賴(lài)于被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，主要依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)來(lái)制定控制規(guī)則，并且模糊算法在計(jì)算上也不是特別復(fù)雜，因此本文采用模糊算法編寫(xiě)控制策略。本文在MATLAB/ADVISOR/SIMULINK環(huán)境下，編寫(xiě)一套PHEV動(dòng)力總成模糊控制策略。建立控制策略模型后嵌入ADVISOR中進(jìn)行仿真，通過(guò)和ADVISOR自帶的電控輔助控制策略的性能對(duì)比，分析出兩種策略的特點(diǎn)及各自的優(yōu)缺點(diǎn)。關(guān)鍵詞：并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē) 模糊控制 ADVISOR SINMULINKAbstractParallel hybrid electric vehicle (PHEV) is a new kind of automobile which developed in recent years basis on the traditional vehicle, such as Toyota Prius, Honda Insight and so on. Due to its outstanding fuel economy and good emission, it has attracted attention from all around the world, the main difference between new energy saving vehicles and traditional ones is the using of two or more power units, and upon request to drive vehicle individually or jointly. Compared with conventional cars, hybrid cars can get a good fuel economy and emissions performance by a reasonable match and optimizing the control performance.Power control strategy is the core technology for the hybrid electric vehicle, the power output of he two power plant regulated by the control technology, that determine the workspace of engine and electric motor which directly affect the vehicles performance, such as power, economy, emission and so on.The Programming ideas mainly based on two factors, the current SOC value and the best torque curve of the engine. When the SOC value is high, use the electric motor only to avoid the inefficient work of the engine.When the SOC value is appropriate, make the engine as much as possible work in the best torque curve to get good economy and emission. When the SOC value is low, the engine torque increase appropriately to charge the battery. When the demand torque is large, the engine and electric motor work together. Currently, there are many control strategies. Due to the complexity of the hybrid drive systems, establish a precise mathematical model is extremely difficult. Fuzzy control mainly based on engineering experience rather than the accurate mathematical model to develop control rules, and fuzzy algorithm is not particularly complex, so fuzzy control strategy shows a good prospect.This paper prepare a set of fuzzy PHEV power-train control strategy in the MATLAB/ADVISOR/SIMULINK environment.After the establishment of control strategies model embedded the in the ADVISOR for simulation. By the performance comparison of control strategy established and control strategies auxiliary control electric control strategy in the ADVISOR to analyze the characteristics of the two strategies and their advantages and disadvantages.key words：PHEV Fuzzy Control ADVISOR SIMULINK 目 錄第1章 緒論11.1 問(wèn)題的提出11.2 國(guó)內(nèi)外混合動(dòng)力汽車(chē)的發(fā)展現(xiàn)狀11.3 研究?jī)?nèi)容5第2章 混合動(dòng)力汽車(chē)概述72.1 混合動(dòng)力汽車(chē)概念72.2 混合動(dòng)力汽車(chē)的特點(diǎn)72.3 混合動(dòng)力汽車(chē)的結(jié)構(gòu)82.4 混合動(dòng)力汽車(chē)的節(jié)油原理112.5 混合動(dòng)力汽車(chē)控制策略11第3章 控制策略設(shè)計(jì)133.1電動(dòng)機(jī)輔助控制策略133.2 發(fā)動(dòng)機(jī)最佳轉(zhuǎn)矩曲線控制策略15 3.2.1 策略介紹15 3.3.2 策略設(shè)計(jì)16第4章 PHEV模糊控制策略174.1模糊控制理論簡(jiǎn)介174.2模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)184.3 模糊控制方案的設(shè)計(jì)21第5章 混合動(dòng)力汽車(chē)的仿真軟件285.1 ADVISOR 仿真軟件285.2 ADVISOR的仿真策略305.3 PHEV各部件在ADVISOR 2002中的作用315.4 ADVISOR 的操作方法365.5 模糊邏輯控制策略在ADVISOR中的實(shí)現(xiàn)39第6章 仿真分析436.1將模糊控制器加入控制策略436.2 仿真結(jié)果及比較44總 結(jié)52致 謝53參考文獻(xiàn)54附 錄56_第1章 緒論1.1 問(wèn)題的提出 傳統(tǒng)車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)靠百萬(wàn)年沉積在地下的有機(jī)物形成的原油提煉的石化燃料（汽油或柴油）運(yùn)轉(zhuǎn)。石油是不可再生的能源，有資料表明，如果按照現(xiàn)在的開(kāi)發(fā)速度，僅夠世界使用50-60年。不斷的開(kāi)采導(dǎo)致其價(jià)格不斷躥升，據(jù)統(tǒng)計(jì)，自2003年以來(lái)油價(jià)不斷上升，現(xiàn)在的原油每桶以達(dá)86美元，世界進(jìn)入了一個(gè)高油價(jià)時(shí)期，石油供應(yīng)與需求的矛盾日益尖銳，能源供應(yīng)安全成為許多產(chǎn)業(yè)大國(guó)面臨的重大問(wèn)題。內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)通過(guò)排氣管排出二氧化碳，碳?xì)浠衔铮蜓趸?，一氧化碳和碳?xì)浠衔铩＿@些氣體能導(dǎo)致全球溫室效應(yīng)，全球氣候變暖正在引起越來(lái)越多人的關(guān)注。同時(shí)這些廢氣也會(huì)污染我們的環(huán)境，對(duì)我們的生活帶來(lái)危害，由此越來(lái)越嚴(yán)格的排放規(guī)章正在世界各國(guó)推廣。這一系列的因素要求現(xiàn)代汽車(chē)制造商推出更有燃油效率和排放更低的汽車(chē)，這就是大家都熟知的混合動(dòng)力汽車(chē)。混合動(dòng)力汽車(chē)是發(fā)動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)，制動(dòng)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)，新能源和新材料等工程技術(shù)最新成果的集成產(chǎn)物。從燃油經(jīng)濟(jì)角度看，混合動(dòng)力汽車(chē)將使用能源利用多元化和高效化，使用電能代替汽油驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作長(zhǎng)期工作在高效區(qū)，大大提高燃油經(jīng)濟(jì)性。從排放角度看，由于電池工作不排放廢氣，而發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高效區(qū)能有效降低廢氣排放，致使混合動(dòng)力的排放達(dá)到一個(gè)新高度。1.2 國(guó)內(nèi)外混合動(dòng)力汽車(chē)的發(fā)展現(xiàn)狀近幾十年來(lái)，世界各國(guó)汽車(chē)工業(yè)都面臨著能源危機(jī)與環(huán)境保護(hù)兩大挑戰(zhàn)。如何避免石油過(guò)早枯竭，如何保持良好的生態(tài)環(huán)境維護(hù)人類(lèi)自身和子孫后代的健康，是全人類(lèi)共同的責(zé)任。推出更加節(jié)能減排的汽車(chē)產(chǎn)品是所有汽車(chē)生產(chǎn)廠商的愿望。目前，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)由于其高能量效率和低排放性能向傳統(tǒng)汽車(chē)提出了極大挑戰(zhàn)，發(fā)展勢(shì)態(tài)迅猛，市場(chǎng)化進(jìn)程很快，它是新型清潔動(dòng)力汽車(chē)中最具有產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)化前景的車(chē)型。那么，我們就來(lái)看看混合動(dòng)力汽車(chē)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展的狀況。1.2.1 國(guó)外混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)入21世紀(jì)后，各廠家加快了HEV的概念產(chǎn)品化的進(jìn)程，相繼推出了各種型式的HEV產(chǎn)品，Toyota的PRIUS、Honda的Insight、Ford的Prodigy、Daimler Chrysler 的ESX3、GM的Precept、Nissan的Tino等都是具有代表性的車(chē)型，其中PRIUS和Insight已是成熟的產(chǎn)品。隨著各國(guó)環(huán)境立法的日趨嚴(yán)厲，電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)性能的日益提高以及其成本的不斷降低，混合動(dòng)力汽車(chē)的市場(chǎng)份額逐漸增大，已成為重點(diǎn)發(fā)展的新型汽車(chē)?，F(xiàn)在就讓我們來(lái)了解混合動(dòng)力汽車(chē)在國(guó)外的發(fā)展?fàn)顩r。1.2.1.1 日本日本豐田汽車(chē)公司是目前走在HEV最前沿的汽車(chē)公司，也是世界上最早開(kāi)始進(jìn)行HEV研究的汽車(chē)公司之一，早在1997年12月，豐田就將混合動(dòng)力型PRIUS轎車(chē)投放本國(guó)市場(chǎng)，PRIUS混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)拓了混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域的新天地，創(chuàng)造性地首次采用了兩套動(dòng)力系統(tǒng)混聯(lián)的方式，采用高度精密的機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力系統(tǒng)的連接和能源的傳遞。在日本，除了豐田公司以外，本田、日產(chǎn)等大公司也分別研制了混合動(dòng)力汽車(chē)。1999年11月本田公司推出Insight混合動(dòng)力電動(dòng)轎車(chē)，也進(jìn)入批量生產(chǎn)。繼Insight之后，本田公司于2002年推出Duainote運(yùn)動(dòng)型概念車(chē)，它追求更強(qiáng)的動(dòng)力，更低的油耗，百公里油耗只用5.6升。2003年款本田“思域”混合動(dòng)力轎車(chē)，比Insight電池體積減少42%，重量減輕30%，性能更加出色。1.2.1.2 美國(guó)自上世紀(jì)90年代開(kāi)始，美國(guó)加強(qiáng)了政府和企業(yè)之間的技術(shù)合作與聯(lián)合，并以混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)為重點(diǎn)對(duì)象，由能源部牽頭，包括運(yùn)輸部和國(guó)防部，斥巨資組織各大汽車(chē)公司和有關(guān)部門(mén)積極開(kāi)展混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的研究工作。1993年9月美國(guó)總統(tǒng)克林頓與美國(guó)通用、福特和克萊斯勒三大汽車(chē)公司總裁共同提出了美國(guó)“新一代汽車(chē)合作伙伴計(jì)劃”(簡(jiǎn)稱(chēng)PNGV計(jì)劃)，旨在開(kāi)發(fā)新一代高效節(jié)能汽車(chē)。隨著PNGV計(jì)劃的實(shí)施，美國(guó)三大汽車(chē)公司進(jìn)行了一系列的整車(chē)技術(shù)開(kāi)發(fā)和研制工作。通用汽車(chē)公司同時(shí)致力于串聯(lián)式混合動(dòng)力和并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的研制。在1998年1月的底特律北美國(guó)際汽車(chē)展上，通用汽車(chē)公司推出了EV型4座混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)。美國(guó)通用汽車(chē)公司在2000年推出“Precept”混合動(dòng)力概念車(chē)。同時(shí)通用公司宣布，將研制雪佛蘭Silverado、GMC和sierra皮卡混合動(dòng)力汽車(chē)，每年提供10萬(wàn)套部件，近年至少年產(chǎn)7000輛。更值得關(guān)注的是，通用公司總裁格瓦納聲稱(chēng)，通用將在今年成為100萬(wàn)輛的混合動(dòng)力汽車(chē)的生產(chǎn)企業(yè)。2000年，福特汽車(chē)公司開(kāi)發(fā)出福特P2O00型5座并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)投放于市場(chǎng);福特開(kāi)發(fā)出的“優(yōu)異2010”概念車(chē)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的性能已達(dá)到了PNGV計(jì)劃的部分目標(biāo):每加侖汽油行駛80英里。經(jīng)過(guò)不斷地改進(jìn)提高，福特汽車(chē)公司于2002年推出?？怂?Focus)新一代燃料電池混合動(dòng)力轎車(chē)，從2004年開(kāi)始小批量生產(chǎn)Focus，今年將成批量生產(chǎn)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)。1.2.1.3 歐洲歐洲也在積極進(jìn)行混合動(dòng)力汽車(chē)的開(kāi)發(fā)、研制及推廣方面的工作。法國(guó)雷諾公司研制的VERT和HYMME兩款混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)在法國(guó)接受了10000km的運(yùn)行試驗(yàn)，并與1998年研制出電動(dòng)（汽油）兩用車(chē)。瑞典沃爾沃公司也開(kāi)發(fā)出基于沃爾沃FL6卡車(chē)改裝的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)，最高時(shí)速可達(dá)90km。德國(guó)已有幾十輛混合動(dòng)力大客車(chē)在斯圖加特和威塞爾市運(yùn)行。德國(guó)公司生產(chǎn)的并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)Duo已小批量生產(chǎn)。最近，德國(guó)汽車(chē)工業(yè)準(zhǔn)備實(shí)施新的排放標(biāo)準(zhǔn)和節(jié)能要求，將不允許百公里油耗超過(guò)7L的轎車(chē)上路，這也促使人們更多地把希望寄托在混合動(dòng)力汽車(chē)上。1.2.2 國(guó)內(nèi)混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)展?fàn)顩r我國(guó)在“八五”和“九五”計(jì)劃間都有計(jì)劃地展開(kāi)了電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和整車(chē)研制工作，國(guó)家科技部又將混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的研究與開(kāi)發(fā)作為“十五”863重大專(zhuān)項(xiàng)的內(nèi)容。目前，國(guó)內(nèi)己經(jīng)介入混合動(dòng)力汽車(chē)研究的主要有一汽、上汽、東風(fēng)、長(zhǎng)安、奇瑞、上海華普汽車(chē)和比亞迪等廠家?！笆濉逼陂g，一汽承擔(dān)了國(guó)家“863”計(jì)劃中的電動(dòng)汽車(chē)重大專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目“解放牌混合動(dòng)力城市客車(chē)研究開(kāi)發(fā)”和“紅旗牌混合動(dòng)力轎車(chē)研究開(kāi)發(fā)”。2005年12月，解放牌混合動(dòng)力城市客車(chē)完成了定型試驗(yàn)和國(guó)家汽車(chē)產(chǎn)品公告目錄，同月在一汽客車(chē)公司無(wú)錫客車(chē)廠完成了解放牌混合動(dòng)力客車(chē)的下線，具備了小批量整車(chē)生產(chǎn)能力。2008年初，一汽承擔(dān)的國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目順利通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收。采用新的整車(chē)平臺(tái)后，混合動(dòng)力客車(chē)達(dá)到了比傳統(tǒng)客車(chē)節(jié)油38%、排放達(dá)到歐W標(biāo)準(zhǔn)的性能水平，并完成了生產(chǎn)準(zhǔn)備。奔騰混合動(dòng)力轎車(chē)達(dá)到了節(jié)油42%、排放低于國(guó)m標(biāo)準(zhǔn)，并于2009年完成生產(chǎn)準(zhǔn)備。 上汽股份在2005年與上海交通大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)共同簽署新能源汽車(chē)戰(zhàn)略合作協(xié)議，合作加快替代能源、混合動(dòng)力、燃料電池車(chē)等車(chē)型的研發(fā)。在2007上海國(guó)際汽車(chē)展上，展出了一輛基于榮威750平臺(tái)自主研發(fā)的混合動(dòng)力轎車(chē)和一款名為“上?！迸频牡谒拇剂想姵剞I車(chē)。在2008年北京奧運(yùn)會(huì)前已經(jīng)開(kāi)始小批量投產(chǎn)自主品牌混合動(dòng)力轎車(chē)，并同步推進(jìn)合資品牌混合動(dòng)力轎車(chē)、客車(chē)的研發(fā)。榮威混合動(dòng)力轎車(chē)成為上汽首批投入實(shí)際運(yùn)行的混合動(dòng)力車(chē)型。在2003年奇瑞“ISG混合動(dòng)力轎車(chē)”項(xiàng)目便被科技部批準(zhǔn)列為“十五，863計(jì)劃二期滾動(dòng)項(xiàng)目，奇瑞也由此成為中國(guó)最早啟動(dòng)混合動(dòng)力車(chē)研發(fā)項(xiàng)目的企業(yè)之一。2007年奇瑞推出以奇瑞AS為平臺(tái)、匹配混合動(dòng)力系統(tǒng)的奇瑞ASBSG、生物柴油動(dòng)力的新車(chē)型VS和匹配燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的B11。同年奇瑞完成ISG、BSG混合動(dòng)力車(chē)的下線，并將其批量生產(chǎn)、投入運(yùn)營(yíng)。在2008北京奧運(yùn)會(huì)期間，奇瑞汽車(chē)一舉拿下80輛混合動(dòng)力轎車(chē)中50輛的份額，成為首次亮相奧運(yùn)會(huì)的中國(guó)自主品牌汽車(chē)。1.2.3 未來(lái)發(fā)展預(yù)測(cè)1.2.3.1 混合動(dòng)力汽車(chē)廢氣排放量低，符合“低碳經(jīng)濟(jì)”的發(fā)展規(guī)律面對(duì)全球氣候變化，急需世界各國(guó)協(xié)同減低或控制二氧化碳排放，“低碳經(jīng)濟(jì)”在這種形勢(shì)下應(yīng)運(yùn)而生。所謂“低碳經(jīng)濟(jì)”是指在可持續(xù)發(fā)展理念指導(dǎo)下，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新、制度創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、新能源開(kāi)發(fā)等多種手段，盡可能地減少煤炭、石油等高碳能源消耗，減少溫室氣體排放，達(dá)到經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)雙贏的一種經(jīng)濟(jì)發(fā)展形態(tài)。低碳經(jīng)濟(jì)是以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)模式。據(jù)資料顯示，混合動(dòng)力汽車(chē)的混合動(dòng)力裝置發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，動(dòng)力性好的優(yōu)點(diǎn)，又可以充分利用電動(dòng)機(jī)無(wú)污染、低噪聲的好處，二者“并肩戰(zhàn)斗”，取長(zhǎng)補(bǔ)短，使汽車(chē)的熱效率提高10%以上，廢氣排放改善30%以上，大大降低污染，符合“低碳經(jīng)濟(jì)”低污染發(fā)展規(guī)律。1.2.3.2 在能源短缺的大環(huán)境下，混合動(dòng)力汽車(chē)的發(fā)展符合社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)能源危機(jī)問(wèn)題已經(jīng)是世界范圍內(nèi)的共性問(wèn)題。盡管混合動(dòng)力并不是汽車(chē)替代能源措施的最終解決方案，但在最終解決方案未定論前，它的出現(xiàn)讓人們?yōu)橹老?，并已確確實(shí)實(shí)在節(jié)能技術(shù)上有所作為?；旌蟿?dòng)力技術(shù)的問(wèn)世，是現(xiàn)階段解決能源問(wèn)題的有效措施，符合社會(huì)節(jié)能環(huán)保的發(fā)展趨勢(shì)。1.2.3.3 混合動(dòng)力汽車(chē)的市場(chǎng)推廣需要政府的主導(dǎo)在歐美一些國(guó)家以及日本等國(guó)，個(gè)人購(gòu)買(mǎi)節(jié)能環(huán)保型車(chē)輛，政府都有一定程度的資金補(bǔ)貼，使得混合動(dòng)力汽車(chē)的購(gòu)車(chē)價(jià)與普通的燃油車(chē)車(chē)價(jià)接近。政策的鼓勵(lì)對(duì)混合動(dòng)力車(chē)的市場(chǎng)推進(jìn)有著推波助瀾的作用。在我國(guó)，對(duì)節(jié)能環(huán)保車(chē)輛也有一定的政策鼓勵(lì)，如2009 年2月7日下發(fā)的節(jié)能與新能源汽車(chē)示范推廣財(cái)政補(bǔ)助資金管理暫行辦法，在公共服務(wù)用乘用車(chē)和輕型商用車(chē)方面，節(jié)油率在40%以上的混合動(dòng)力汽車(chē)，每輛可獲5 萬(wàn)元補(bǔ)貼。但目前這樣的利好政策，還沒(méi)有輻射到個(gè)人購(gòu)車(chē)的優(yōu)惠上。所以，混合動(dòng)力汽車(chē)要有更好的市場(chǎng)前景，政府的主導(dǎo)及相關(guān)政策的傾斜尤為重要。1.2.4 總評(píng)混合動(dòng)力汽車(chē)與傳統(tǒng)的燃油汽車(chē)相比，在正常行駛時(shí)油耗低、排放少、對(duì)能量的利用率高，有著良好的使用性能；但目前與同類(lèi)汽車(chē)產(chǎn)品相比售價(jià)偏高。隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，混合動(dòng)力技術(shù)的不斷成熟和完善，生產(chǎn)成本的不斷降低，混合動(dòng)力汽車(chē)在市場(chǎng)的占有量會(huì)不斷地增加，具備較大的市場(chǎng)潛力。1.3 研究?jī)?nèi)容混合動(dòng)力的核心技術(shù)是其動(dòng)力控制策略，由于混合動(dòng)力汽車(chē)有發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩套動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如何去設(shè)計(jì)好它們的工作次序（即什么情況下發(fā)動(dòng)機(jī)工作，什么情況下電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，什么情況兩者同時(shí)工作）成為了設(shè)計(jì)者最關(guān)心的問(wèn)題，因?yàn)榭刂萍夹g(shù)調(diào)節(jié)兩大動(dòng)力裝置的動(dòng)力輸出，決定了發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)的工作區(qū)間，直接影響整車(chē)的動(dòng)力性，經(jīng)濟(jì)性及排放等多項(xiàng)指標(biāo)。因此，為了實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力良好的經(jīng)濟(jì)性和排放性，需要一套科學(xué)合理的能源管理策略。1.3.1 主要內(nèi)容本文的編程思想基于當(dāng)前SOC值和發(fā)動(dòng)力最佳轉(zhuǎn)矩曲線兩個(gè)因素：當(dāng)SOC值較高時(shí)，多用電機(jī)，避免發(fā)動(dòng)力低效工作；當(dāng)SOC值適中時(shí)，讓發(fā)動(dòng)機(jī)盡可能多的工作在最佳轉(zhuǎn)矩曲線上，以獲得良好的經(jīng)濟(jì)性與排放性能；當(dāng)SOC值較低時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩適當(dāng)增加，為電池充電；當(dāng)需求轉(zhuǎn)矩很大時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)共同工作。 目前研究出的控制策略有許多，但由于混合動(dòng)力系統(tǒng)的復(fù)雜性，建立被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型非常困難，而模糊控制不依賴(lài)于被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，主要依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)來(lái)制定控制規(guī)則，并且模糊算法在計(jì)算上也不是特別復(fù)雜。因此，本文采用模糊邏輯設(shè)計(jì)并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)控制策略，以需求轉(zhuǎn)矩與發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)轉(zhuǎn)矩的差值、電池SOC為輸入，以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩指令為輸出，構(gòu)建了具有多條控制規(guī)則的模糊控制器，用以確定發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的最佳轉(zhuǎn)矩分配，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的總體能量轉(zhuǎn)換效率最高。這套PHEV動(dòng)力總成模糊控制策略是在ADVISOR2002中進(jìn)行編寫(xiě)，仿真的。A-DVISOR2002所提出的控制策略及方法都基于模塊化的編程思想，采用MATLAB/SI-MULINK 語(yǔ)言。因此，我們需要在MATLAB/SIMULINK環(huán)境里寫(xiě)一套PHEV動(dòng)力總成模糊控制策略。建立控制策略模型后嵌入ADVISOR2002中進(jìn)行仿真，通過(guò)和A-DVISOR原有的電控輔助控制策略的對(duì)比、分析出兩種策略的特點(diǎn)和各自的優(yōu)缺點(diǎn)。1.3.2 控制思路1. 轉(zhuǎn)矩請(qǐng)求很?。?）在SOC值較高時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)效率很低，宜采用純電動(dòng)模式；（2）當(dāng)SOC值較低時(shí)，通過(guò)主動(dòng)充電來(lái)提高負(fù)載，使發(fā)動(dòng)機(jī)盡可能靠近最佳區(qū)域；2. 轉(zhuǎn)矩請(qǐng)求適中（1）在SOC值較高時(shí)，采用發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)工作模式，發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳轉(zhuǎn)矩曲線上；（2）當(dāng)SOC值較低時(shí)，通過(guò)主動(dòng)充電來(lái)提高負(fù)載，適當(dāng)為電池充電；3. 轉(zhuǎn)矩請(qǐng)求較大（1）在SOC值較高時(shí)，采用電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合的工作模式，讓電動(dòng)機(jī)來(lái)提供部分輔助轉(zhuǎn)矩，大小由電池的電量決定，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)能盡量保持在最佳工作點(diǎn)附近運(yùn)行；（2）當(dāng)SOC值較低時(shí)，為了保護(hù)電池，這是發(fā)動(dòng)機(jī)將不可避免的遠(yuǎn)離最佳工作點(diǎn)，浪費(fèi)一定的動(dòng)力性。在模糊優(yōu)化控制策略中，綜合考慮其他動(dòng)力源的狀態(tài)和狀態(tài)約束確定發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩，再根據(jù)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)需求轉(zhuǎn)矩，發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系確定電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，最終實(shí)現(xiàn)HEV油耗和排放的綜合優(yōu)化。第2章 混合動(dòng)力汽車(chē)概述2.1 混合動(dòng)力汽車(chē)概念混合動(dòng)力汽車(chē)英文縮寫(xiě)為 HEV（Hybrid Electric Vehicle）根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)委員會(huì)的建議對(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)的定義為多于一種能量轉(zhuǎn)換器來(lái)提供驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的混合型電動(dòng)汽車(chē)，另外也可將HEV 做以下簡(jiǎn)單定義即將電力驅(qū)動(dòng)和輔助動(dòng)力單元APU（ Auxiliary Power Unit ）合用到一輛車(chē)上，總之HEV 是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)輛與電動(dòng)車(chē)輛產(chǎn)生的混血兒，它繼承了電動(dòng)汽車(chē)低排放的優(yōu)點(diǎn)又發(fā)揚(yáng)了石油燃料高的比能量和比功率的長(zhǎng)處，顯著改善了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的排放和燃油經(jīng)濟(jì)性增加了電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程。2.2混合動(dòng)力汽車(chē)的特點(diǎn)以石油產(chǎn)品為燃料的內(nèi)燃機(jī)，由于其具有高能量密度而成為目前汽車(chē)上使用的最廣泛的動(dòng)力源，然而汽（柴）由的排氣破壞了人類(lèi)懶以生存的大氣環(huán)境，加之石油又日益匱乏，工程師們不得不開(kāi)始去為汽車(chē)研發(fā)新的動(dòng)力裝置。電動(dòng)機(jī)與內(nèi)燃機(jī)相比，具有清潔，安靜，效率高的特點(diǎn)，同時(shí)它的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩控制特點(diǎn)也比較靈活。電動(dòng)機(jī)在低速時(shí)具有恒轉(zhuǎn)速的特點(diǎn)，高速時(shí)具有恒功率的特點(diǎn)，可以在轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性曲線下區(qū)域內(nèi)任何一點(diǎn)工作?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)將動(dòng)力驅(qū)動(dòng)與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)相結(jié)合，充分發(fā)揮了二者的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，它可以從根本上解決現(xiàn)在純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力性能差和續(xù)航里程短的問(wèn)題?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)與電動(dòng)汽車(chē)相比，其主要優(yōu)勢(shì)是：（1） 電池容量大為減少，進(jìn)而可以降低整車(chē)重量，為提高動(dòng)力性作出貢獻(xiàn)；（2） 由于采用輔助動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，打破了純電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程的限制，其長(zhǎng)途行駛能力可與傳統(tǒng)汽車(chē)相媲美；（3） 在混合動(dòng)力汽車(chē)上采用高度實(shí)時(shí)和動(dòng)態(tài)的優(yōu)化控制策略，優(yōu)化控制的結(jié)果盡量使動(dòng)力系統(tǒng)各部分工作在最佳狀態(tài)和最高效率區(qū)域，大大限制了內(nèi)燃機(jī)在惡劣工況下的高燃油消耗和大量的尾氣排放，大大提高了混合動(dòng)力汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性。在排放限制嚴(yán)格的地區(qū)，還可以關(guān)閉輔助動(dòng)力，以純電動(dòng)方式工作，成為零排放汽車(chē)；（4） 空調(diào)系統(tǒng)等附件由內(nèi)燃機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，有充分的能源供應(yīng)，保證了汽車(chē)的乘坐舒適性；（5） 在控制策略的作用下，輔助動(dòng)力可以向儲(chǔ)能裝置（一般為電池組）提供能量，從而保證混合動(dòng)力汽車(chē)無(wú)需停車(chē)充電，因此可利用現(xiàn)有的加油站，不需要進(jìn)行專(zhuān)用的充電設(shè)施的建設(shè)；（6） 由于混合動(dòng)力汽車(chē)的電池組在使用過(guò)程中是淺充淺放，所以可以延長(zhǎng)電池的使用壽命?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)正在成為實(shí)用的先進(jìn)動(dòng)力汽車(chē)?；旌蟿?dòng)力作為一種技術(shù)，在不久的將來(lái)是燃料電池替換內(nèi)燃機(jī)的重要過(guò)渡技術(shù)，對(duì)燃料電池混合動(dòng)力汽車(chē)的開(kāi)發(fā)將會(huì)起到重要作用。各大汽車(chē)公司競(jìng)相開(kāi)發(fā)和推出自己的混合動(dòng)力汽車(chē)產(chǎn)品，表明他們看好其產(chǎn)業(yè)前景。2.3混合動(dòng)力汽車(chē)的結(jié)構(gòu)由于混合動(dòng)力汽車(chē)的組成部件，布置方式以及控制策略不同，所以形成了多種多樣的結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的功率比的大小，分為里程延長(zhǎng)型，雙模式型和動(dòng)力輔助型；根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式不同，可以分為發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)/關(guān)模式型和發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行模式型；根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)是否布置在同一軸線上，分為單軸型和雙軸型；根據(jù)動(dòng)力源的數(shù)量以及動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式的不同，有串聯(lián)式布置(Series Schedule 又稱(chēng)SHEV)， 并聯(lián)式布置（Parallel Schedule 又稱(chēng)PHEV ）以及混聯(lián)式（Series-Parallel Combined Schedule又稱(chēng)SPHEV）布置三種方案。最后一種分類(lèi)是最為廣泛的分類(lèi)形式，這里進(jìn)行詳細(xì)介紹。2.3.1 串聯(lián)式HEV 動(dòng)力傳動(dòng)系串聯(lián)式 HEV 動(dòng)力傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)組成如(圖2-1) 所示通常發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)集成為一個(gè)總成即輔助動(dòng)力單元APU。圖 2.1 串聯(lián)式HEV 動(dòng)力傳動(dòng)系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖串聯(lián)式是混合動(dòng)力汽車(chē)中結(jié)構(gòu)形式最簡(jiǎn)單的一種，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化成電能，轉(zhuǎn)化后的電能一部分經(jīng)由電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置啟動(dòng)汽車(chē)，另一部分可以存儲(chǔ)到蓄電池中，供汽車(chē)加速時(shí)或在其它工況下使用。由于串聯(lián)式 HEV 動(dòng)力傳動(dòng)系中的發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車(chē)驅(qū)動(dòng)輪之間無(wú)機(jī)械連接，具有獨(dú)立于汽車(chē)行駛工況，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制的優(yōu)點(diǎn)結(jié)果使發(fā)動(dòng)機(jī)可穩(wěn)定于高效區(qū)域或低排放區(qū)附近工作，該結(jié)構(gòu)尤其適合于難與驅(qū)動(dòng)輪進(jìn)行機(jī)械連接的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)。但串聯(lián)式HEV 動(dòng)力傳動(dòng)系的綜合效率較低，這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，再由電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能用來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，途經(jīng)兩次能量轉(zhuǎn)換中間必然伴隨能量損失。盡管其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但它需要三個(gè)驅(qū)動(dòng)部件（發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)）會(huì)給系統(tǒng)總布置帶來(lái)困難。如果串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)設(shè)計(jì)時(shí)考慮大爬坡度和頻繁加速情況，則對(duì)三個(gè)驅(qū)動(dòng)部件的要求相應(yīng)都較高。2.3.2 并聯(lián)式HEV 動(dòng)力傳動(dòng)系PHEV 是由發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)兩大動(dòng)力總成采用并聯(lián)的方式組成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。與串聯(lián)動(dòng)力系統(tǒng)布置不同的是,并聯(lián)式布置保留了發(fā)動(dòng)機(jī)和后續(xù)傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械連接,汽車(chē)可以由發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)或者各自單獨(dú)驅(qū)動(dòng)(見(jiàn)圖2-2) 。圖 2-2 并聯(lián)式HEV 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖與串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)不同，并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)采用發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩套獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)。發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)通常采用不同的離合器驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，可以采用發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，電力單獨(dú)驅(qū)動(dòng)以及發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)混合驅(qū)動(dòng)三種不同的工作模式。并聯(lián)式是一種電力輔助型的燃油車(chē)，目的是為了降低排放和燃油消耗。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)提供的功率大于驅(qū)動(dòng)汽車(chē)所需的功率或者再生制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，將多余的能量充入蓄電池。因此，并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)它具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）由于發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能可直接輸出到汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋中間沒(méi)有能量轉(zhuǎn)換，與串聯(lián)式布置相比系統(tǒng)效率較高燃油消耗也較少；（2）假定汽車(chē)所要求的最大功率為P ，則每臺(tái)動(dòng)力總成的功率總和往往在P2P 之間，由于設(shè)備功率較小附加的設(shè)備費(fèi)用也較小。但由于發(fā)動(dòng)機(jī)與車(chē)輛驅(qū)動(dòng)輪直接機(jī)械連接，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況不可避免地要受到汽車(chē)行駛工況的影響，要維持發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳工作區(qū)則需復(fù)雜的控制系統(tǒng)和控制策略。2.3.3 混聯(lián)式HEV 動(dòng)力傳動(dòng)系典型的混聯(lián)式 HEV 動(dòng)力傳動(dòng)系布置方案簡(jiǎn)圖如(圖2-3) 所示。在該系統(tǒng)上既裝備有電動(dòng)機(jī)又裝備有發(fā)電機(jī)，具有了串，并聯(lián)各自的特點(diǎn)。圖（a） 所示的開(kāi)關(guān)式結(jié)構(gòu)通過(guò)離合器的結(jié)合與脫離來(lái)實(shí)現(xiàn)串聯(lián)分支與并聯(lián)分支間的相互切換：離合器分離，切斷了發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)輪的機(jī)械連接，系統(tǒng)以串聯(lián)模式運(yùn)行；離合器結(jié)合，發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)輪有了機(jī)械連接系統(tǒng)以并聯(lián)模式運(yùn)行。圖（b）所示的分路式結(jié)構(gòu)中，串聯(lián)分支與并聯(lián)分支都始終處于工作狀態(tài)，而由行星齒輪傳動(dòng)在串聯(lián)分支（從發(fā)動(dòng)機(jī)到發(fā)電機(jī)）和并聯(lián)分支（從發(fā)動(dòng)機(jī)到驅(qū)動(dòng)輪）間進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)輸出能量的合理分配。此結(jié)，構(gòu)可通過(guò)發(fā)電機(jī)對(duì)串聯(lián)分支實(shí)施各種各樣的控制，同時(shí)又可通過(guò)并聯(lián)分支來(lái)維持發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)輪間的機(jī)械連接，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。圖2-3 混聯(lián)式HEV 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖混聯(lián)式HEV 布置方案綜合了串，并聯(lián)兩種布置方案的優(yōu)缺點(diǎn)，具有最佳綜合性能，但系統(tǒng)組成龐大，傳動(dòng)系布置困難。另外，實(shí)現(xiàn)串，并聯(lián)分支間的合理切換對(duì)控制系統(tǒng)和相關(guān)控制策略也提出了很高的要求。綜上所述，三種不同的混合動(dòng)力系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)與性能上各有優(yōu)缺點(diǎn)。串聯(lián)式布置優(yōu)勢(shì)在于它解放了熱機(jī)（內(nèi)燃機(jī)等），并聯(lián)式布置則保證了整車(chē)的動(dòng)力性；而混聯(lián)式布置在性能上超過(guò)了前二者，但它設(shè)計(jì)要求高。2.4 混合動(dòng)力汽車(chē)的節(jié)油原理混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)與傳統(tǒng)汽車(chē)相比，其節(jié)油的主要原因在于：1. 為了滿足急加速，以很高的車(chē)速行駛與快速上坡對(duì)驅(qū)動(dòng)功率的要求，傳統(tǒng)的汽 車(chē)所配備的發(fā)動(dòng)機(jī)功率往往相當(dāng)大。這樣大的功率儲(chǔ)備主要是用于大加速度，高車(chē)速以及坡道等行駛工況。因此，在一般條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度小，負(fù)載率低，發(fā)動(dòng)機(jī)常常工作在一個(gè)不經(jīng)濟(jì)的區(qū)域，相應(yīng)的燃油消耗率高。然而，對(duì)于混合動(dòng)力汽車(chē)，其儲(chǔ)能原件（如蓄電池）的補(bǔ)償作用平滑了發(fā)動(dòng)機(jī)的工況波動(dòng)，在汽車(chē)的一般行駛中能夠吸收，儲(chǔ)存電能，而在需要提供大功率時(shí)提供電能，從而在混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中可以使用小型的發(fā)動(dòng)機(jī)，并可以使發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)處于高效的最優(yōu)工作區(qū)域內(nèi)。2. 混合動(dòng)力汽車(chē)可以在汽車(chē)停車(chē)時(shí)或在低速滑行時(shí)關(guān)閉內(nèi)燃機(jī)，節(jié)約燃油。3. 在混合動(dòng)力汽車(chē)的電力驅(qū)動(dòng)部分中，電動(dòng)機(jī)能夠作為發(fā)電機(jī)工作。當(dāng)汽車(chē)減速滑行或緊急制動(dòng)時(shí)，可以利用發(fā)電機(jī)回收部分制動(dòng)能量，轉(zhuǎn)化成電能存入蓄電池，從而進(jìn)一步提高汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性。2.5 混合動(dòng)力汽車(chē)控制策略近年來(lái)，由于混合動(dòng)力汽車(chē)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的研究人員投入到其控制策略的研究中來(lái)，不斷有新的控制方法被提出，使得混合動(dòng)力汽車(chē)控制策略的種類(lèi)變得紛繁復(fù)雜，但總體上可以歸納成為邏輯門(mén)限值控制策略、模糊邏輯控制策略、自適應(yīng)控制策略和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制策略，下面分別對(duì)這幾種控制策略作簡(jiǎn)要的介紹。2.5.1 邏輯門(mén)限值控制策略邏輯門(mén)限值控制策略也被稱(chēng)為簡(jiǎn)單的基于規(guī)則的控制策略，其基本思想是優(yōu)先保證發(fā)動(dòng)機(jī)在較高效率區(qū)間內(nèi)工作，在該區(qū)間以外（當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速較小時(shí)）利用電機(jī)替代發(fā)動(dòng)機(jī)工作，而電機(jī)的能量來(lái)源是回收部分制動(dòng)能量和發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電為電池充電?；谝?guī)則的控制策略是一種簡(jiǎn)單易行、應(yīng)用廣泛的混合動(dòng)力汽車(chē)控制策略，也是目前主要應(yīng)用到混合動(dòng)力汽車(chē)實(shí)車(chē)控制中的控制策略。2.5.2 模糊邏輯控制策略從本質(zhì)上說(shuō)，模糊邏輯控制策略也是一種基于規(guī)則的控制策略。兩種控制策略的控制目標(biāo)大致相同，主要區(qū)別是各種門(mén)限值的表示方式，邏輯門(mén)限值控制策略是基于布爾邏輯，用精確值描述控制規(guī)則，后者是基于模糊邏輯，用模糊值描述控制規(guī)則，門(mén)限值的模糊化更能反映各種控制模式之間存在過(guò)渡區(qū)這一客觀事實(shí)。由于模糊控制方法本身具有良好的控制品質(zhì)，其在混合動(dòng)力汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用日益受到人們的重視。近年來(lái)發(fā)表的研究成果較多，其中多數(shù)應(yīng)用了基本的模糊控制理論，也有些文獻(xiàn)進(jìn)行了更深入的研究，模糊邏輯在混合動(dòng)力汽車(chē)控制策略中應(yīng)用具有光明的前景。2.5.3 自適應(yīng)控制策略自適應(yīng)控制是一種具有一定適應(yīng)能力的控制方法，它能夠認(rèn)識(shí)環(huán)境條件的變化，并自動(dòng)校正控制動(dòng)作，以達(dá)到最優(yōu)或接近最優(yōu)的控制效果。對(duì)于混合動(dòng)力汽車(chē)來(lái)講，動(dòng)態(tài)自適應(yīng)控制，就是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和排放運(yùn)行要求，利用最優(yōu)控制原理，考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和各排放物的特點(diǎn)，建立相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)，并使目標(biāo)函數(shù)值最小來(lái)實(shí)現(xiàn)燃油消耗和各排放物都較小的目標(biāo)。動(dòng)態(tài)自適應(yīng)控制要實(shí)時(shí)采集大量的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳油耗點(diǎn)和最優(yōu)排放點(diǎn)，并在運(yùn)行中實(shí)時(shí)跟蹤兩點(diǎn)數(shù)值得變化。優(yōu)化過(guò)程復(fù)雜，計(jì)算量大，這對(duì)實(shí)時(shí)性要求高的汽車(chē)控制系統(tǒng)不利，并使控制系統(tǒng)的軟件和硬件都過(guò)于復(fù)雜。這些阻礙了自適應(yīng)控制策略應(yīng)用到實(shí)車(chē)控制中的發(fā)展。2.5.4 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制策略一些文獻(xiàn)基于混合動(dòng)力汽車(chē)控制的非線性特征，提出將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于這一領(lǐng)域的方法，但是，鑒于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)固有的外推情況下的不確定性，這種控制在混合動(dòng)力汽車(chē)上的實(shí)際效果尚有待檢驗(yàn)。嚴(yán)格意義來(lái)講，以上四種應(yīng)叫做控制目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的手段，控制目標(biāo)和其控制手段的結(jié)合才叫做一個(gè)完整的控制策略，現(xiàn)在研究過(guò)程中大都把這兩大類(lèi)放在一起進(jìn)行討論，因此對(duì)控制策略的分類(lèi)比較混亂，本文中特別指明控制目標(biāo)和其實(shí)現(xiàn)手段的不同，以便對(duì)控制策略更詳盡、明朗的分析研究。第3章 控制策略設(shè)計(jì)通過(guò)上面的介紹可知，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)具有兩個(gè)以上的動(dòng)力源，因此為了管理好混合動(dòng)力汽車(chē)多動(dòng)力源所引起的模式切換和功率分配，就需要引入一個(gè)動(dòng)力總成控制策略對(duì)系統(tǒng)的能量流動(dòng)進(jìn)行合理的分配。動(dòng)力總成控制策略應(yīng)遵循選定的能量管理策略并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力汽車(chē)要達(dá)到的目標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)達(dá)到的幾個(gè)主要設(shè)定目標(biāo)是：（1） 使燃油經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)；（2） 使排放最低；（3） 為了保持整車(chē)價(jià)格能夠被市場(chǎng)接受，是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的成本最小化；（4） 在實(shí)現(xiàn)上述功能的同時(shí)，維持或者提高整車(chē)的性能（加速性能，續(xù)航里程，操作靈活性等）。通常，控制策略的方案是很多的，并且隨著混合動(dòng)力新技術(shù)的發(fā)展而變得更加豐富。但其策略的主要目的大多一致，就是讓發(fā)動(dòng)機(jī)盡可能多的工作在各自策略選定的高效區(qū)，低效區(qū)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，高負(fù)荷時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)共同工作。下面先介紹ADVISOR附帶的控制策略，即電動(dòng)機(jī)輔助控制策略。再來(lái)設(shè)計(jì)出另一種控制策略。3.1電動(dòng)機(jī)輔助控制策略電動(dòng)機(jī)輔助的能量控制策略采用發(fā)動(dòng)機(jī)作為主動(dòng)力源，電動(dòng)機(jī)和蓄電池協(xié)作提供峰值功率。這種控制策略容易對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況進(jìn)行優(yōu)化。與發(fā)動(dòng)機(jī)相比，電動(dòng)機(jī)響應(yīng)快，控制靈敏，容易實(shí)現(xiàn)不同的控制方法。這種控制策略在大多數(shù)并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)中采用。電動(dòng)機(jī)輔助控制策略的控制算法示意圖如（圖3-1）所示。首先，根據(jù)駕駛員的指令（加速踏板和制動(dòng)踏板）求得系統(tǒng)對(duì)功率的需求；根據(jù)功率需求，控制器決定混合動(dòng)力系統(tǒng)中的能量流；然后根據(jù)車(chē)速，負(fù)載和蓄電池荷電狀態(tài)，由SOC來(lái)劃分發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。圖3-1 基于規(guī)則的電動(dòng)機(jī)輔助方式能量控制策略示意圖如圖3-1所示，此種策略將整個(gè)工作區(qū)間分成四大塊：（1） 低轉(zhuǎn)速區(qū)；（2） 低于發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉曲線區(qū)；（3） 高于發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩曲線區(qū)；（4） 發(fā)動(dòng)機(jī)理想工作區(qū)（介于關(guān)閉轉(zhuǎn)矩曲線和最大轉(zhuǎn)矩曲線間）。根據(jù)當(dāng)前SOC值的情況分為兩種情況，即分出a）、b）兩圖?，F(xiàn)在我們來(lái)介紹這種控制策略的工作過(guò)程：1.當(dāng)SOC大于下限值cs_lo_soc時(shí)（圖a）（1） 位于低轉(zhuǎn)速區(qū)時(shí)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于起動(dòng)轉(zhuǎn)速，或者系統(tǒng)需求轉(zhuǎn)速過(guò)，發(fā)動(dòng)機(jī)效率太低，此時(shí)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)提供全部驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。（2） 低于發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉曲線區(qū)，發(fā)動(dòng)機(jī)效率太低，此時(shí)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)提供全部驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。（3） 高于發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩曲線區(qū)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)共同提供轉(zhuǎn)矩。（4） 介于關(guān)閉轉(zhuǎn)矩曲線和最大轉(zhuǎn)矩曲線間，此時(shí)是發(fā)動(dòng)機(jī)理想工作區(qū)間，采用發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)工作模式。2. 當(dāng)SOC大于下限值cs_lo_soc時(shí)（圖b）發(fā)動(dòng)機(jī)除提供系統(tǒng)需求轉(zhuǎn)矩外，還要提供額外的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)給蓄電池充電：在需求轉(zhuǎn)矩低于發(fā)動(dòng)機(jī)最小轉(zhuǎn)矩曲線時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最小轉(zhuǎn)矩曲線上（圖b中陰影邊沿的五星處）；當(dāng)需求轉(zhuǎn)矩高于最小轉(zhuǎn)矩曲線時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳工作區(qū)域（圖b中另一個(gè)五星處），多余的轉(zhuǎn)矩用于充電（圖b中指示的充電轉(zhuǎn)矩）。3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)最佳轉(zhuǎn)矩曲線控制策略3.2.1 策略介紹發(fā)動(dòng)機(jī)最佳轉(zhuǎn)矩曲線從靜態(tài)條件下的發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性出發(fā)，將一定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和一定負(fù)載下發(fā)動(dòng)機(jī)的最低燃油消耗點(diǎn)聯(lián)成一條線（圖3-2），也就是靜態(tài)條件下發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳工作曲線。該曲線介于發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉轉(zhuǎn)矩曲線和最大轉(zhuǎn)矩曲線間，比電控輔助控制策略中的發(fā)動(dòng)機(jī)最佳工作區(qū)更加細(xì)化。圖3-2 發(fā)動(dòng)機(jī)最佳轉(zhuǎn)矩曲線示意圖這種策略的工作過(guò)程大致為：1. 轉(zhuǎn)矩請(qǐng)求很?。?）在SOC值較高時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)效率很低，宜采用純電動(dòng)模式；（2）當(dāng)SOC值較低時(shí)，通過(guò)主動(dòng)充電來(lái)提高負(fù)載，使發(fā)動(dòng)機(jī)盡可能靠近最佳區(qū)域；2. 轉(zhuǎn)矩請(qǐng)求適中（1）在SOC值較高時(shí)，采用發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)工作模式，發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳轉(zhuǎn)矩曲線上；（2）當(dāng)SOC值較低時(shí)，通過(guò)主動(dòng)充電來(lái)提高負(fù)載，適當(dāng)為電池充電；3. 轉(zhuǎn)矩請(qǐng)求較大（1）在SOC值較高時(shí)，采用電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合的工作模式，讓電動(dòng)機(jī)來(lái)提供部分輔助轉(zhuǎn)矩，大小由電池的電量決定，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)能盡量保持在最佳工作點(diǎn)附近運(yùn)行；（2）當(dāng)SOC值較低時(shí)，為了保護(hù)電池，這是發(fā)動(dòng)機(jī)將不可避免的遠(yuǎn)離最佳工作點(diǎn)，浪費(fèi)一定的動(dòng)力性。3.3.2 策略設(shè)計(jì)下圖為這套控制策略的模型框圖： 圖3-3 控制策略框圖整個(gè)框圖以需求轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速為輸入，以發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)輸出為輸出。整個(gè)策略以模糊控制器為核心。（1） 通過(guò)需求車(chē)速查表得出該轉(zhuǎn)速下發(fā)動(dòng)機(jī)最佳轉(zhuǎn)矩，即目標(biāo)轉(zhuǎn)矩；（2） 將需求轉(zhuǎn)矩和目標(biāo)轉(zhuǎn)矩做差，得出其轉(zhuǎn)矩差；（3） 以當(dāng)前SOC值和轉(zhuǎn)矩差作為輸入，通過(guò)模糊控制器的規(guī)則運(yùn)算求得轉(zhuǎn)矩因子；（4） 將目標(biāo)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)矩因子做乘，求得發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；（5） 按式子T電機(jī)=T需求-T發(fā)動(dòng)機(jī)求出電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩（若為負(fù)值表示發(fā)動(dòng)機(jī)為電池充電）。由于采用模糊控制，大量轉(zhuǎn)矩控制規(guī)則均集中于模糊控制規(guī)則，整個(gè)控制策略看來(lái)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單且調(diào)理清晰。這些充分體現(xiàn)了模糊控制的優(yōu)越性。第4章 PHEV模糊控制策略模糊控制（Fuzzy Logic Control縮寫(xiě)為FLC）是建立在人工經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的。人可以憑借自身的經(jīng)驗(yàn)來(lái)巧妙的控制一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，將這種經(jīng)驗(yàn)用語(yǔ)言總結(jié)出來(lái)，就會(huì)形成一種定性的且不精確的控制規(guī)則，然后用模糊數(shù)學(xué)將其定量化就轉(zhuǎn)化為模糊控制算法，從而形成模糊控制理論。相對(duì)于傳統(tǒng)控制技術(shù)，模糊控制無(wú)需知道被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，易于對(duì)不確定系統(tǒng)或非線性系統(tǒng)進(jìn)行控制，對(duì)被控對(duì)象的參數(shù)變化有較強(qiáng)的魯棒性，對(duì)外界的干擾有較強(qiáng)的排除能力，具有良好的控制品質(zhì)。因此，模糊邏輯控制策略在混合動(dòng)力汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用日益受到人們的重視，近年來(lái)發(fā)表的研究成果較多，顯示出了良好的應(yīng)用前景。4.1模糊控制理論簡(jiǎn)介在1965年，Lotfi A.Zadeh在期刊“Information and Control”發(fā)表了題為“Fuzzy Sets”一文，開(kāi)創(chuàng)性地提出了模糊集理論，這標(biāo)志著模糊數(shù)學(xué)的正式誕生。模糊數(shù)學(xué)在傳統(tǒng)的經(jīng)典數(shù)學(xué)和充滿模糊性的現(xiàn)實(shí)世界之間架起了一座橋梁，用數(shù)學(xué)的科學(xué)方法抽象描述了模糊現(xiàn)象，揭示了自然界中模糊現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律。模糊集合的引入，可以將人們的思維和判斷用比較簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)表達(dá)式的形式表示出來(lái)，從而使復(fù)雜的系統(tǒng)可以用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)問(wèn)題予以解決，為解決復(fù)雜的不確定性問(wèn)題成為可能。模糊控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（1） 模糊控制是一種基于規(guī)則的控制，它直接采用語(yǔ)言型控制規(guī)則，出發(fā)點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)操作人員的控制經(jīng)驗(yàn)或相關(guān)專(zhuān)家的知識(shí)，在設(shè)計(jì)中不需要建立被控對(duì)象的精確的數(shù)學(xué)模型，因而使得控制激勵(lì)和策略易于接受與理解，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單以及便于應(yīng)用。（2） 從工業(yè)過(guò)程的定性認(rèn)識(shí)出發(fā)，比較容易建立語(yǔ)言控制規(guī)則，因而模糊控制對(duì)那些數(shù)學(xué)模型難以獲取，動(dòng)態(tài)特性不易掌握或變化非常顯著的對(duì)象非常適用。（3） 基于模型的控制算法及系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，由于出發(fā)點(diǎn)和性能指標(biāo)的不同，容易導(dǎo)致較大差異。但一個(gè)系統(tǒng)語(yǔ)言控制規(guī)則卻具有相對(duì)的獨(dú)立性，利用這些控制規(guī)律的模糊連 接，容易找到折中的選擇，使控制效果優(yōu)于常規(guī)控制器。（4） 模糊控制是基于啟發(fā)性的知識(shí)及語(yǔ)言決策規(guī)則設(shè)計(jì)的，這有利于模擬人工控制的過(guò)程和方法，增強(qiáng)控制系統(tǒng)的適應(yīng)能力，使之具有一定的智能水平。（5） 模糊控制系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)，干擾和參數(shù)變化對(duì)控制效果的影響被大大減弱，尤其適合于非線性、時(shí)變及純滯后的控制。4.2模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模糊控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖4-1所示，由輸入通道、模糊控制器、輸出通道、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與被控對(duì)象組成。其中模糊控制器結(jié)構(gòu)(圖中虛線部分)是組成模糊控制系統(tǒng)的核心部分，模糊控制器的組成結(jié)構(gòu)如圖4-2所示。圖4-1 模糊控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖4-2 模糊控制器功能模塊根據(jù)模糊控制器輸入變量的個(gè)數(shù)，可把模糊控制器分為單變量模糊控制系統(tǒng)，和多變量模糊控制系統(tǒng)。也就是模糊邏輯控制器的輸入變量個(gè)數(shù)決定控制器的維數(shù)。圖4-3顯示了一至三維模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。圖4-3 一至三維單變量模糊控制器的輸入輸出關(guān)系模糊控制器由模糊化模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)和規(guī)則庫(kù)構(gòu)成的知識(shí)庫(kù)、模糊推理模塊和解模糊模塊組成。4.2.1 模糊化模糊化就是輸入值匹配成語(yǔ)言值的過(guò)程，對(duì)語(yǔ)言變量語(yǔ)言值的隸屬度也被確定。模糊化模塊接口的作用就是將一個(gè)確定的點(diǎn)X=(x1 x2xn)TU映射為U上的一個(gè)模糊集合A。映射方式至少有以下兩種：（1）單值模糊產(chǎn)生器。若A對(duì)支撐集x為模糊單值，則對(duì)于一點(diǎn)x=x有（x）=1，而對(duì)于其余所有的xx，xU有(x)=0。（2）非單值模糊產(chǎn)生器。當(dāng)x=x時(shí)，(x)=1，但當(dāng)x漸漸遠(yuǎn)離x時(shí)，(x)從1開(kāi)始衰減。例如，其中為(x)=exp-(xx)T(xx)/2，其中2為(x)的特征參數(shù)。常用的非單值模糊化的模糊隸屬函數(shù)有三角形隸屬函數(shù)，正態(tài)分布隸屬函數(shù)，S型隸屬函數(shù)和Z型隸屬函數(shù)等。其主要過(guò)程是：通過(guò)傳感器把受控對(duì)象的相關(guān)物理量轉(zhuǎn)換成電量，將此輸入測(cè)量值作標(biāo)準(zhǔn)化處理，再將論域中的該輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)語(yǔ)言變量的術(shù)語(yǔ)，并構(gòu)成模糊集合。這樣就把輸入的精確量轉(zhuǎn)化為用隸屬度函數(shù)表示的某一模糊變量的值。由此才能用檢測(cè)到的輸入量作為模糊控制規(guī)則的條件來(lái)運(yùn)用模糊控制規(guī)則進(jìn)行推理，實(shí)現(xiàn)模糊化接口的功能。此模塊的輸出為與輸入值相應(yīng)的各語(yǔ)言值的隸屬度值。4.2.2 知識(shí)庫(kù)知識(shí)庫(kù)中儲(chǔ)存著具體應(yīng)用領(lǐng)域中有關(guān)模糊控制器的一切知識(shí)，