混合動(dòng)力車性能設(shè)計(jì)

1、混合動(dòng)力汽車控制設(shè)計(jì)0引言 隨著石油的日趨緊張和社會(huì)對環(huán)境和節(jié)能的日益重視，混合動(dòng)力電動(dòng)車輛的發(fā)展得到了全球越來越多的關(guān)注。汽車問世123年以來，極大地改變了人們生活方式，并推動(dòng)世界經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。但全球氣候變暖的今天，汽車消費(fèi)原油約占石油消費(fèi)總量一半，所排放CO2約占溫室氣體排放總量2成。汽車行業(yè)面臨重大歷史變革，電動(dòng)汽車等環(huán)保車取代燃油汽車已屬必然，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也將迎來深刻變化。1 混合動(dòng)力汽車及其歷史 混合動(dòng)力汽車（Hybrid Electrical Vehicle, 簡稱HEV) 是指同時(shí)裝備兩種動(dòng)力來源熱動(dòng)力源（由傳統(tǒng)的汽油機(jī)或者柴油機(jī)產(chǎn)生）與電動(dòng)力源（電池與電動(dòng)機(jī)）的汽車。通過在混合動(dòng)力

2、汽車上使用電機(jī)，使得動(dòng)力系統(tǒng)可以按照整車的實(shí)際運(yùn)行工況要求靈活調(diào)控，而發(fā)動(dòng)機(jī)保持在綜合性能最佳的區(qū)域內(nèi)工作，從而降低油耗與排放。混合動(dòng)力汽車雖然沒有實(shí)現(xiàn)零排放，但其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放等綜合指標(biāo)能滿足當(dāng)前苛刻要求，可緩解汽車需求與環(huán)境污染及石油短缺的矛盾。所以自從90年代以來，全球刮起了研究混合動(dòng)力的風(fēng)暴。日本豐田率先將混合動(dòng)力車商品化，于1997年推出Prius，隨后的時(shí)間里，多家日本汽車公司實(shí)現(xiàn)了多款混合動(dòng)力的商品化。在美國，克林頓政府上臺(tái)不久，為了開發(fā)新一代汽車，由美國政府促進(jìn)，于1993年9月29日發(fā)起了新一代汽車伙伴計(jì)劃即PNGV，目標(biāo)是開發(fā)低油耗的混合動(dòng)力汽車。然而該計(jì)劃最終被廢止

3、，沒有達(dá)到預(yù)訂的2005年左右推出商品化的混合動(dòng)力汽車的目標(biāo)。2 混合動(dòng)力汽車的分類及工作原理近些年來，由于蓄電池技術(shù)的發(fā)展，由發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)組成的混合動(dòng)力系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展出串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式這三種組成方式。它們因?yàn)橛兄煌慕M合形式而各自有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，串聯(lián)和并聯(lián)是以前就有的傳統(tǒng)的HEV動(dòng)力系統(tǒng)組成方式，而混聯(lián)式是后來發(fā)展起來的，它的特點(diǎn)是有更多的工作模式可供選擇，既具有串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的特征，又具有并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的特征。2.1串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(SHEV)串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)依次串聯(lián)組成的。SHEV通過發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，然后發(fā)電機(jī)組將機(jī)械能

4、轉(zhuǎn)化為電能，用來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)或者給電池組充電，這樣可以延長串聯(lián)式混合動(dòng)力動(dòng)汽車的行駛里程。串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在一定的范圍之內(nèi)，運(yùn)行工況對它沒有任何影響，所以S H EV能夠保證它的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)在任何時(shí)候都是高效率的，同時(shí)能量消耗和排放也非常低。串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車主要有一種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式，所以它的控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都非常簡單，三大動(dòng)力總能夠很自由地在底盤上布置，它的動(dòng)力特性與純電動(dòng)汽車的更接近。SHEV三大動(dòng)力總功率要求與它的最大驅(qū)動(dòng)功率相近。串聯(lián)式結(jié)構(gòu)適用于頻繁起步和低速行駛工況，可以將發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整在最佳工況點(diǎn)附近穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，通過調(diào)整電池和電動(dòng)機(jī)的輸出來調(diào)整車速的目的。使發(fā)動(dòng)機(jī)避免怠速和

5、低速運(yùn)轉(zhuǎn)的工況，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，減少廢氣排放。缺點(diǎn)是能量幾經(jīng)轉(zhuǎn)換，機(jī)械效率較低。故主要應(yīng)用于大型客車。圖1 串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)示意圖2.2并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(PHEV)并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車是由發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)或驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)兩大動(dòng)力總成組成，PHEV的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由它們并聯(lián)組成。此時(shí)電動(dòng)汽車可由發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，也可以由它們共同驅(qū)動(dòng)。所以，可以降低對電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)功率的要求，而且電池的容量也可以適當(dāng)?shù)臏p小一點(diǎn)，從而降低制造汽車的成本。在PHEV中。沒有像串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車那樣在能量轉(zhuǎn)化中的損失，而是采用高效率的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，由發(fā)動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)PHEV的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)PHEV行駛，發(fā)動(dòng)機(jī)始終穩(wěn)定

6、地運(yùn)轉(zhuǎn)在低油耗、高效率和低排放的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的驅(qū)動(dòng)裝置是發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)，由于PHEV的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，它有三種驅(qū)動(dòng)模式。分別是由發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)、由電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)。但是一般情況下，PHEV主要由發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。在這種驅(qū)動(dòng)模式下它的動(dòng)力特性跟內(nèi)燃機(jī)汽車更接近。由于兩大動(dòng)力總成是并聯(lián)的，功率可以疊加起來，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)也不需要像串聯(lián)式那樣采用大功率的，只要是并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車最大驅(qū)動(dòng)功率的1/2到1之間。并聯(lián)式結(jié)構(gòu)最適合在城市間公路和高速公路上穩(wěn)定行駛的工況。由于并聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)受汽車行駛工況點(diǎn)影響，因此不適合汽車行駛工況較多，較大；相比于串聯(lián)結(jié)構(gòu)式，需要變速裝

7、置和動(dòng)力復(fù)合裝置，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。由于它的尺寸比較小。主要在中小型汽車上應(yīng)用。圖2并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)示意圖2.3混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(PSHEV)PSHEV既具有串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)形式與功能特性，又具有并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)形式與功能特性?；炻?lián)式混合電動(dòng)車的動(dòng)力總成系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)以及驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。PSHEV的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在車輛的行駛速度比較低時(shí)運(yùn)行狀態(tài)與SHEV相似；PSHEV的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在車輛的行駛速度比較高時(shí)運(yùn)行狀態(tài)則與PHEV相似。當(dāng)混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車起動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，其中有一些由傳動(dòng)裝置傳送給汽車車輪，而剩下的就用來給發(fā)電機(jī)發(fā)電，這些電能用來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)

8、生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩用來驅(qū)動(dòng)車輪或者給蓄電池充電?；炻?lián)式混合動(dòng)力汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有SHEV和PHEV的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，所以它能夠在不同的路況下選擇不同的工作模式，實(shí)現(xiàn)低油耗和低排放的控制目的?；炻?lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，三大動(dòng)力總成各自的功率均能夠取混聯(lián)式混合電動(dòng)車最大驅(qū)動(dòng)功率的1/3到1之間，而且能夠接近甚至超過傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的動(dòng)力性能水平，但是對發(fā)動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的技術(shù)要求較高，對蓄電池技術(shù)要求較高。圖3混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)示意圖3 整車控制策略針對車輛的實(shí)際特點(diǎn)，制定的整車控制目標(biāo)是合理設(shè)計(jì)APU控制系統(tǒng)，在電池組的配合下使車載高壓供電系統(tǒng)能夠滿足驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)及各特殊用電設(shè)備的需求；提高APU系統(tǒng)的運(yùn)

9、行效率；合理分配電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力，在保證車輛動(dòng)力性、通過性的前提下，提高電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。根據(jù)上述整車控制目標(biāo)，設(shè)計(jì)混合動(dòng)力汽車采用分層式的整車控制策略，控制系統(tǒng)分為上下兩層：上層根據(jù)駕駛員的輸入和車輛各部件的反饋信息，進(jìn)行信號解釋和模式識別，制定能量管理策略，而后采用APU 控制策略對發(fā)動(dòng)機(jī)噴油量與發(fā)電機(jī)電壓進(jìn)行控制，采用多目標(biāo)切換的驅(qū)動(dòng)力分配策略對各電動(dòng)機(jī)控制器發(fā)出指令：下層為各個(gè)部件單獨(dú)的控制器。3.1車輛運(yùn)行模式混合動(dòng)力汽車的能量管理策略首先要考慮工作模式的種類和模式切換時(shí)的輸入量：(1)工作模式的種類：純電動(dòng)模式、純電動(dòng)準(zhǔn)備模式、發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式、停車發(fā)電模式、聯(lián)合驅(qū)動(dòng)模式。(2

10、)模式切換基本考慮的輸入量：車速、需求扭矩、油門開度、SOC值。3.1.1聯(lián)合驅(qū)動(dòng)模式模式下能力管理系統(tǒng)根據(jù)動(dòng)力系統(tǒng)各部件的狀況進(jìn)行能量合理分配，調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的工作區(qū)間、電機(jī)的工作模式和扭矩，實(shí)現(xiàn)效果最佳。聯(lián)合驅(qū)動(dòng)模式的能量管理邏輯(圖略)。(1)SOC<40狀態(tài)；若駕駛員需求扭矩在區(qū)域A內(nèi)：(行車發(fā)電)；發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)扭矩等于發(fā)動(dòng)機(jī)最小扭矩TA；電機(jī)工作在發(fā)電模式，目標(biāo)扭矩為以下三值(絕對值)中的最小值(發(fā)動(dòng)機(jī)最小扭矩TA駕駛員需求扭矩，電機(jī)最大制動(dòng)扭矩，電池最大制動(dòng)扭矩)；若駕駛員需求扭矩在區(qū)域B內(nèi)：(行車發(fā)電)；發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)扭矩為以下二值中的最小值(駕駛員需求扭矩+電機(jī)最大制動(dòng)扭矩，發(fā)動(dòng)機(jī)

11、最大扭矩TB)；其中電機(jī)最大制動(dòng)扭矩為以下二值中的最小值(電機(jī)最大制動(dòng)扭矩，電池最大制動(dòng)扭矩)；電機(jī)工作在發(fā)電模式，目標(biāo)扭矩為(發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)扭矩駕駛員需求扭矩)；否則，(發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng))；發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)扭矩等于發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩；電機(jī)扭矩為0。(2)40=<SOC<=80狀態(tài)；若駕駛員需求扭矩在區(qū)域A內(nèi)：(純電動(dòng))發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉；電機(jī)工作在驅(qū)動(dòng)模式純電動(dòng)行駛，目標(biāo)扭矩為以下三值中的最小值(駕駛員需求扭矩，電機(jī)最大驅(qū)動(dòng)扭矩，電池最大驅(qū)動(dòng)扭矩)；若駕駛員需求扭矩在區(qū)域B內(nèi)：(行車發(fā)電)發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)扭矩為以下二值中的最小值(駕駛員需求扭矩+電機(jī)最大制動(dòng)扭矩，發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩TB)；其中電機(jī)最大制動(dòng)扭矩為以

12、下二值中的最小值(電機(jī)最大制動(dòng)扭矩，電池最大制動(dòng)扭矩)；電機(jī)工作在發(fā)電模式，目標(biāo)扭矩為(發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)扭矩駕駛員需求扭矩)；否則，(聯(lián)合驅(qū)動(dòng))；發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)扭矩等于發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩；電機(jī)工作在驅(qū)動(dòng)模式，目標(biāo)扭矩為以下三值(絕對值)中的最小值(駕駛員需求扭矩一發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩，電機(jī)最大驅(qū)動(dòng)扭矩，電池最大驅(qū)動(dòng)扭矩)；(3)SOC>=80狀態(tài)；若駕駛員需求扭矩在區(qū)域A內(nèi)：(純電動(dòng))；發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉；電機(jī)工作在驅(qū)動(dòng)模式純電動(dòng)行駛，目標(biāo)扭矩為以下三值中的最小值(駕駛員需求扭矩，電機(jī)最大驅(qū)動(dòng)扭矩，電池最大驅(qū)動(dòng)扭矩)；若駕駛員需求扭矩在區(qū)域B內(nèi)：(發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng))；電機(jī)需求扭矩為O；發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)扭矩等于駕員需求扭矩；

13、否則，(聯(lián)合驅(qū)動(dòng))；發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)扭矩等于發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩；電機(jī)工作在驅(qū)動(dòng)模式，目標(biāo)扭矩為以下三值(絕對值)中的最小值(駕駛員需求扭矩一發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩，電機(jī)最大驅(qū)動(dòng)扭矩，電池最大驅(qū)動(dòng)扭矩)。3.1.2純電動(dòng)行駛準(zhǔn)備模式為滿足車輛一定的純電動(dòng)行駛里程要求，本控制系統(tǒng)中設(shè)置了純電動(dòng)行駛準(zhǔn)備模式，用于為電池系統(tǒng)快速充電，為純電動(dòng)行駛需求做準(zhǔn)備。該模式的控制邏輯，如圖4所示。圖4純電動(dòng)行駛準(zhǔn)備模式控制邏輯圖當(dāng)電池的SOC值低于90時(shí)，在行駛過程中，在滿足駕駛員需求扭矩的前提下，最大限度地將額外的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力提供給發(fā)電機(jī)讓其發(fā)電，使電池的SOC值盡快達(dá)到90，為純電動(dòng)行駛做準(zhǔn)備。當(dāng)電池的SOC值達(dá)到90后，對動(dòng)

14、力電池的電量進(jìn)行保持，盡量由發(fā)動(dòng)機(jī)為車輛的行駛提供動(dòng)力。3.1.3純電動(dòng)行駛模式在純電動(dòng)行駛模式的時(shí)候，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)來單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛，當(dāng)電池的SOC值低于20時(shí)，為保護(hù)電池，強(qiáng)制切換到混合驅(qū)動(dòng)模式。其控制邏輯，如圖5所示。若SOC>80則電機(jī)工作模式為0，電機(jī)需求轉(zhuǎn)矩為0。否則電機(jī)工作模式為1，電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩為以下三值(絕對值)中的最小值(當(dāng)前需求的制動(dòng)扭矩，電機(jī)最大制動(dòng)扭矩，電池最大制動(dòng)扭矩)。圖5純電動(dòng)行駛模式控制邏輯圖3.1.4停車發(fā)電模式停車發(fā)電模式主要用于滿足警方要求的停車狀況下使用大功率用電設(shè)備的要求。該模式下，控制策略根據(jù)電池的SOC來控制發(fā)動(dòng)機(jī)的啟停和發(fā)電功率。其控

15、制邏輯，如圖6所示。當(dāng)電池的電量下降到40以下時(shí)。啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，并按照設(shè)定功率開始發(fā)電，在滿足車載用電設(shè)備后額外的電力存儲(chǔ)到動(dòng)力電池中。給電池充電后，當(dāng)電池的電量達(dá)到70，則停止發(fā)動(dòng)機(jī)，改由動(dòng)力電池給車載用電設(shè)備供電。圖6停車發(fā)電模式控制邏輯圖4 功率分配策略4.1模糊規(guī)則的控制策略將模糊控制應(yīng)用在混合動(dòng)力車輛控制中，具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是模糊邏輯可以表示難以精確定量表達(dá)的規(guī)則，如“如果需求功率較大，且電池SOC較小，則發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率增大”等規(guī)則；二是模糊控制可以方便地實(shí)現(xiàn)SOC和需求功率等不同映像因素的折中；三是模糊控制具有良好的魯棒性，對路況的適應(yīng)性好 。圖1為依據(jù)電池S0C設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組

16、功率輸出方案。電機(jī)的功率需求Pm和電池SOC作為系統(tǒng)的輸入，發(fā)電機(jī)的功率 為系統(tǒng)的輸出。功率分配模糊控制器根據(jù)電機(jī)的需求功率和電池的SOC確定發(fā)動(dòng)機(jī)的目標(biāo)功率Pe。發(fā)動(dòng)機(jī)多點(diǎn)轉(zhuǎn)速以及目標(biāo)電壓控制根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)功率確定DC/DC的輸出電壓Udc以及發(fā)動(dòng)機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速necorn。發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)整流橋模型構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，PID控制器通過轉(zhuǎn)速的偏差值來調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)模型的輸出轉(zhuǎn)矩Te以及發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組的輸出功率Pg。圖7 發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組功率輸出示意圖模糊邏輯控制器利用MATLAB中的模糊邏輯工具箱設(shè)計(jì)。模糊控制器的輸入分別為電機(jī)的需求轉(zhuǎn)矩Pm與電池的S0C，輸出為發(fā)動(dòng)機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Pm電池組作為前后功率

17、鏈的連接，既要在發(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力滯后時(shí)提供功率，又要在發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組功率富余或在車輛制動(dòng)的過程中存儲(chǔ)多余的能量，因而可以將電池組SOC限定在一定范圍內(nèi)來維持整車能量的平衡。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，電池在SOC為04-06的區(qū)間內(nèi)時(shí)，內(nèi)阻較小，在進(jìn)行充放電時(shí)產(chǎn)生的熱量較少，不但能量利用率高而且能夠進(jìn)行大電流充電。為了更好的利用車載能量源，此模糊控制器在滿足車輛功率需求的基礎(chǔ)上，能將電池SOC穩(wěn)定在04-06的區(qū)間內(nèi)。4.2 發(fā)動(dòng)機(jī)多點(diǎn)轉(zhuǎn)速控制對發(fā)動(dòng)機(jī)采用了多點(diǎn)轉(zhuǎn)速控制策略，減少了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)，盡可能地提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率。將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速工作范圍分為不同等級，每一等級覆蓋一段功率范圍，通過跟蹤目標(biāo)功率使發(fā)動(dòng)

18、機(jī)在不同轉(zhuǎn)速等級上切換，可以避免發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速頻繁。5整車模型的建立5.1整車行駛動(dòng)力學(xué)建模整車行駛動(dòng)力學(xué)模型顯示了整車在外力作用下的驅(qū)動(dòng)力阻力平衡關(guān)系。該模型實(shí)現(xiàn)了汽車的縱向動(dòng)力平衡：F=F 。此計(jì)算式忽略了加速度阻力項(xiàng)和坡度阻力項(xiàng)。將上一步計(jì)算得到的車速作為該步驟的初速度，根據(jù)后向仿真原理，得到上級模塊要求的，就是模塊內(nèi)部需求的速度和驅(qū)動(dòng)力。其中：F 為驅(qū)動(dòng)力； 為滾動(dòng)阻力；F 為空氣阻力；F 為坡度阻力； 為正面迎風(fēng)面積；M為車速；i為道路坡度 為滾動(dòng)阻力系數(shù)。此方程計(jì)算需要的后向仿真驅(qū)動(dòng)力的數(shù)值是通過加速度來求解的。迭代過程中的平均速度是步驟開始和結(jié)束時(shí)所需要速度的平均值。5.2控制器建模

19、此模塊根據(jù)輸人的電池組SOC值、需求轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速信號決定汽車需求能量在電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)之間的合理分配，并控制電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩輸出?？刂破髂K考慮了電機(jī)的輸出扭矩能力，在不同的荷電狀態(tài)以及不同的需求扭矩范圍內(nèi)控制發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候輸出特定的扭矩，并控制電動(dòng)機(jī)的開和關(guān)。5.3整車系統(tǒng)建模將以上模塊和發(fā)動(dòng)機(jī)模塊、電動(dòng)機(jī)模塊、電池模塊、變速器模塊、循環(huán)工況模塊以及油箱、油耗顯示器等部件，根據(jù)各自的聯(lián)系和相互作用的關(guān)系連接起來，就組成了整車系統(tǒng)模型。6 仿真驗(yàn)證6.1整車動(dòng)力性的仿真設(shè)計(jì)要求見表1、2。通常需要通過仿真來檢驗(yàn)參數(shù)的匹配是否滿足汽車的性能要求。將選定的各個(gè)參數(shù)代人仿真模型，通過編程運(yùn)

20、算，得到的動(dòng)力性能仿真結(jié)果如表3所示。從表3可看出，整車的動(dòng)力性能基本達(dá)到要求。6.2 循環(huán)工況下的仿真當(dāng)前全球用來評價(jià)整車性能的標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)工況主要有FTP、NEDC、JNIO一15和ECE等，我國目前主要采用NEDC循環(huán)工況。圖26是在滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，在NEDC循環(huán)工況下得到的仿真結(jié)果。圖8 NEDC循環(huán)工況下的車速 圖9 NEDC循環(huán)工況下的SOC曲線 圖10 NEDC循環(huán)工況下的ISG扭矩曲線 圖11 NEDC循環(huán)工況下的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩曲線 圖12 NEDC循環(huán)工況下的速比曲線6.3仿真分析從SOC曲線(圖9)可以看出，這種形式符合輕度混合動(dòng)力電動(dòng)汽車能量管理控制的要求。觀察ISG電機(jī)的

21、輔助扭矩曲線和SOC曲線可知：SOC曲線的下降是由于此時(shí)ISG電機(jī)工作于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)給發(fā)動(dòng)機(jī)助力，消耗了蓄電池的電能；SOC曲線的上升則是因?yàn)镮SG電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，實(shí)施再生制動(dòng)，并同時(shí)給蓄電池充電。從圖10、11可以看出：車輛行駛時(shí)的驅(qū)動(dòng)扭矩在穩(wěn)態(tài)工況和瞬態(tài)工況時(shí)的差異較大。穩(wěn)態(tài)工況的行駛驅(qū)動(dòng)扭矩恒定，而瞬態(tài)工況的行駛驅(qū)動(dòng)扭矩則隨時(shí)間變化。穩(wěn)態(tài)輸出對應(yīng)穩(wěn)態(tài)工況，發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩等于車輛行駛的驅(qū)動(dòng)扭矩，即車輛行駛完全由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。在瞬態(tài)工況時(shí)，考慮到扭矩需求大、變化范圍廣，行駛驅(qū)動(dòng)扭矩由發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)共同提供。電動(dòng)機(jī)瞬態(tài)工況扭矩的波形顯示電動(dòng)機(jī)對發(fā)動(dòng)機(jī)在驅(qū)動(dòng)扭矩不足時(shí)的補(bǔ)充扭矩。在電動(dòng)機(jī)扭矩為負(fù)值時(shí)，電動(dòng)機(jī)被當(dāng)做發(fā)電機(jī)給蓄電池組充電。因?yàn)檩p度混合動(dòng)力電動(dòng)汽車并沒有電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的情況，所以發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩是非負(fù)值，在正值時(shí)為驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，在零值時(shí)為關(guān)閉狀態(tài)。從速比曲線(圖6)可以看出變速器的換擋規(guī)律，即：變速器的擋位是隨著車速的增大而增加的，低速時(shí)對應(yīng)低檔位，高速時(shí)對應(yīng)高檔位。加速時(shí)速比增大，減速時(shí)速比降低；速比為0時(shí)，處于換擋間隙的空擋狀態(tài)。7 結(jié)論本文以混合動(dòng)力電動(dòng)汽車為研究對象，綜合考慮運(yùn)行工況和發(fā)動(dòng)機(jī)功率分配的基礎(chǔ)上，制定了在聯(lián)合驅(qū)動(dòng)模式、純電動(dòng)行駛準(zhǔn)備模式、純電動(dòng)行駛模式和停車發(fā)電模式時(shí)的控制策略，以保證整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)在高效率情況下工作。根據(jù)整車