混合動力汽車電機(jī)控制模型的仿真建立

1、 福建工程學(xué)院學(xué)報(bào) 個(gè)能源的最優(yōu)匹配難度更大。 第 卷 電扭矩和電池系統(tǒng)的充電狀態(tài)來決定。當(dāng)制動回 收充電力 ， 機(jī)械制動系統(tǒng)開始工作 ， 以確矩不能滿 足要求時(shí)保車輛的制動安全性 。當(dāng)車速低于設(shè)定 值或者電機(jī)轉(zhuǎn)速低于設(shè)定值時(shí) ， 此時(shí)電機(jī)充電效 率較低 ， 能量 回收系統(tǒng)不啟 動， 直接采用機(jī)械制 動， 其基本控制策略如下 ： 若 ， ； ， 則 ： 若 ， 電機(jī)停止工作 。 則 ， ， 若 一 則 ： 肘若 ， 電機(jī)停止 工作 ； 一 則 ： 。 混合汽 車應(yīng) 用前景和 需要解 決 的 問題 混合汽車應(yīng)用前景 串聯(lián)式動力總成要求選擇發(fā)動機(jī)的功率 大， 并且對電池要求很高 ， 容量大 ， 增

2、加了電池和汽車 的制造成本及重量 ， 電機(jī)是唯一的動力源 ， 能量轉(zhuǎn) 換效率低 ， 以比較適合大型公交車。并聯(lián)式動 所 力 總成 由發(fā)動 機(jī)和 電機(jī) 部 分組成 。 因?yàn)?發(fā)動 機(jī) 式中， 為整車需求的制動轉(zhuǎn)距 ； 為機(jī)械摩擦 制 動轉(zhuǎn)距 。 故障工 況 的變化受到車子工況變化 的影響大 ， 所以排放性 較差 ， 使用的范圍較小， 僅限于小型汽車， 更適合 在高速公路上行駛 。混聯(lián)式 發(fā)動機(jī)功率選擇較 小， 排放性 能較好， 對電池依賴 比較小 ， 基本上不 需 外來 充 電系統(tǒng) ， 動 機(jī)工 作 不受 車輛 行 駛工 況 發(fā) 當(dāng)電機(jī)分總成出現(xiàn)故障時(shí)， 采用純發(fā)動機(jī)模式 驅(qū)動； 當(dāng)發(fā)動機(jī)出現(xiàn)故

3、障時(shí)， 采用純電動模式運(yùn)行。 模型 仿真 簡介 利用美國 國家實(shí)驗(yàn)室為響應(yīng)美 國政 府的新一代車輛合作計(jì)劃而開發(fā)的電動汽車仿真 軟件 ， 根據(jù)需要對 肘 函數(shù)和 模塊進(jìn) 行修 改 ， 可建立 自己需要的整車仿真模型 （ 。 圖 ） 的影響， 不要求像傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)那樣具有 良好的響 應(yīng)特性及寬廣的轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍。另外 ， 可以充分 利用 串聯(lián)式和并聯(lián)式的優(yōu)點(diǎn) ， 確保發(fā)動機(jī)和 電動 機(jī)基本上工作在經(jīng)濟(jì)區(qū)， 大大提高了車輛 的經(jīng)濟(jì) 性。并且動力 源傳遞效 率高 ， 用車型范 圍廣 。 使 但結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜， 從而成本也較高， 目前主要應(yīng) 用 于轎車 。 需要解 決的關(guān)鍵 技術(shù) 問題 混合動力汽車要進(jìn)入

4、實(shí)用化 ， 需要具備高 比 能量 和高比功率的能量存儲裝置， 低成本、 高效率 的功率電子設(shè)備和燃料經(jīng)濟(jì)性高 、 排放低的發(fā)動 機(jī)， 所面臨的關(guān)鍵性技術(shù)和需要解決 的問題包括 以下 幾 個(gè)方 面 ： 內(nèi)燃 機(jī) 與 電機(jī) 藕 合 功 率 分 配 比 的最 優(yōu) 控 ） 圖 混 聯(lián)式 仿 真 結(jié) 構(gòu)模 型 制 ?；旌蟿恿ζ嚢l(fā)動機(jī)和電動機(jī)要相互配合工 作， 而根據(jù)運(yùn)行工況控制它們適時(shí)啟動和關(guān)閉 ， 并 使發(fā)動機(jī)始終工作在低油耗區(qū)的整個(gè)控制過程十 分復(fù) 雜 ， 因此需要 用 成 熟 可靠 的動 力 藕合 裝 置 以 及先進(jìn)的檢測系統(tǒng)和控制策略實(shí)現(xiàn)功率的合理分 從仿真性能及結(jié)果可以看 出， 在基礎(chǔ)起步階

5、 段混合動力汽車混聯(lián)式與 串聯(lián)式和混聯(lián)式相 比， 由于都 由電機(jī)驅(qū) 動， 因此性能相近 ； 在高速行 駛 時(shí)， 由于串聯(lián)式只是依靠 電機(jī)驅(qū)動 ， 動力性不如混 聯(lián)式 ， 且油耗方面混聯(lián)車也優(yōu)于串聯(lián)車。同時(shí)， 串 聯(lián)車發(fā) 電機(jī) 的發(fā) 電功率 與驅(qū) 動 電機(jī) 的驅(qū) 動功率 必 須相當(dāng)， 才能保證整車的動力性 ； 混聯(lián)車可 以避免 這種情 況 ， 可選 用更小 的發(fā) 電機(jī)與 驅(qū)動 電機(jī) ， 是 但 配， 以達(dá)到低油耗和 良好的動力性 目 標(biāo)。因此， 可 發(fā)展多種動力耦合裝置 ， 有傳統(tǒng) 的行星齒輪耦合 器等， 也可嘗試集離合、 動力合成、 變速 功能于一 體的雙離合 自動變速動力偶合器等 ； 在控制

6、策 略上 ， 可建立更優(yōu)的模型 ， 比如瞬時(shí)優(yōu)化算法與邏 輯門限判斷相結(jié)合的 自 適應(yīng)控制策略 。 能量存儲裝置 （ ） 電池） 要具有較高的 比功 率， 以滿 足汽 車加 速 和爬 坡 時(shí)對 大 功 率 的需 要 。 在機(jī)械與功率控制實(shí)現(xiàn)方面要復(fù)雜得多 ， 實(shí)現(xiàn)多 電池還要具有快速充電能力 ， 以保證制 動時(shí)能量 增刊 余捷 ， 等： 種類型混合動力汽車控制策略的分析 能及時(shí)回收。電池還要提高充放 電效率 ， 這對提 高整車工作效率至關(guān)重要 。此外 ， 還必須對熱能 進(jìn)行控制管理 ， 判定荷電狀態(tài) ， 選擇適 當(dāng)?shù)某潆娀?放電模式 ， 對電池進(jìn)行均衡充電， 防止電池過充 電 或過放 電， 并

7、平衡 電池組的工作溫度。同時(shí)， 電池 還要有較高的比能量、 長的使用壽命和低廉 的 較 制造成本。在這一方面， 可以考慮選用其 它的儲 能元件 ， 比如超級 電容 。超級 電容以充放 電快 速、 功率釋放能力強(qiáng) 、 壽命 長、 污染為其顯著特 無 征 。選 用超級 電容 可大大減 輕整 車 質(zhì)量 ， 時(shí) ， 同 系 統(tǒng)提升了驅(qū)動功率 ， 與普通公交 車相 比制動時(shí) 回 收效 率 提高近 。 需 要 開 發(fā) 高性 能 的 電子 控 制 元 件 。為 了 ） 滿足 汽車 高速開 關(guān) 控制 的要 求 ， 合 動 力 汽 車還 混 需要建立更先進(jìn)的驅(qū)動系統(tǒng)數(shù)學(xué)模 型（ ） 包 括靜態(tài)和動態(tài)的） 這是計(jì)

8、算機(jī)仿真和分析 的基 ， 礎(chǔ) 。此外 ， 可對模 型的控制模式進(jìn)行一些改進(jìn) ， 比 如使用控制模式分層決策思想將混合動力系 ， 統(tǒng)復(fù)雜的控制模式?jīng)Q策分為駕駛模式和能量管理 模式 個(gè)層次來依次決策， 易于理解和執(zhí)行 ， 降低 了主控制器軟件編程的難度。 結(jié)論 （） 混合 動力 汽車 （ ） 采用發(fā) 動機(jī) 和 電 機(jī)、 電池作為混合動力總成 ， 既繼承了電動車輛作 為“ 綠色汽車” 的節(jié)約能源和超低排放的優(yōu)點(diǎn) ， 又 彌補(bǔ)了電動車輛續(xù)駛里程的不足。通過優(yōu)化控制 系統(tǒng) ， 可使發(fā)動機(jī) 、 電機(jī)和電池保持在最佳經(jīng)濟(jì)區(qū) 運(yùn)行 ， 并實(shí)現(xiàn)再生制動能量回收， 提高了整車的能 需要裝備高功率密度、 低損耗的開

9、關(guān) 、 電容 和電感 等?；旌蟿恿ζ噷χ悄芑囊髮?dǎo)致其控制的 復(fù)雜性 ， 因此要求控制裝置采用高速運(yùn)行 的半導(dǎo) 體芯片 ， 其功率密度高， 散熱性能較好 。在混合動 力汽車進(jìn)入實(shí)用化 的過程 中， 一個(gè)關(guān)鍵性 的部件 是汽車集成電力電子模塊。它的制造過程 中主要 量利用率 ， 同時(shí)大幅度減少排放污染。因此 ， 在電 動汽車技術(shù)取得重大 突破之前， 混合動力汽車作 為未來的發(fā)展方向?qū)⒊蔀楦鲊h(huán)保節(jié)能城市客車 的主要選 擇 。 （） 串聯(lián)式多應(yīng)用于大型客車； 并聯(lián)式僅限 于小型汽車， 更適合在高速公路上行駛 ； 混聯(lián)式驅(qū) 存在問題包括 ： 散熱技術(shù) ； 減小封裝體積和 質(zhì)量 ； 降低制造成本，

10、 提高系統(tǒng)的可靠性。 加快 電力 驅(qū) 動 系統(tǒng) 研 究 。用 于混 合 動 力 ） 汽車 的 電機(jī)必 須要具 有 良好 的可控 性和 容錯(cuò) 能力 動系統(tǒng)能夠使發(fā)動機(jī)、 發(fā)電機(jī) 、 電動機(jī)等部件進(jìn)行 更多的優(yōu)化匹配 ， 從而在結(jié)構(gòu)上保證了在復(fù)雜工 況下使系統(tǒng)在最優(yōu)狀態(tài)工作 ， 更容易 實(shí)現(xiàn)排放和 優(yōu)化的控制 目標(biāo) ， 但由于結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)復(fù)雜、 成 本高， 目前主要應(yīng)用于轎車上。 （） 就技術(shù)層面而言 ， 混合動力汽 車仍然具 有極大的發(fā)展 空間。這包括儲能裝置、 耦合器及 電控 元件 等硬 件方 面的 突破 ， 包 括 在控 制 模 型 也 以及具有低噪聲、 高效率的特點(diǎn) ， 同時(shí)具有對電壓

11、波動不敏感等性能。需要研究 出能夠用于混合動 力汽車的具有更高效率和功率密度的永磁電機(jī) 、 開關(guān)磁阻電機(jī)等先進(jìn)電機(jī)來替代 目 前使用 的交流 感應(yīng) 電機(jī)。同時(shí)對 電機(jī)的控制方法和冷卻系統(tǒng)的 研究也應(yīng)繼續(xù)深入 。 和優(yōu)化方案等“ 軟件” 方面的提升。 參考文獻(xiàn) ： 曉英 ， 李 于秀敏 ， 李君 ， 串聯(lián) 混合 動力汽車控制策略 吉林 大學(xué) 學(xué)報(bào) ， ， （ ） 等 ： 第一汽車集團(tuán)公 司技術(shù) 中心混合 動力客車項(xiàng) 目組 解放牌混合動力城市客車的研究開發(fā) （ 課題驗(yàn)收報(bào)告 第一汽車集團(tuán)公 司技術(shù)中心， ： 趙子亮 ， ， 明輝 ， 聯(lián) 混合 動力 客車 工作模 式 與功 率分配 研究 汽 車工程 ， （ ） 李駿 劉 等 并 ， ： 張華， 周榮 混聯(lián)式混合動力汽車控制策 略開 發(fā)與仿 真研究 設(shè)計(jì) 計(jì)算 研究 ， ： （ ） 熊志偉 基于雙離合器式 的混 聯(lián)式 混合動力客車 汽車科技 ， ：一