混合动力汽车能量控制策略的设计(附件)
进入21世纪，汽车已成为人们出行的必要工具，伴随着汽车的保有量增加，环境污染越来越严重，这不禁引起人们的深思，考虑如何改善汽车排放问题。于是各类新能源汽车踊跃涌现，混合动力就是其中的一种形式。在混合动力发展前景一片光明的大好形式下，对混合动力汽车相关技术的开发脚步也一直没有停歇，本文顺应这种趋势设计了混合动力汽车的能量控制策略。结合已有的研究经验，引入动态门限参数改进传统逻辑门限控制，在simulink仿真环境下设计了它的仿真模型，通过给定瞬态工况下的仿真结果显示，设计的能量控制策略一定程度上满足车辆的动态运行要求。关键词 混合动力，能量控制，转矩分配，simulink，设计
目 录
1 绪论 1
1.1 本课题研究的背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 本课题的研究的主要内容 4
2 混合动力汽车动力系统分析 5
2.1 串联式混合动力汽车 5
2.2 并联式混合动力汽车 6
2.3 混联式混合动力汽车 7
3 能量控制策略分析 9
3.1 并联式混合动力汽车的工作模式分析 9
3.2 能量控制策略原则 12
3.3 能量控制策略的制定 13
3.4 逻辑门限参数的选择 14
3.5 逻辑门限控制规则 16
4 能量控制策略设计 19
4.1 控制参数计算 19
4.2 工作模式转换模块 20
4.3 转矩分配模块设计 21
4.4 能量控制策略建模 22
5 控制策略仿真分析 23
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
附录 A 工作模式转换模块 30
附录 B 能量控制策略simulink建模 31
1 绪论
1.1 本课题研究的背景及意义
混合动力汽车是指采用电能驱动电动机作为辅佐动力源，以改良发动机在低速、轻载工况下的转矩输出和燃油经济性的新车型[1]。也就是说，混合动力车具有双动力源，在 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
性能上承袭了传统内燃机汽车的功率大、行驶里程长、整车生产成本低的长处，同时也考虑到电动汽车的节能、低排放的发展优势。随着现代汽车产业越来越推崇安全、环保、节能这一发展主题，开发新型节能环保新能源已成为汽车工业发展的重中之重。尽管运用单一的电力为动力驱动的纯电动汽车能在使用过程中达成“零排放”，但由于电池的能量密度低、充电时间太长、充电条件苛刻等限制因素的影响，招致纯电动汽车的续驶里程过短，不能确保人们的长途出行需要，以及相较于传统内燃机汽车，纯电动汽车的整车能源管理系统更复杂，要求更高，导致纯电动汽车的生产成本太高。综上总总缺陷导致纯电动汽车实现市场化步履维艰。为解决纯电动汽车这一尴尬局面，人们只能退而求其次想到利用传统内燃机汽车成熟的技术结合电动车的节能环保特点来改善发动机的燃油经济性，于是混合动力汽车应运而生。但在实际使用过程中，混合动力汽车的工作特性与能量控制策略息息相关。燃油经济性和排放水平及动力性就决定于能量控制策略的优劣。可以讲，对准混合动力汽车的研讨程度受到能量控制策略的限制约束[2]。
混合动力汽车能量控制策略应该能够做到为了满足动力性能，根据动力系统子部件元件特性与车辆的运行状态实现各种工作模式下档位合理选择，对化石燃料和电能输出能量比进行恰当的调配，使车辆的能源效率最高，因此达到混合动力汽车在使用过程中消耗燃料最少和排放最低的效果[3]。能量控制策略也应该能够确保电池充放电在一个健康的状态，从而延长电池的使用寿命。伴随着混合度的加大和动力电池容量的增长，对混合动力汽车能量控制策略的研讨变得愈加迫切。
目前，国际上对混合动力汽车的研讨已经硕果累累，本着差异构造的动力系统的混合动力汽车也提出了差异的能量控制策略。然而，到现今为止，在世界上提出的混合动力汽车能量控制策略中，并不能贯彻能量的完全意义上的实时优化分配。总而言之混合动力汽车能量控制策略在技术上尚不完美，实际使用价值还有期望得到提高。因而，研讨混合动力汽车能量控制策略任重而道远，须要不断提出新思想的能量控制策略，使能量控制策略在技术上打破最优性，低性能的发展束缚，达到完全意义上的能量最优调配。
1.2 国内外研究现状
混合动力汽车的能量控制策略研究重点是设计合理的控制规则决定动力系统子部件能量输出比，来降低排放并提高车辆的燃油经济性。因而对能量控制策略的研讨吸引着越来越多的国内外研究机构投入大量人力物力，并已应用于一些混合动力车型中去。当今常用的能量控制策略主要基于两种思想：一种思想是基于规则的，另一种思想是基于优化的。基于规则的控制思想又包含了逻辑门限能量控制思想和模糊逻辑能量控制思想。基于优化的思想又包含了瞬时优化能量控制思想和全局优化能量控制思想[4]。
（1）逻辑门限能量控制策略
基于逻辑门限思想的工作模式逻辑关系是依据一组门限参数来规定的，例如车辆的转矩需求，速度和加速度信号，动力电池电池SOC等。通过门限参数规定了发动机的工作范围，再依据预定的控制规则决定车辆的工作状态，最后根据稳态效率测定能量成分决定如何分配发动机和电机的转矩来减少燃料消耗和改善排放[5]。逻辑门限能量控制策略具有简单有效、便于执行和适用性好的优势。使它成为其他复杂控制策略的基础。因而在实际混合动力汽车的能量控制系统中得到普遍运用。但其缺点更为明显，逻辑门限参数是按照工程经验设定的，就是说，在控制策略整个运行过程中，没有充分考虑到每个模块的工作条件的变化；另外，电池充电效率不能由电池充电状态决定，结果使电池充放电失控。电池使用特性和平均寿命将大大打折，导致整车能量系统性能不能完全发挥。
运用这种策略的典型车型是日本丰田的PRIUS混动车型。利用节气门开度信号和动力电池SOC为控制参数，确定汽车的工作方式。 PRIUS利用行星齿轮功率分流机构完成发动机独立工作方式、电机独立工作方式以及发动机和电机组合工作方式之间的转换和能量流的改变[6]，并获得最佳燃油经济性。
国内申爱玲，袁文华为了改进逻辑门限参数不能全局优化控制提出利用优化算法改良逻辑门限控制参数的方法，其中创造性的初次使用了自适应混沌粒子群优化算法改善控制策略[7]。文章剖析利用优化算法前后的仿真结果，发现优化算法能大大改善采用逻辑门限控制策略的混合动力汽车的燃油经济性与排放特性。
（2）模糊逻辑能量控制策略
模糊逻辑能量控制策略是一种运用模糊集合进行精明决策的能量控制策略。模糊控制建立多值逻辑增加模糊决策因素用于控制发动机、电动机和电池的能量调配。因而模糊逻辑控制的逻辑决策能力更强，在决策中模拟了人的思考思路[8]。
目 录
1 绪论 1
1.1 本课题研究的背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 本课题的研究的主要内容 4
2 混合动力汽车动力系统分析 5
2.1 串联式混合动力汽车 5
2.2 并联式混合动力汽车 6
2.3 混联式混合动力汽车 7
3 能量控制策略分析 9
3.1 并联式混合动力汽车的工作模式分析 9
3.2 能量控制策略原则 12
3.3 能量控制策略的制定 13
3.4 逻辑门限参数的选择 14
3.5 逻辑门限控制规则 16
4 能量控制策略设计 19
4.1 控制参数计算 19
4.2 工作模式转换模块 20
4.3 转矩分配模块设计 21
4.4 能量控制策略建模 22
5 控制策略仿真分析 23
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
附录 A 工作模式转换模块 30
附录 B 能量控制策略simulink建模 31
1 绪论
1.1 本课题研究的背景及意义
混合动力汽车是指采用电能驱动电动机作为辅佐动力源，以改良发动机在低速、轻载工况下的转矩输出和燃油经济性的新车型[1]。也就是说，混合动力车具有双动力源，在 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
性能上承袭了传统内燃机汽车的功率大、行驶里程长、整车生产成本低的长处，同时也考虑到电动汽车的节能、低排放的发展优势。随着现代汽车产业越来越推崇安全、环保、节能这一发展主题，开发新型节能环保新能源已成为汽车工业发展的重中之重。尽管运用单一的电力为动力驱动的纯电动汽车能在使用过程中达成“零排放”，但由于电池的能量密度低、充电时间太长、充电条件苛刻等限制因素的影响，招致纯电动汽车的续驶里程过短，不能确保人们的长途出行需要，以及相较于传统内燃机汽车，纯电动汽车的整车能源管理系统更复杂，要求更高，导致纯电动汽车的生产成本太高。综上总总缺陷导致纯电动汽车实现市场化步履维艰。为解决纯电动汽车这一尴尬局面，人们只能退而求其次想到利用传统内燃机汽车成熟的技术结合电动车的节能环保特点来改善发动机的燃油经济性，于是混合动力汽车应运而生。但在实际使用过程中，混合动力汽车的工作特性与能量控制策略息息相关。燃油经济性和排放水平及动力性就决定于能量控制策略的优劣。可以讲，对准混合动力汽车的研讨程度受到能量控制策略的限制约束[2]。
混合动力汽车能量控制策略应该能够做到为了满足动力性能，根据动力系统子部件元件特性与车辆的运行状态实现各种工作模式下档位合理选择，对化石燃料和电能输出能量比进行恰当的调配，使车辆的能源效率最高，因此达到混合动力汽车在使用过程中消耗燃料最少和排放最低的效果[3]。能量控制策略也应该能够确保电池充放电在一个健康的状态，从而延长电池的使用寿命。伴随着混合度的加大和动力电池容量的增长，对混合动力汽车能量控制策略的研讨变得愈加迫切。
目前，国际上对混合动力汽车的研讨已经硕果累累，本着差异构造的动力系统的混合动力汽车也提出了差异的能量控制策略。然而，到现今为止，在世界上提出的混合动力汽车能量控制策略中，并不能贯彻能量的完全意义上的实时优化分配。总而言之混合动力汽车能量控制策略在技术上尚不完美，实际使用价值还有期望得到提高。因而，研讨混合动力汽车能量控制策略任重而道远，须要不断提出新思想的能量控制策略，使能量控制策略在技术上打破最优性，低性能的发展束缚，达到完全意义上的能量最优调配。
1.2 国内外研究现状
混合动力汽车的能量控制策略研究重点是设计合理的控制规则决定动力系统子部件能量输出比，来降低排放并提高车辆的燃油经济性。因而对能量控制策略的研讨吸引着越来越多的国内外研究机构投入大量人力物力，并已应用于一些混合动力车型中去。当今常用的能量控制策略主要基于两种思想：一种思想是基于规则的，另一种思想是基于优化的。基于规则的控制思想又包含了逻辑门限能量控制思想和模糊逻辑能量控制思想。基于优化的思想又包含了瞬时优化能量控制思想和全局优化能量控制思想[4]。
（1）逻辑门限能量控制策略
基于逻辑门限思想的工作模式逻辑关系是依据一组门限参数来规定的，例如车辆的转矩需求，速度和加速度信号，动力电池电池SOC等。通过门限参数规定了发动机的工作范围，再依据预定的控制规则决定车辆的工作状态，最后根据稳态效率测定能量成分决定如何分配发动机和电机的转矩来减少燃料消耗和改善排放[5]。逻辑门限能量控制策略具有简单有效、便于执行和适用性好的优势。使它成为其他复杂控制策略的基础。因而在实际混合动力汽车的能量控制系统中得到普遍运用。但其缺点更为明显，逻辑门限参数是按照工程经验设定的，就是说，在控制策略整个运行过程中，没有充分考虑到每个模块的工作条件的变化；另外，电池充电效率不能由电池充电状态决定，结果使电池充放电失控。电池使用特性和平均寿命将大大打折，导致整车能量系统性能不能完全发挥。
运用这种策略的典型车型是日本丰田的PRIUS混动车型。利用节气门开度信号和动力电池SOC为控制参数，确定汽车的工作方式。 PRIUS利用行星齿轮功率分流机构完成发动机独立工作方式、电机独立工作方式以及发动机和电机组合工作方式之间的转换和能量流的改变[6]，并获得最佳燃油经济性。
国内申爱玲，袁文华为了改进逻辑门限参数不能全局优化控制提出利用优化算法改良逻辑门限控制参数的方法，其中创造性的初次使用了自适应混沌粒子群优化算法改善控制策略[7]。文章剖析利用优化算法前后的仿真结果，发现优化算法能大大改善采用逻辑门限控制策略的混合动力汽车的燃油经济性与排放特性。
（2）模糊逻辑能量控制策略
模糊逻辑能量控制策略是一种运用模糊集合进行精明决策的能量控制策略。模糊控制建立多值逻辑增加模糊决策因素用于控制发动机、电动机和电池的能量调配。因而模糊逻辑控制的逻辑决策能力更强，在决策中模拟了人的思考思路[8]。
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