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油-电混合动力大客车整车


油 - 电 混 合 动 力 大 客 车 整 车 控 制 策 略 开 发

(申请工学硕士学位论文)

油-电混合动力大客车整车 控制策略开发

培养单位:汽车学院 学科专业:车辆工程
张 嘉 君

研 究 生:杨 指导老师:徐 周
武 汉 理 工 大 学

达 教授 荣 高工

2007 年 5 月

武汉理工大学硕士学位论文

分类号 UDC

密 级 学校代码 10497









题 英 题

目 油-电混合动力大客车整车控制策略开发 文 Development of Control strategy for “Oil-Electric” 目 Hybrid Electric Vehicle 张 嘉 君
姓名 乔维高 职称

研究生姓名 指导教师



授 学位 博 士

单位名称 武汉理工大学汽车学院 邮编 430070

副指导教师

姓名 吴志新 职称

研 高 学位

博 士

单位名称 中国汽车技术研究中心 邮编 300162

申请学位级别 硕 士 学科专业名称 论文提交日期
2007.4

车辆工程
2007.5 2007.6

论文答辩日期

学位授予单位 武汉理工大学 学位授予日期 答辩委员会主席 评阅人

2007 年 5 月

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环境污染与石油资源匮乏已经成为制约汽车工业可持续发展的两大难题。 合 理的系统结构和优化的控制算法能够使混合动力系统部件在更高效区域运行, 加之制动能量回馈的功能,混合动力汽车不仅能有效降低燃油消耗,而且尾气 排放能得到突破性改善。因此,混合动力汽车(HEV, Hybrid Electric Vehicle)技 术,已经成为国际公认的解决两大难题的有效策略。 城市公共客车具有固定道路行驶,固定时间运行,相对稳定的行车特性,是 混合动力系统发挥其优势的最佳平台,甚至可以根据具体情况制定“一线一车” 的整车控制策略,使整车油耗和排放达到最优。种种迹象表明[1],我国混合动力 汽车实现大批量产业化的突破口在于混合公交客车。 本文基于 6108HGD“油-电”混合动力大客车的产业化整车产品展开了相关 研究。经过对比分析确定了相对于成熟可靠的串联式结构方案。借助美国阿岗 国家实验室开发的先进精确 “前向” 电动车仿真分析软件 PSAT(Powertrain System Analysis Toolkit), 建立了 6108HGD 整车动力系统关键部件模型, 同时调用 PSAT 内嵌的部分数据库尤其是独有的司机模型,建立了完整整车模型,在此基础上 对整车进行了仿真研究和整车控制策略开发。在 NEDC 工况运行的仿真研究表 明, “功率跟随+逻辑门限”的基本控制策略能有效率降低油耗,排放得到明显 改善。 基于产业化的目标,针对动力电池寿命过短问题,将管理学上广泛应用的 “6Sigma”理念创新性的导入到混合动力整车控制策略设计,着重通过“6Sigma” 系统方法里 DMAIC 的实践,在控制策略制定中从细节突破改善,对基本控制策 略新增加了 5 个细节参数和 1 个全局参数,电池工作特性环境较以前得到明显 改善,动力电池组的寿命得到保障。 最后,将实现的整车控制器装车进行实车试验,整车动力性和安全环保方面 都超过开发指标。经济性能方面,50km/h 匀速百公里油耗和北京工况油耗分别 节油 17.3%和 16.8%,具有较强的市场前景。 关键词:混合动力,客车,PSAT,控制策略,电池寿命

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ABSTRACT
The environmental pollution and deficiency of petroleum resources have been the two serious problems against the sustainable development of the automotive industry. Using the reasonable system structure and the control algorithm optimizes work area, and realizes the function of regenerative braking, Hybrid Electric Vehicle (HEV) can achieve the low oil consumption and the improved emission. So HEV has been accepted world-widely as one of the most promising strategy to solve the two serious problems. The typical characters of City bus are fixed traveling line, regular running time and steady driving features, where Hybrid Electric City Bus (HECB) can just develop its advantages, what`s more, we can give the concept of "one route one bus", according to the particular traveling line. Then, we can gain the lowest emission of exhaust gas and the best vehicle efficiency. ALL [1] shows that the batch processing of the HEV lies in HECB according to our national conditions. This paper takes some reseaches on productive HECB based on “Oil-Electric” HEV, choose the series structure. PSAT(Powertrain System Analysis Toolkit)is a advanced vehicle simulation tool, enhanced by the national laboratory of Argonne OF U.S., with the assistance of which, we build the key models of the driving system of “6108HGD”. Composed with the rich data bank including the driver modle, we gain the vehcle modle of 6108HGD. Then we take some simulator reseaches and develop the control strateges. Running in NEDC, it shows that the CS of “power follow-by plus
switch” is feasible, results in the lower oil consumption and the improved emission.

Based on the objective of industrialization, some further studies are unfolded to satisfied the target of “prolonging the battery’s left-span”, assisted by the means of “DMAIC” from the theory of “6Sigma” —precise, systemic and according to datum. Five detailed parameters and one overall parameter are added according to the basic CS. The results shows that the task of the cells is polished up distinctly, which ensure the cell’ life-span. Finally, we take some test on the vehicle loaded in the CS of “power follow-by

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plus switch”. All make it in driven ablility, security and emission. The oil consumption of 50km/h and Beijing operating mode reduce 15% and 10%, which shows bright market. Key words: Hybrid Electric Vehicle, Bus, PSAT, CS, Battery’s left-span

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摘 要 .............................................................................................................................................. I ABSTRACT ....................................................................................................................................II 目 录 ........................................................................................................................................... IV 第一章 绪 论 ............................................................................................................................. 1 1.1 混合动力汽车概念 .......................................................................................................... 1 1.2 混合动力汽车特点 .......................................................................................................... 1 1.3 混合动力客车技术现状 .................................................................................................. 2 1.4 混合动力整车控制策略 .................................................................................................. 4 1.5 课题来源与研究背景 ...................................................................................................... 8 1.6 本课题主要研究内容 ...................................................................................................... 8 1.7 本章小结 .......................................................................................................................... 8 第二章 PSAT 研究技术路线 ....................................................................................................... 9 2.1 前言 .................................................................................................................................. 9 2.2 PSAT 工具的选择 ............................................................................................................. 9 2.3 PSAT 的分析流程 ............................................................................................................11 2.4 技术路线 ........................................................................................................................ 14 2.5 本章小结 ........................................................................................................................ 15 第三章 混合驱动系统分析 ....................................................................................................... 16 3.1 驱动系统方案确定 ........................................................................................................ 16 3.2 动力总成模块分析 ........................................................................................................ 21 3.3 6108HGD 驱动系统分析................................................................................................ 25 3.4 本章小结 ........................................................................................................................ 26 第四章 VCU 软件开发 .............................................................................................................. 27 4.1 HEV 工作模式分析 ........................................................................................................ 27 4.2 整车基本控制策略制定 ................................................................................................ 29 4.3 基于“6Sigma”理论的动力电池组寿命突破改善控制策略研究 ................................. 36 4.4 整车仿真试验 ................................................................................................................ 45 4.5 本章小结 ........................................................................................................................ 51 第五章 VCU 硬件实现与整车试验 .......................................................................................... 52 5.1 VCU 硬件实现 ................................................................................................................ 52 5.2 整车试验 ........................................................................................................................ 56 第六章 全文总结与展望 ........................................................................................................... 61 6.1 全文总结 ........................................................................................................................ 61 6.2 展望 ................................................................................................................................ 62 参考文献 ....................................................................................................................................... 64 致 谢 ....................................................................................................................................... 66 攻读硕士学位期间发表的论文 ................................................................................................... 67

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第一章





混合动力电动汽车是将发动机、电动机、能量储存装置(蓄电池)组合在一起 的装置,它们之间的恰当匹配和优化控制,可以充分发挥内燃机汽车和电动汽 车的优点,并尽可能避免各自的缺陷。它是目前最具开发意义的低排放、低油 耗新型汽车。

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为:用多于一种能量 转换器来提供驱动动力的混合型电动汽车。 另外, 也可将 HEV 作以下简单定义, 即将电力驱动和辅助动力单元 APU (Auxiliary Power Unit) 合用到一辆车上的动 ,它继承了电 力系统[1]。总之,HEV 是传统内燃机与电动车辆产生的“混血儿” 动汽车零排放的优点,又发扬了石油燃料高比能量和比功率的长处,显著改善 了传统内燃机汽车的排放和燃油经济性,增加了电动汽车的续驶里程。

1.2 混合动力汽车特点
与纯电动汽车相比,HEV 有以下优点[2]: (1)有发动机作为辅助,动力电池的数量和质量可以减少,因此汽车自身重 量可以减少; (2)汽车的续驶里程和动力性能可达到传统内燃机汽车的水平; (3)借助发动机的动力,可带动空调、真空助力、转向助力以及其他辅助电 器,无须消耗电池组有限的电能。 与传统的内燃机汽车相比,HEV 有以下优点: (1)可以使发动机在最佳工况区域稳定运行,避免或减少了发动机变工况的 不良运行,使得发动机的排污和油耗大为降低; (2)在人口密集的商业区、居民区等地可以使用纯电动方式驱动车辆,实现 零排放; (3)因为可通过电动机提供动力,因此可以配备功率较小的发动机,并可以

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通过电动机回收汽车减速和制动时的能量,进一步降低汽车油耗和排放。

1.3 混合动力客车技术现状
城市公共交通拥挤,客车时走时停,行车速度慢,污染极其严重。城市客 车一般是在固定道路行驶,固定时间运行,每日运行的总里程大多在 100km 左 右。在这种情况下,传统的内燃机汽车油耗和排放都很差,而混合动力系统正 可以发挥其优势[3]。混合动力电动系统较传统动力系统增加了很多设备,从而也 增加了重量和体积,相对于轿车,这些问题对客车,尤其是大客车的影响比较 小。所以,一般认为混合动力技术将首先在公交客车上实现产业化。

1.3.1 混合动力城市客车的产业化[4]
1999 年全球共有 300 多辆混合动力客车在美国的纽约、夏威夷,欧洲的德 国、意大利、瑞士、丹麦,亚洲的日本、台湾、澳大利亚等地示范运行,表明 混合动力城市客车经走出实验室,迈向市场。 由于环保和能源的压力,混合动力城市客车产业化己经成为其发展的必然 趋势。相对于很成熟的内燃机客车而言,混合动力客车还是一个很新鲜的事物, 其产业化还面临许多问题,这些问题在纽约等地的示范运行过程中得到了体现, 问题的解决将有助于混合动力城市客车的产业化。总结起来混合动力产业化主 要与以下几个方面密切相关[5]。 (1)购买费用 高昂的购买费用是制约混合动力城市客车发展的最大因素。虽然混合动力 城市客车的油耗和排放优于传统公交客车,但是混合动力城市客车的价格却比 传统客车高出许多。当前,混合动力城市客车价格较高的主要因素在于技术成 本和结构成本高昂。可以预见,随着混合动力技术的完善,产量的进一步提高, 混合动力城市客车的价格会大幅下降。 (2)维护、保养和修理 混合动力公交客车运行时,电池组频繁的充放电会损害电池的性能和使用 寿命。混合动力客车用铅酸电池大概每三年就需要更换一次,从而其生命周期 中内的费用增加。但是随着电池技术的发展,这一问题可以得到解决。 混合动力客车动力系统是一个综合机械、电力和电子技术、技术含量很高 的复杂系统,同时混合动力客车的运行经验也比较缺乏,这些都使得现有的汽

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车维修系统没有足够的经验和技术对其进行保养和维修,从而影响了混合动力 客车的应用推广。混合动力客车的推广将会与保养和修理问题的解决相互促进。 (3)相关法规 混合动力客车的发展减少了大气污染,带动了相关产业和技术的发展,减 少了环境问题带来的医疗卫生和治理费用,它带来的社会效益是巨大的。然而 城市客车运营企业更关心利润,要使得混合动力客车能够更好地发展,必然离 不开政府行为。政府应该为研究机构及企业提供研究资金,鼓励混合动力客车 的研究开发;制定合乎国情的排放法规,促进并鼓励企业研发生产低排放汽车; 鼓励公交运营企业购买使用混合动力客车,为之提供贷款,并提供减免税等优 惠政策,同时,在油品上提供补贴。 (4)安全性能 比起传统内燃机客车,混合动力客车增加了大量的电力电子设备,使得混 合动力客车除了燃油着火危险外,还可能有高电压引起的电击、电池的气体爆 炸、有毒物质比如铅的泄漏等。这些可能的危险可以通过不断地改进设计提高 监控技术,以及加强操作和保养来加以控制。

1.3.2 混合动力城市客车发展的关键技术
混合动力汽车相对于电动汽车和代用燃料汽车的优势使其具有良好的商业 前景。在当前电动汽车的成本和电池等技术难以取得重大进展的时期,开发混 合动力汽车有利于解决环境、能源等可持续发展战略所要求解决的问题。 目前国内外专家一致认为:混合动力汽车不只是电动汽车的一个过渡阶段, 而是汽车工业即将面临的一场新的革命。众所周知,燃料电池是电动汽车商业 化和产业化的一个希望,但是由于燃料电池的不可逆性,如果单纯使用燃料电 池作为动力源,在制动和减速时都无法实现能量回收,另外燃料电池汽车也是 一个有待解决的问题。因此,燃料电池同样需要与电池组成混合动力系统。基 于以上分析,得出的结论为:混合动力电动汽车的产业化发展是必然的。混合 动力汽车的进一步发展,实现产业化,需要解决以下一些关键技术[5]: 第一、电池技术。 混合动力汽车电池的使用状况不同于电动汽车,在工作中电池处于非周期 的充放电循环中,要求电池的充放电速率和效率都比较高。因此,混合动力电 动汽车用电池不仅需要高能量密度,而且还需要高功率密度。开发高性能、低 成本、寿命长的电池,仍然是混合动力汽车发展需要解决的关键问题。

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第二、电池管理系统。 混合动力电动汽车用电池的寿命、充放电效率、内阻等都要受电池放电深 度、充放电电流大小以及具体的汽车行驶工况等诸多因素的影响。而且,目前 国内还局限于电池恒流放电特性或仅考虑了放电过程的变流放电特性研究,这 些对建立一个符合混合动力电动汽车电池实际使用状况的能量管理模型是远远 不够的。研究考虑诸多因素的电池充放电特性,以便建立一个符合电池实际使 用环境的电池能量管理系统,并为载荷均衡控制装置提供可靠的控制参数,是 目前混合动力电动汽车研究开发中必须解决的问题。 第三、进一步优化动力总成的控制策略。 动力总成的控制策略决定了混合动力汽车节能和降低排放的效果,进一步 优化控制策略,毫无疑问仍是混合动力汽车研究的核心问题。 第四、电机及控制系统。 混合动力电动汽车上使用的电动机有直流电机、永磁无刷电机、感应电机、 开关磁阻电机等。研究开发体积小、重量轻、工作可靠、动态响应好的电机, 对混合动力电动汽车进一步提高动力性和经济性极为重要。 第五、需要建立更精确的驱动系统数学模型(包括静态的和动态的),这是参 数匹配和优化控制的基础。 结合项目需要,本文主要从整车控制策略入手展开研究。

1.4 混合动力整车控制策略
混合动力整车控制器是混合动力汽车的大脑,整车控制策略(HEV.CS)的合 理制定和优化是整车各项性能指标的关键所在。而当前对混合动力整车控制策 略的分类也有不同方法,本文主要以不同结构来区分分析当前的主要控制策略
[6-9]



1.4.1 串联式混合动力电动汽车控制策略
串联式混合动力电动汽车控制策略相对简单,目前运用较多的主要是自动 恒温器式和功率跟踪式两种,这两种控制策略基本原理有如分段函数,都是以 电池荷电状态(SOC)的上下界作为临界点来分段执行相应操作。 串联自动恒温器式控制策略 这种控制策略利用发动机及发电机把生成的电能存储在蓄电池中,再利用

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电能驱动汽车。为了保持蓄电池工作的高效率,电池供电时的荷电状态(SOC)有 上界和下界的限制。基本控制策略如下: A.当 SOC 降到下界时,发动机工作; B.当 SOC 升到上界时,发动机怠机; C.保持发动机在效率最高的转速和转矩点上运行。 串联功率跟踪式控制策略 这种控制策略根据电池的 SOC 和负荷确定发动机的开关状态和输出功率的 大小,为使发动机在最佳功率点附近运行,事先保存了发动机最佳效率运行点, 根据车况直接查表获得转矩和转速。发动机开关状态的控制需考虑 SOC、负荷 和发动机的原状态三方面因素。发动机的输出功率控制如下: A.若发动机功率需求小于最小输出功率,将发动机的输出功率调整为最小 值; B.若 SOC 高于下界,汽车总的需求负荷未超出电池容量但超过发动机最大 功率,则发动机输出功率调整为最大值。 总结起来,恒温器和功率跟随两种不同策略的主要区别在于分别更加强调 的是动力电池和发动机的工作效率。

1.4.2 并联式混合动力电动汽车控制策略[7]
目前用于并联的策略一般有并联电辅助驱动式控制策略、并联自适应式控 制策略(实时控制策略)和模糊逻辑控制策略三种,下面分别加以介绍。 1) 并联电辅助驱动式控制策略 在电辅助驱动控制策略中,利用电动机提供额外功率,并要保持电池的荷 电状态处于允许的工作范围。具体的控制策略如下: A.当车速低于某一最小车速时,电动机提供全部的驱动力; B.当转矩需求高于发动机的最大值时,电动机提供额外的驱动转矩; C.当发动机在给定的车速上效率很低时, 发动机关机, 由电动机提供驱动转 矩; D.当电池 SOC 过低时,发动机提供额外扭矩带动电机工作对电池充电; E.回收制动能量,为蓄电池充电。 电辅助控制策略的出发点是保证发动机工作在较高效率区,由电动机来提 供余下的功率,没有考虑到电机的效率和发动机产生的机械能转化为电能的效 率。

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2) 并联自适应式控制策略(实时控制策略) 这种控制策略兼顾了燃油经济性和发动机废气排放两方面的性能,在每一 个时间段内都对发动机和电动机的转矩分配进行优化控制。主要特点如下: A.当车速低于某一最小车速时,由电机提供全部驱动力; B.当车速大于最小车速, 并且行驶需要扭矩小于电机的最大扭矩时, 根据发 动机的燃油消耗率和当前电池的 SOC 值来决定动力源; C.当行驶需要扭矩大于电机的最大扭矩, 并且小于发动机在给定转速下所能 产生的最大扭矩时,由发动机独自提供全部驱动力。发动机是否驱动电机对电 池充电,取决于电池的 SOC 以及此时电池和电机的效率; D.当行驶需要扭矩大于发动机在给定转速下所能产生的最大扭矩时, 由电机 提供扭矩助力; E.减速时回收制动能量。 此种控制策略可以将汽车的优化设计结合发动机、排气装置、电动机和蓄电 池的瞬时效率能耗和尾气排放,根据用户定义的燃油经济性和排放目标,由发 动机、电动机及蓄电池的状态和可回收的制动能量等条件,动态调整控制策略。 3) 模糊逻辑控制策略 模糊逻辑控制策略的出发点是通过综合考虑发动机和蓄电池的工作效率来 实现混合动力系统的整体效率达到最高。模糊逻辑控制策略目标与实时控制策 略类似,但是与实时控制策略相比,模糊逻辑控制策略具有鲁棒性好的优点。 双输入模数逻辑的两个输入分别为:(1)整车的需求功率和当前转速下发动 机最优功率的差值;(2)蓄电池组 SOC 值的估计值。模糊控制器对两路输入信号 进行模糊运算,经清晰化运算后得到两个比例控制系数 ω1和ω2 ,分别控制发动 机和电机的控制器。 输入变量隶属度函数的设计主要根据发动机、蓄电池和电机的工作效率图, 确定各自高效运行的模糊集。各变量的隶属度函数为调整方便可以选用正态函 数或者 0~1 范围内的梯形图。 在确定出各输入变量的量化等级和隶属度函数后,就可以列写出模糊控制 规则,所掌握的规则越多,对系统的描述就越清晰,控制结果也就越接近最优 值。以发动机最优效率为目的的模糊控制规则的主要意图是: A.所需功率近似为当前转速下发动机最优功率时,电机基本不工作; B.所需功率大于最优功率一定值时, 发动机工作点位于最优工作点附近, 余 下部分的功率由电机提供,同时使电机运行效率也在较高范围内;

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C.所需功率小于最优功率一定值时, 发动机工作点位于最优工作点附件, 发 动机多出部分的功率给电池充电; D.车辆起动或车速小于限定值时,由电动机单独驱动; E. SOC 超出限定值时,采取相应措施,使其回到正常范围。 模糊逻辑控制策略也可以以兼顾发动机最低排放和最优效率为目的,修改 各自权重值大小可以动态调节排放与效率的优先级。

1.4.3 混联式混合动力电动汽车控制策略
混联式控制策略更加复杂,综合了串联和并联的优点,主要模式有如下几 点: A.起动时, 由电池组分别向车辆前驱动轴、 后驱动轴电动机供电直到发动机 可以较高效率工作时,起动发动机并用于驱动车辆前轴; B.轻载时,发动机关闭,车辆前驱动轴由电池组、电动机系统驱动; C.正常行驶时,由发动机直接驱动车辆前驱动轴; D.全节气门开度加速时, 发动机和两个电动机同时工作用于提供车辆驱动行 驶功率; E.减速/制动时,电动机以发电机模式工作,实现再生制动; F.电池组充电模式,在车辆正常行驶过程中,当电池组电量偏低时,应对电 池组进行补充充电; G..四轮驱动,若前驱动轴出现打滑时,与该驱动轴相连的电动机以发电机 模式工作,吸收发动机的部分输出能量,并转化为电能输出到与后驱动轴相连 的电动机,由电池组实现功率流之间的分配调整。

1.4.4 电动轮式混合动力电动汽车控制策略
电动轮混合动力电动汽车的核心控制技术在于实现电子差速的控制策略, 电子差速器工作原理如下:当汽车直线行驶时,左右两侧车轮转速相等,通过 车轮转速传感器测速后将信号送入中央处理器,中央处理器比较左右两轮的转 速后,通知电机控制器,使之左右两轮速度一致,并且还要保证左右两轮滚过 相同的距离。当汽车转弯时,根据方向盘给定的转角,路面道路工况和车轮转 速情况,中央控制器及时计算,将两轮所需的转速信号送给电机控制器来实现 对两轮的差速控制。

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1.5 课题来源与研究背景
本项目来源于天津市科委“十五”重大科技公关项目(013182911) ,天津清源 电动车辆有限责任公司联合郑州宇通客车股份有限公司合作开发型环保汽车, 该混合动力汽车是专门为城市公共交通设计开发的,既可用电,也可用油,以 产业化为最终开发目标。

1.6 本课题主要研究内容
1) 对比分析几种不同混合动力结构方案,并最终确定 6108HGD 混合动力大客 车动力系统结构方案; 2) 研究混合动力汽车各种整车控制策略理论架构,明确主要控制对象,完善提 炼控制理论,初步制定整车控制策略; 3) 解剖汽车行使工况, 闭环分析并重组汽车行使特性, 基于先进仿真工具 PSAT 研究混合动力汽车整车能量流动,及效率分配; 4) 建立整车或关键零部件模型; 5) 按初步设计的结构方案及控制策略,仿真分析,得出最优控制方案及参数匹 配; 6) 针对当前动力电池组寿命过短问题,从控制策略层面进行突破性改善设计; 7) 实车试验,提出产业化改进措施。

1.7 本章小结
本章主要概述了混合动力汽车的概念和特点,阐明了为应对能源短缺的外 部环境大力发展混合动力汽车的必要性。同时,对基于混合动力技术难点的考 虑和应用现状,认为我国应该从大力发展混合动力客车入手。针对混合动力汽 车的关键技术及本文研究重点,着重分类介绍了不同结构 HEV 整车控制策略, 明确了论文的主要研究内容。

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第二章
2.1 前言

PSAT 研究技术路线

汽车系统中存在较多非线性环节,尤其对于混合动力电动汽车而言,其多 样化的能量管理系统对整车的综合性能影响较大。如果通过直接建立原型进行 大量实车试验来比较设计方案,测试各种控制策略的实际效果,不仅需要耗费 大量的财力、物力,而且大大延长了设计周期。因此,在电动汽车的前期理论 研究中引入了计算机仿真技术。 计算机仿真利用计算机对所研究的系统进行动态模拟,依靠建立的仿真模 型对系统进行研究和分析。在电动汽车研制的前期,对动力源系统、驱动系统 统、制动系统、控制系统等进行全方位的数学建模与分析,并搭建起相应的整 车集成系统软件仿真平台。在此平台上,通过对不同选定配置及能量管理策略 反复运行,可以起到为确定原型车配置提供参考的作用。采用仿真研究方法将 大大提高电动汽车设计的前瞻能力,并能有效的缩短开发周期,降低研发成本。 目前整车性能仿真软件结构形式主要分前向和后向两种。前向车辆仿真包 括一个驾驶员模型,它观察所需的车速并做出加速踏板或制动踏板位置响应, 传动系据此给出扭矩响应。此类型仿真更加适合控制系统设计。而后向仿真, 其信息流从轮胎到轴,再到变速器,这样一直按实际能量流逆向往后传,因而, 该方法目前主要用于评估系统[10]。

2.2 PSAT 工具的选择
目前,国内外用于电动汽车和混合动力汽车的仿真软件很多,例如, “ADVISOR”、“PSAT”、“CRUISE”,“GT-DRIVE”、“SIMPLEV”和“ELPH”等。 其中常用的较有影响力的整车仿真软件主要有以下几种:ADVISOR、CRUISE、 PSAT。这几种仿真软件各具特点[11-13]。

2.2.1 ADVISOR-分析仿真工具
ADVISOR(Advanced Vehicle Simulator)是美国国家再生能源试验室 NREL 开

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发的先进车辆仿真软件。它是为快速分析传统车、纯电动车及混合动力车的性 能及燃油经济性而开发的。 ADVISOR 也为用户自定义动力系统部件的详细仿真 和分析提供基础。 ADVISOR 将需求的速度作为输入, 并确定为达到此车速所需的动力传动系 扭矩、速度、功率。因为此信息流通过传动系向后传,从轮胎到轴,在到变速 器,这样一直向后传,所以 ADVISOR 是所谓的后向车辆仿真。ADVISOR 非常 适合评价并通过反复评价来设计控制逻辑和能量管理策略。控制逻辑是关于你 想要车辆如何运行,而详细的控制系统,及关于硬件上如何执行控制逻辑的细 节,不是 ADVISOR 应用的初衷。其主要有如下特点: ㈠ 主要是用于分析,不是设计。ADVISOR 是作为一个分析工具开发的, 而不是要作为一个详细的设计工具。它的部件模型是准静态的,不能用来预测 小于 0.1s 时间级的现象。物理震动,电场震荡和其他动态情况不能用 ADVISOR 记录; ㈡ 功率总线作为电能传输。在电气部件互相通讯中,ADVISOR 处理的是 功率而不是电压和电流。和其他工具连接,例如 Saber 和 Simplorer 使用户可以 用电压总线来工作; ㈢ 传动轴只是单轴。驱动控制和轮胎滑动模型所需的车辆动力学计算假定 前轴是仅有的驱动轴。如果建立某后轴驱动车辆,可采用简单的步骤修正重量 转移。建立某四轮驱动车辆模型需要修改 Simulink 程序。

2.2.2 CRUISE-设计仿真工具
CRUISE 是 AVL 公司开发的用于进行车辆仿真和传动系分析的软件。 CRUISE 是研究汽车动力性、燃油经济性、排放性能及制动性能的高级模拟分析 软件。灵活的模块化理念使得 CRUISE 可以对任意结构形式的汽车传动系统进 行建模和仿真。它可用于汽车开发过程中的动力传动系的匹配、汽车性能预测, 还可以用于开发和优化混合动力车、电动汽车动力传动系统及控制系统。 CRUISE 主要用于动力传动系统和发动机的开发以优化车辆和车辆部件。 主要有 如下特点: 模块化的概念可进行各种汽车和动力总成配置的分析; 智能化的司机模型根据人体反应真实地再现车辆的行为; 发动机的冷启动模型考虑了高等摩擦和热力学效应; 弹性扭转轴单元可研究传动系统的低频振动;

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黑盒子功能可嵌入用户自定义的模块和控制算法; 和一维流体动力学软件 Flowmaster 和 KULI 有接口; 和 MATLAB/SIMULINK 有接口; 考虑转向时车轮和车辆受力; Variomatic 模块 1.0 可分析无级自动变速器(CVT) 。 此集成化方案使并行工程在车辆开发过程中的应用成为可能,而这是减少 开发时间和成本的基础。

2.2.3 PSAT-精确分析仿真软件
动 力 系 统 分 析 工 具 包 PSAT(Powertrain System Analysis Toolkit) 是 美 国 Argonne 国家试验室开发的仿真软件。PSAT 架构是“前向的”,这意味着部件间 相互作用是真实的。软件对计算机硬件要求更苛刻,但此方法计算上强度大增 的同时,其可以让传动系统设计者在系统环境下使用逼真的模型开发实际的控 制策略,评价各部件行为。主要有如下特点: 前向建模方法可真实地表现系统是如何响应的(如驾驶员输入如何影响 车辆响应) ; 灵活的,开放的架构便于集成部件模型; 超过 180 个预定义的车辆配置; 交互式的后处理工具(包括数据输入,动画和验证) ; 经验证的驾驶循环结果和瞬时部件行为为计算燃油经济性和排放用; 联合仿真。 总的说来,CRUISE 和 PSAT 属前向仿真软件,ADVISOR 属后向仿真软件, 前向仿真软件仿真更接近实际,更利于进行控制策略的开发,后向仿真软件适 于进行整车性能预测和部件选型。 CRUISE 更强调与动力系统的匹配和发动机开 发, 基于本文研究课题及 PSAT 更加精确性和更丰富的数据资源优势, 选用 PSAT 进行整车控制策略研究与开发。

2.3 PSAT 的分析流程
成立于 1946 年的阿岗国家实验室(Argonne National Laboratory)是美国能 源部最大的研究机构之一,是美国最早的国家实验室,其主要的研究领域涉及 基础科学、环境管理工程、当今能源技术等,有超过 4000 研究人员。阿岗系统

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分析室为政府和企业进行新型燃料及汽车技术的评估,耗巨资开发了 AirCred、 GREET、PSAT、VISION 等四大工具软件支撑新能源与清洁技术开发与研究。 四个工具应用方面各有重点: AirCred:基于气体层面的分析; GREET:基于燃油层面全生命周期分析的工业级工具; (Greenhouse gases, Regulated Emissions, and Energy use in Transportation) ; PSAT:基于整车层面燃料消耗分析和新技术仿真分析; VISION:基于微软 EXCEL 的各种技术资源和市场层面前景分析。 阿岗提出的“Well-to-Wheels”油井-车轮分析是全面的能源/排放比较分析方 法。图 2-1 是 Well-to-Wheel 工具职能划分。图 2-2 为利用 GREET 对能源全生 命周期评估的线路走向,由“Well-to-Pump”和“Pump-to-Wheels”两部分组成, 即“油井到泵”和“泵到车轮” 。图 2-3 为阿岗基于 PSAT 的系统分析流程[2]。由 模型建立、仿真试验、数据采集组成有机的整体。

图 2-1

Well-to-Wheel 工具职能划分

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车辆循环(Vehicle Cycle)

燃油循环(Fuel Cycle)

油泵到 车轮
Pump to Wheels

油井到油泵(Well to Pump)

图 2-2 利用 GREET 模型的能源循环评估线路

图 2-3 基于 PSAT 的系统流程 图 2-4 是 PSAT 软件系统结构关系图。相比传统整车仿真软件 PSAT 主要有 以下特点:

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图 2-4 PSAT 直观结构流程图 对比分析 PSAT 的结构特点, 结合开发的主要任务目标, 项目中选择了 PSAT 作为课题研究的主要仿真分析软件。 正是因为 PSAT 具有以上其他软件所不能比 拟的优势,使用 PSAT 基本上能开展车辆目前的任何仿真研究工作。PSAT 除了 传统车辆仿真软件所具有的评估燃油消耗与尾气排放,动力性等各种指标评估 外,PSAT 主要在以下几个研究方面具有明显优势: 开发能在测功机或实车中得到验证的控制策略 容易比较不同模型或不同控制策略 实 时 的 瞬 时 车 辆 行 为 Realistic transient behavior (clutching , shifting…)

2.4 技术路线
采用基于 PSAT 仿真分析方法,主要研究思路: 1) 系统研究电动机,APU 和电池的动态特性,抓住各部件关键参数; 2) 制定整车结构及不同控制策略; 3) 用 PSAT 建立符合实际使用工况的动态模型,多次仿真对比分析,进而

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完善整车最佳控制策略。 拟采用技术路线为:(详见图 2-5,2-6)
结构确定 模型建立 仿真试验 策略完善

技术

市场

结构确定

成本 Motor,APU,Battery 等 动态特性分析,进入模 型建立子程序图 2-7

模型建立 整 车 控 制 策 略 实现 仿真分析 修正 试验研究

图 2-5 技术路线

燃油经济性 电 池 寿 命 等 其 它 目 标 整车技术 整 车 控 制 策 略 减少支出 电机技术 发动机技术 回收利用 电池技术 制动回馈 排放指标 其 他 相 关 技 术

图 2-6 模型建立技术路线

2.5 本章小结
经过对混合动力系统仿真软件和平台的调研,对比分析了几种不同仿真分 析软件的优缺点,确定了以 PSAT 为主的开发研究平台,并拟订了本课题整车控 制策略开发的技术路线。

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第三章
3.1 驱动系统方案确定

混合驱动系统分析

混合动力电动汽车驱动系统是指汽车上所有的用于存储、转化和传递能量 并使汽车获得运动能力的部件的总称,包括车载能源、动力生成装置和动力传 递系统三部分[14]。 混合动力电动汽车的驱动系统分类方法有许多,有以按联接部件位置、混 合比、驱动系复杂性等主要三类分类方法。本文主要从联接部件位置不同来分 析三种不同形式的混合动力电动汽车的驱动原理。从联接部件位置不同来分析, 混合动力汽车动力驱动系主要可分为串联式布置(Series Hybrid Electric Vehicle 又称 SHEV) 、并联式布置(Parallel Hybrid Electric Vehicle 又称 PHEV) ,以及混 联式布置三种方案(Split Hybrid Electric Vehicle 简称 PSHEV) 。

3.1.1 串联式 HEV 动力传动系统
串联式 HEV 动力驱动系统的结构组成如图 3-1 所示。 通常发动机与发电机 集成为一个总成即辅助动力单元 APU。这样的结构形式和控制方式,使串联式 混合动力电动汽车具有如下性能特点:

图 3-1 串联式 HEV 动力驱动系统结构简图 1)发动机工作状态不受汽车行驶工况的影响,始终在其最佳的工作区域内
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稳定运行,因此,发动机具有良好的经济性。 2)由于有电池进行驱动功率“调峰”,发动机的功率只需满足汽车在某一速 度下稳定运行工况所需的功率,所以,可以选择功率较小的发动机。 3)发动机与驱动桥之间无机械连接,因此,对发动机的转速无任何要求, 发动机的选择范围较大,比如,高速燃气轮机等效率高的原动机。 4)发动机与电动机之间无机械连接,整车的结构布置自由度较大。 5)发动机的输出需全部转化为电能再变为驱动汽车的机械能,需要功率足 够大的发电机和电动机。 6)要起到良好的发电机输出功率平衡作用,又要避免电池出现过充电或过 放电,就需要较大的电池容量。 7)发电机将机械能量转变为电能、电动机将电能转变为机械能、电池的充 电和放电都有能量损失,因此,发动机输出的能量利用率比较低。 串联式混合动力电动汽车发动机能保持在最佳上工作区域内稳定运行,这 一特点的优越性主要表现在低速、加速等运行工况,而在汽车中、高速行驶时, 由于其电传动效率低,抵消了发动机油耗低的优点,因此,串联式混合动力电 动汽车更适用于在市内低速运行的公交客车。

3.1.2 并联式 HEV 动力驱动系统
并联式 HEV 动力驱动系统的结构组成如图 3-2 所示:

图 3-2 并联式 HEV 动力驱动系统的结构简图

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在并联式 HEV 动力驱动系统中,发动机与电动机可以分别独立地向汽车驱 动轮提供动力,没有串联式 HEV 动力驱动系统中单独的发电机,因此,更像传 统的汽车动力驱动系统,它具有如下特点: 1) 发动机可以通过机械传动机构直接驱动汽车,无机电能量转换损失,因 此发动机输出能量的利用率相对较高,当汽车的行驶工况使发动机在其最佳的 工作范围内运行时,并联式的 HEV 燃油经济性比串联式的 HEV 高。 2) 有电动机进行“调峰”作用,发动机的功率也可以适当减小。 3) 当电动机只是作为辅助驱动系统时,功率可以比较小。 4) 由于有电机补充电能,比较小的电池容量即可以满足使用要求。 5) 由于并联式驱动系统的发动机运行工况要受汽车行驶工况的影响,因此 在汽车行驶工况变化较多、较大时,发动机就会比较多的在其不良工况下运行, 因此,发动机的排污情况比串联式的高。 6) 由于发动机与驱动桥之间直接机械连接,需要通过变速装置来适应汽车 行驶工况的变化。此外,发动机与电动机并联驱动,还需要动力复合装置,因 此,并联式驱动系统其传动机构较为复杂。并联式驱动系统最适合于汽车在中、 高速稳定行驶的工况。而在其它的行驶工况,由于发动机不在其最佳的工作区 域内运行,发动机的油耗和排污情况不如串联式。 并联式混合动力电动汽车也可以实现零排放控制,在繁华的市区低速行驶 时,可以通过关闭发动机或离合器分离,使汽车以纯电动方式运行。但这样就 需要功率足够大的电动机,所需的电池容量也相应要相应增大。

3.1.3 混联式 HEV 动力驱动系统
典型的混联式 HEV 动力驱动系统布置方案简图如图 3-3 所示,在该系统上 既装备有电动机又装备有发电机,具有了串并联结构各自的特点,图 3-3a 所示 的逻辑门限结构通过离合器的结合与脱离来实现串联分支与并联分支间的相互 切换,离合器分离,切断了发动机和电动机与驱动轮的机械连接,系统以串联 模式运行;离合器结合,发动机与驱动轮有机械连接,系统以并联模式运行。 图 3-3b 所示的分路式结构中,串联分支与并联分支都始终处于工作状态, 而由行星齿轮传动在串联分支从发动机到发电机,和并联分支从发动机到驱动 轮间进行发动机输出能量的合理分配。此结构可通过发电机对串联分支实施各 种各样的控制,同时又可通过并联分支来维持发动机与驱动轮间的机械连接, 最终实现对发动机的转速控制。

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混联式 HEV 布置方案综合了串并联两种布置方案的优缺点,具有最佳综合 性能,但系统组成庞大,驱动系统布置困难。另外,实现串并联分支间的合理 切换,对控制系统和相关控制策略也提出了很高的要求。

图 3-3(a) 混联式 HEV 动力驱动系统的结构简图

图 3-3(b) 混联式 HEV 动力驱动系统的结构简图

3.1.4 电动轮式 HEV 动力驱动系统
最近出现了一种更为先进的电动汽车,其主要特征就是取代了传统的传动 方案。上述几种电动车原理,其动力传动系统基本都维持了内燃机汽车传统的 传动方案,特别是从主减速器、差速器、半轴到车轮基本没有改变。而这种电 动轮电动汽车动力传动装置则与这些有着巨大差别。 电动轮混合动力电动汽车结构原理如 3-4 所示, 最大特点就是用电子差速器

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代替了传统汽车的差速器和半轴,将电动机直接安装在驱动轮上,从而使电动 轮驱动型式结构简洁、传动高效。现在借助现代计算机控制技术直接控制各电 动轮实现电子差速的控制策略,己经成为电动汽车发展的一个独特方向[15]。 车轮 减速器 电机控制器 加速踏板 控制器 制动踏板 发动机 发电机 电池组 电机控制器 机械连接 电器联接 控制信号 轮毂电机 减速器 车轮 图 3-4 电动轮混合动力电动车结构原理 轮毂电机

3.1.5 三种主流不同结构 HEV 动力驱动系统比较
基于第四类电动轮驱动系统复杂性考虑,其离实际应用还有不小距离,目 前只对三种主流 HEV 结构的混合动力系统的结构与性能上优缺点进行对比。串 联式布置优势在于它解放了热机内燃机等,并联式布置则保证了整车的动力性, 而混联式布置在性能上超过了前二者,但它技术上设计要求高,是未来发展的 趋势。具体比较见表 3-1。 表 3-1 三种主流不同结构形式电动汽车比较 串联式 并联式 发动机与电动机无机械连 接,结构简单 要求发电机和电动机效高 功率大,需配备较多电池 发动机与电动机有直接机 械连接,结构复杂 电机可以兼做发电机和 电动机,电池容量要求小

结构 形式 总体 结构 主要 部件

混联式

动力复合装置和控制 结构非常复杂 对电池的依赖小, 动力 复合装置要求高

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整车 成本 传递 效率 环境 污染 控制 系统 适用 路况

需兼有大功率发电机和电 动机及其控制器,成本高 能量传递中间环节多,能 量效率低 很低,控制排放作用明显 控制结构简单,控制算法 相对简便 市内频繁起步加速工况和 低速运行工况

可利用现有成本,通用性 好,总体成本较高 中间环节较少,能量效率 较高 对控制排放有适当作用

系统复杂, 部件种类数 量多, 性能成本要求高 能量效率高 排放污染很低

两套系统的协调工作较 进行最复杂的能量管 复杂 理和协调 市郊和城间及高速公路工 各种路况 况

不同形式的 HEV 在结构和性能上各有优缺点,我们应该根据不同的使用要 求,研究开发不同类型的 HEV。串联式布置的优势在于排放低、布置简单、控 制方便,尤其适用于市内常见的频繁起步加速工况和低速运行工况的城市公交 或出租汽车;并联式布置则经济性好、效率高,适用于市郊和城间工况的城市 间巴士或主要用于长途客货运的汽车;混联式布置在性能上很优越,但对设计 提出了很高的要求,适用于家庭用车或用途比较复杂的其它车辆。 据统计,国际上使用混合动力公交客车的城市 70%以上都是采取串联方式。 串联方式所具有的其他方式不可比拟的优势,这是根据城市公交运行的工况特 点决定的:首先制动优势。由于城市内的公交客车经常要制动,因此需要拥有 较强的制动能力回馈,研究表明串联是所有混合动力中回馈能力最强的一个; 其次,排放优势。他指出,串联式混合动力客车是所有混合动力降低排放潜力 最大的。 结合本课题开发车型将要应用的目标市场在于城市公交系统,因此对于汽 车排放的要求应放于首位考虑,参照上面的分析最终确定的 6108HGD 的驱动系 统结构形式定为串联形式。如图 3-5。

3.2 动力总成模块分析
如何根据汽车的运行工况来确定混合动力电动汽车特有的混合比设计,准 确控制并协调内燃机和电动机之间的能量分配,始终保持发动机工作在高效低 排放状态显得特别重要。因此有必要分析其主要部件的性能特点,建立合理的 驱动系统参数设计体系,同时为接下来确定多能源控制策略和仿真分析打下理 论基础[16-19]。以下是对其动力总成的三个重要模块进行的描述,包括辅助动力 单元(APU)模块、电动机模块和蓄电池模块。

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整车控制器(Vehicle Controller)

1 2

EMS

电池管理系统

发电机控制器

动力电池

驱动电机控制器 主 减 速 器

发动机

发电机

配电箱

电动机

变速箱

机械连接

电连接

1—加速踏板 2—制动踏

图 3-5 6108HGD 串联式混合动力系统结构简图

3.2.1 APU 模块
串联结构中,虽然有发电机和驱动电机两套电机,其中发电机归属于 APU, 但在选型上可以将其单独和电机一起分析考虑。混合动力电动汽车上 APU 特殊 的工作方式降低了对内燃机的动态性能要求,使得燃气轮机、斯特林发动机以 及四冲程汽、柴油机等都可以应用,但对于近期混合动力电动汽车而言,沿用 技术成熟的先进四冲程发动机并做适当的改进不失为实际而简捷的方案。一般 确定发动机的特性参数依据主要考虑动力性、经济性和排放问题。 发动机的工况是以其发出的功率和转速来表示。当发动机工况为适应需要 而变化时,其性能(包括动力性、经济性、排放、噪声、烟度等)也随之而变,因 此评价和选用发动机时就必须考察它在各种工况下的性能,才能全面判断它能 否满足要求,对于工况在很大范围内变化的发动机尤其重要。 发动机性能指标随调整情况及运转工况而变化的关系称为发动机特性,其 中随调整情况变化的又称调整特性,性能指标随运行工况而变化的又称性能指 标。特性用曲线表示成为特性曲线,它是评价发动机性能的一种简单、方便、 必不可少的形式。根据各种曲线,就可以合理的评价发动机的性能,合理的选 用发动机,并能更有效的利用它。发动机特性主要包括负荷特性、速度特性和 万有特性。 负荷特性是指发动机转速不变,其经济性指标随负荷而变化的关系,以曲

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线表示,则称为负荷特性曲线。当汽车以一定的速度沿阻力变化的道路行驶时, 就是这种情况。负荷特性横坐标—负荷可用功率或转距表示。纵坐标主要是燃 油消耗量或燃油消耗率等。 速度特性是指发动机性能指标随转速变化的关系,是指功率、转距、燃油 消耗量、燃油消耗率等随转速的变化。当节气门全开时,所测得的速度曲线特 性称为外特性。 负荷特性和速度特性只能表示某一转速或某一节气门开度时发动机参数间 的变化规律,但汽车的工况变化范围很广,要分析各种工况下的性能就需要许 多张负荷特性或速度特性图。所以为了能在一张图上较全面地表示发动机的性 能,经常应用多参数的特性曲线称为万有特性。应用最广的万有特性是以转速 为横坐标,以扭矩或平均压力为纵坐标,在图上画出许多等油耗率曲线和等功 率曲线。等功率曲线是一组双曲线,最内层的等油耗曲线是最经济的区域,耗 油量最低。曲线越向外,经济性越差,从中很容易找出最经济的负荷和转速。

3.2.2 电机模块
目前电动汽车中使用的电动机一般有直流电动机、感应电动机、开关磁阻 电动机以及永磁无刷电动机等。各种电动机各有其优缺点,尚无明确定论来确 定哪种适合电动汽车。在功率变换器问题上,观点比较一致,一般以损耗小的 绝缘栅双极晶体管(IGBT)功率模块及脉冲宽度调制(PWM)驱动技术为宜。而应 用于电动汽车中电机驱动系统的控制策略则纷繁复杂,除针对各种电机的控制 策略,如异步机的变压变频控制(VVVF)、磁场定向控制(FOC)、直接转矩控制 (DTC)等,许多新兴的控制方法如神经网络控制等也应用于电动汽车。电动汽车 的运行,与一般的工业应用小同,不但要求电机及电机驱动系统具有体积小、 功率大、转矩重比高、加速性能好、宽调速范围、可靠性高、制动时能够实现 能量回溃的优点,另外其转矩一转速特性应根据电动汽车起动、爬坡和行驶等 不同阶段分为恒转矩区或恒功率区。由于电动汽车在城市中行驶时频繁起停工 作区域宽,经常运行于低速高转矩或高速低转矩区域,所有要求电动机系统在 额定运行时效率要高,而且要求电动机系统具有尽可能宽广的高效率区。

3.2.3 蓄电池模块
蓄电池的性能决定了电动汽车的性能指标,能量密度决定电动汽车一次充

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电的续驶里程,功率密度则决定电动汽车的加速性能和最高车速。目前可作为 电动汽车动力蓄电池的有很多种,如铅酸电池、锂电池、镍镉电池、镍铁电池、 镍锌电池、镍氢电池、钠硫电池等。 电动汽车的动力电池必须满足很多条件,而某些条件之间还存在着矛盾, 如要求电池必须具有高比能和高比功率,但在一般情况下电池的比能和它的比 功率成反比,当其中一个增长时,另一个则下降,此外,要求电池材料丰富、 便宜、无毒、可以再生、容易处理、对环境无害、充电时间少、维修费用低、 寿命长、不漏电等。

3.2.4 串联式混合动力系统效率分析
两个或多个能源的叠加是混合动力系统的重要特征,因而混合动力系统设 计的一个重要问题就是对它们的能量效率做出一个准确的评估,进而找到敏感 控制参数。为更为复杂的整车控制策略提供参数依据。 在串联混合动力车辆中,发动机大多时候稳定地工作在经济区,而车辆的 行驶工况是不断变化的,特别是在城市行驶工况下,车辆的功率需求变化很大。 当车辆的需求功率较小时,发动机必须将多余的能量输入电池储存起来,在车 辆的需求功率较大时,再将电池的电能释放出来。目前电池的充放电效率都不 高,这样频繁的充放电过程造成了很大的能量损失,并且在将电能转化为机械 能驱动车轮时,中间还经过整流、变换、变速器等中间环节,这些环节也造成 了大量的能量损失。 图 3-6 表示了串联混合中能量流动的一个例子(并不代表一般情况) 。图中 数字代表当前能量剩余百分比。一般而言,发动机效率为 31.8%,发电机效率为 91.5%, 转换器效率为 96%( 98% × 98% ), 电动机效率为 85%, 变速器效率为 87.75, 电池充放电效率为 85.7%。按照以上效率计算便可得到如图 3-6 所示的串联式混 合动力系统能量效率分布图。能量经过多级衰减,到车轮的能量只有输入能量 的 17.83%。所以,怎样提高混合动力系统各环节效率是整个系统实现效率最优 的关键。

图 3-6 SHEV 混合动力车辆能量效率分布

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