（机械电子工程专业论文）hev多能源控制策略及半实物仿真测试平台的研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 丽对隧源和环境挑 髦，混台动力电动汽车( h e v ) 成为未柬的主流清洁汽车，而且 被列入我网“十五”期间“8 6 3 ”计划电动汽车重大专项，对i i e v 的关键技术进行技术 磅发秘探讨其寿重要意义。论文戳h e v 驱动系统秘e q 6 1 1 0 滢合麓力骧枣公交车为磊暑究 对象，进行了t i e r 驱动系统、多能源控制系统、控制策略、t t e v 建模和仿真以及半实 物仿真测试平台等方面的研究和设计。 沦文糖象麓毒乏窭了汽车驱动系统瓣穗遥摸型，分援了串联式、著鼗式鼗混联式三 种不同形式的t t e v 的驱动原理和性能特点。 列混含动力电动汽率动力总成的三个重要模块( a p u 模块、电动机模块和蓄电池 模块) 送嚣了爱弱条搏酾程藐要求分掇。 设计了基于c a n 总线的e q 6 11 0 混合动力城t l t 公交车多能源控制系统，分析了c a n 总线在t l e v 控制系统中的应用，介绍了控制系统的设计思路和系统的软、硬件组成。 逶避黠多旋潦交力系统熬戆鬟浚分季厅，确定了e q 6 1 1 0 滠合动力骧南公交车豹4 种驱动模式和3 种制幼模式，设计了在满足整车动力性和经济性等条件下的多能源控 制策略，擒啦了具体的控制算法。 建立了h e v 驱动毪g i 浮份捂巍秘方法，逶遥对不弱类型豹各元俘模块遨行建模， 并箍于m a l l a b s i m u l i n k 仿真环境对e q 6 1 1 0 混合动力城市公交车的控制策略进行了仿 真分析，骢诃；了设计的多能源控制策略的合理性莉嘣e 确性。 j l ：笈了f 廷动汽车拳实物伤真溺试平台，释缀介绍了半实物仿囊溺试平台瀚技术条 件利性能特点，刘e q 6 i1 0 混合动力城1 丁公交4 j 等f b 动汽乍进 亍了凋试试验运用，取得 了良好效聚。 关键词：混合动力 l 动汽车驱动系统c a n 总线控制策略 建横半实物仿真 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t f a c i n gt h ec h a l l e n g e so f o i ls h o r t a g ea n da i rp o l l u t i o n ，h y b r i de l e c t r i cv e h i c h e ( h e v ) b e c o m e so n eo ft h em a i nc l e a nv e h i c l e sa n di so nt h el i s to fn a t i o n a le l e c t r i cv e h i c l ek e y p r o j e c t so ft h et e n t h f i v ep l a n a n d8 6 3h i - t e c hp r o g r a m i nt h ed i s s e r t a t i o n ，w i t hh e v d r i v e l i n ea n dh y b r i dt r a n s i tb u se q 6 1 1 0 - h e va st h em a i nr e s e a r c hs u b j e c t s ，t h eh e v d r i v e l i n e ，c o n t r o ls y s t e m ，p o w e rc o n t r o ls t r a t e g i e s ，m o d e l i n g ，s i m u l a t i o na n dt e s t p l a t f o r m w e r es t u d i e da n d a n a l y z e d b a s e do nt h eb a s i cs t r u c t u r em o d e lo fv e h i c l ed r i v e l i n e ，t h ep o w e rt r a i ns y s t e mi nh e v i sd i v i d e di n t ot h r e et y p e s ：s e r i a l ，p a r a l l e la n dc o m b i n e dt y p e t h ed r i v i n gc h a r a c t e r i s t i ca n d p e r f o r m a n c e o fe a c ht y p ew e r e a n a l y z e d t h ew o r k i n gc o n d i t i o n sa n d p e r f o r m a n c er e q u i r e m e n t so ft h em o s ti m p o r t a n tm o d u l e s i n c l u d i n ga p u ，m o t o r a n d b a t t e r yf o rh e v w e r e a n a l y z e d t h ec o n t r o l s y s t e m o fe q 6 1t 0h e vb a s e do nc a nb u sw a sd e s i g n e d a l s ot h e a p p l i c a t i o no fc a n b u si nt h ec o n t r o ls y s t e mo fh e vw a s a n a l y z e da n d t h eo v e r a l ls e t u po f t h es o f t w a r ea n dt h eh a r d w a r ew e r e p r e s e n t e d i nd e t a i l t h r o u g ha n a l y s i so f t h ee n e r g yf l o wo fm u l t i p o w e r s o u r c es y s t e m ，f o u rd r i v i n gm o d e s a n dt h r e eb r a k i n gm o d e sf o re q 6 11 0h e vw e r ed e t e r m i n e d i no r d e rt oc o m p r o m i s et h e d y n a m i c sa n df u e le c o n o m yf o rh e v m u l t i p o w e r - s o u r c ec o n t r o ls t r a t e g yw a sd e s i g n e d a l s ot h ec o n t r o la r i t h m e t i cw a s p u tf o r w a r d t h ee v a l u a t i o no fd r i v i n gc h a r a c t e r i s t i cf o rh e vw a sb u i l t b a s e do nt h em o d e lo f p o w e r t r a i ns y s t e m ，c o n t r o ls t r a t e g i e sf o re q 6 11 0t l e vw a s a n a l y z e dw i t hm a t l a b s i m u l i n k s o f t w a r ei no r d e rt ov a l i d a t et h ec o r r e c t n e s sa n d p r a c t i c a b i l i t yo f c o n t r o ls t r a t e g i e s t h eh a r d w a r e i n t h e l o o ps i m u l a t i o n t e s t p l a t f o r m w a sd e s i g n e da n di t st e c h n i c a l s p e c i f i c a t i o n a n dc h a r a c t e r i s t i cw c r e i n t r o d u c e d e x p e r i m e n t a l r e s u l t ss h o w e dt h a tt h e d e s i g n e ds y s t e ma n dc o n t r o ls t r a t e g yw e r er a t i o n a la n d r e l i a b l e k e yw o r d s ：h y b r i de l e c t r i c v e h i c l ed r i v e l i n ec a nb u s c o n t r o l s t r a t e g i e s m o d e l i n gh a r d w a r e - i n t h e l o o ps i m u l a t i o n i l 独创性声明 本入声明所呈交的学位论文燕我个人程导师指导下进行的研究 ：e 作及取得的研究成巢。尽我所知，除文巾融经标明引 l 的内容外， 本论文不镪禽柽簿其他令大残囊拣已经发表蠛撰写遵的磺窕袋暴。对 本文豹研究做出贡献的个入和集体，均已在文巾以明确方式标明。本 人完全意激到本声f ! j ! i 的法律结果i “本人承拟 学位论文作者签名：疆谁 罐期：潲妒年乒羚l 毽 学位论文版权使用授权二件 零学位谂文俸老究全了解学校鸯关爨餐、使蓬譬貔论文鳇筑窀， 即：学校有权保留并翻围家有关镯j 门或机构送交论文的复f p 4 - | ：和电子 版，允许论文被套阅牟l l 倦阅。术人授权华r l i 科技大学可以将本学位沧 文酶全鼙葳部分肉容编入有关鼗羰疼遵纷蛉索，弭强鬈嘲影印、缩印 或扫摘等笈翩手段保存和衽：编术学住论文。 保密 = ：l ，在锯解密聪埏j f j 木授权二阻 本论文属予， 不僳獬豳。 ( 请线以上方框内打“”) 学位论文你者签名：蕊孑譬 隧勰：列本年f 秀 g 毽 指导 爨= l | j 华中科技大学硕士学位论文 1 1 概论 i 绪论 汽车工业蓬勃发展的百年历史记载了人类文明飞跃发展的光辉历程。汽车作为主 要的交通工具和国民经济的重要支柱产业得到了快速发展，但是，与此同时，汽车也 带来了能源消耗、环境污染等诸多负面影响。“能源、环境和安全”已成为2 1 世纪世 界汽车工业发展的三大主题。 环境问题的表现形式为空气污染，据环境部门统计，目前，大气污染的4 2 来源 于汽车尾气排放，随着人们生活水平的提高，汽车保有量的迅速增加，这一比例也会 相应提高，预计2 0 1 0 年汽车尾气排放将占空气污染源的6 4 【1 1 。汽车排放物主要包括 c o 、n o x 、c 0 2 、h c 、s 0 2 等。据统计，美国国内大气中由汽车排放的c o 、h c 、n o x 、s 0 2 占大气中c 0 、h c 、n o x 、s 0 2 总量的6 6 、4 8 、4 3 和2 ，而美国加州地区更为严重， 上述排放总量中由汽车排放的比例分别达到9 0 、5 5 、7 8 、1 0 。环境严重恶化将引 起一系列异常的自然现象，比如光化学烟雾、酸雨以及厄尔尼诺等，严重破坏和影响 到人类赖以生存的环境。另外，全球范围内，温室气体c 0 2 的排放量也引起人们的 极大关注，国际环保组织技术报告显示，在过去的几百年内，地球表面平均气温上升 了0 3 o 6 0 ，若对c 0 2 气体排放不加以限制的话，在2 1 世纪，地球表面平均气温将 再上升2 v ，海平面将再上升5 0 c m ，这将严重威胁到人类有限的陆地生存空间【1 。 目前，汽车消耗的能源几乎完全依赖于石油的制成品，根据已探明的世界石油总 储量估计，全世界的石油资源仅能供人类充分使用4 3 年左右，而且世界范围内的石油 产量将在2 0 1 0 年前后达到峰值，考虑到随着石油资源的逐渐匮乏，产量的逐渐降低， 开采成本的逐渐升高，实际的石油资源的有效使用年限将会更短【1 1 。2 0 0 3 年，我国汽 车保有量为2 3 0 0 万辆，国务院发展研究中心市场经济研究所有关负责人预测，十年后 中国汽车保有量将达到1 亿辆，对石油燃料的需求也将大幅度增长。2 0 0 3 年我国进口 原油9 1 0 0 万吨，估计到2 0 1 0 年，我国进口石油预计将达到2 亿吨【3 1 。有限的石油资 源逐步成为汽车工业可持续发展的瓶颈。 1 华中科技大学硬士学位论文 嚣弦，避一多搜矮臻绕内燃懿袋术发装汽车王建褥会鲶我鬻静麓濠安全酾强凌镖 护造成匿大的压力。结念我国实际凿情，发展渚浦汽车，尽快遏制我国众多大、中城 市大气污染爨益繇纯的势头已刻不容缓。 我国玻府b 裁定强潮毪法规要求，2 0 0 3 年起耨车静污染魏开始魏行酸溺l l 号栎 黢，2 0 0 8 年之蕊，毅擎熬污染物 l 敷捷行鞠当予羧溯珏| 警标准。翳撵，璇羚范弱内， 汽车尾气瓣放法规也日趋严格。美国掇如到2 0 0 5 年，瓤生产小辚攀的百公爨浊耗平均 镶癸这到1 9 9 4 革黎1 a ；欧濑善嚣怒窭了爨2 0 0 5 筝綮港耩牵驰蓉叠墨滚裁均蕊不痤 越过3 l ，汽油轿零不成越过4 l 1 1 。 耨世鳃入键呼吁并期待萋节舷、环保、安全黝新s g 源溘涪汽攀鲢发鼹椒斑焉。 1 2 新能源清溶汽窀擞展现状 委薅麓薤严鬟翁瓷潦灌蔌与臻壤溪缀簿嚣，基子霹撩续袋装懿考虑， 蘧秀诲多器 家褪科研帆构都在班究姆汗发新髓源清洁汽车。渐能源清浩汽窜技术包括燃气汽车技 术、电动汽车技术、混和动力电动汽率以及燃料电池汽率技术镣。 1 2 t 攥箕汽车 钛零旗上漤；燃气汽牵仍震予凑燃瓿汽车，挝是舞了造成气体燃料菇撵丁一些盛 娶翡改动 i 苕毫，象要懿菠鬃在予傻瓣魄较潦溶瓣簸浮。熬气汽攀主要分灸耩大类鍪， 即天然气汽车和液化番滴气汽车。 天然气的主要成分烂甲靛，在低濑离鹾下呈波疮，通常是以2 0 0 m p a 储存予赢塍罐 式骞器离。天然气汽攀蕊豹凌气瓣褥爨投蓬转绫汽车懿露势之忍，并量熬气串不窘镪、 苯、蘸等艘分。岛燃溜汽攀攘毙，e 貔接敷量降低2 ，n o x 降低8 ，c o 爨甄9 0 ，噪 声降低4 0 。液化石油气童要成分怒雨炼，液化褥油气汽车总的废气排污量仅照燃油 汽车魏1 4 ，荬孛捺教鳌不嚣蕊筑汽攀黎t 1 够l 。 但是燃气汽苹的燃气能量密度低，遴输成本满，危险性犬。另外，燃气与石油 樽，也稀予一次往滂糕髓源，虽然使霜燃气能减少环境浮染，艇瓣榉不零j 予汽牵持 续发震竣旗 铂。 、 2 华中科技大学硕士学位论文 蠢蘸，全毽癸燃气汽车总的铩鸯量绞6 5 0 万辆，已毒4 0 多令懑家霸魏送接广瘦爱 燃气汽车。其中，以意大利和俄罗斯的使用量最大，均突破1 0 0 万辆大关。我国于1 9 9 4 年4 月确立北京、上海等1 2 个城市作为憋气汽车试点城市，嚣前& 发展到了5 万多辆， 主要用于公共交邋车和出褪车。深圳、上海、北京三个城市的出租车燃气化率最高， 分别为6 5 ，3 3 ，1 9 t ”。 1 2 2 电动汽车 自1 8 8 1 年法国电气工程师g u s t a v et r o u v e 稚i 造岛电葫汽车开始，嗽动汽车经历 了整据莛饮魏几个发曩除段，其巾趣决定因素裁怒动力电池技术朔人们对环境、燧源 的关注程度，但电动汽车自身具有许多显著优点：可以实现低排放，甚至零排放行驶 聚瘸邀麓律为驱韵戆源，缝滔来源途径广，霉亍驶嗓音枣，容易实现i ) r i v e b y w i r e 愚 想，实现了制动能量回收。降低了摩擦制动器的使用强度和维护赞用等。这些优点决 赢了电动汽车磐将成为清洁汽车技术发袋的一个豢要方两秘2 l 搬纪敌蘩簧交逶王其。 所以，美、歇、日镣国家和地区为此投入了巨大人力和财力，积极解决电动汽车 的关键技术和推广使用中的各种问题，尽早使之产业诧。成熟酶产品包括美国通用公 躅翡e ￥一1 和i m p a c t ，法灏雪铁龙豹a x 电动车，嗣本日产的h y p e r m i n j 和事田的e - c o m 蹲【2 1 。 墨懿，徒表邀动汽车最宠遴技末承警静是掰本k e i o 丈学耢裁开发瓣多功缝车 k a z s ，该车选用了当今最先进的电动汽车元器件( 锂离子电池组、n d f e 稀土永磁式 轮毂电搬粒替髓功率控制模块) ，透弱了菇髓毫动汽车豹最高缝髓：最鑫车速3 0 4 k m h ， o 4 0 0 m 的加速时间1 5 3 s ，l o o k m h 匀速续驶熙程4 0 0 k m 。这说明电动汽车技术已曰 臻成熟，但实用化面临的燕要问禳是如何降低成本和解决电动汽车续驶燕程短酌溺透， 翅褥实现快速充电等。如现豹鳃决方案镪括日本丰田公弼提出的电动汽车“共攀车辆 系统”、法国政府推出的电动汽车租赁系统、w a m p f l e ra g 提出的感应式动力传输系 统i p t 、搿在线充电熬态秘汽车系统、瓿壤充电妓熬z n a i r 毫熬系统、超级电器爨电 动车系统等“。 我瀚获“，蠢”诗鞠瑷来，一壹颦持开发缝宅蘑汽举e1 9 9 8 年东熙汽车公霹_ i 程 3 华中科技大学硕士学位论文 研究院与中科院电工所、清华大学等7 家单位成功研制我国首辆电动概念轿车；2 0 0 2 年武汉理工大学开发了富康9 8 8 电动轿车；2 0 0 3 年奇瑞汽车有限公司研制了q p 纯电 动轿车。今年5 月份，深圳比亚迪公司制造的2 0 0 辆锂离子纯电动车将在深圳投入出 租运营，深圳也将成为全国第一个电动车示范区f 2 1 。 1 2 3 混合动力电动汽车 混合动力电动汽车( h e v ) 是在纯电动汽车开发过程中为有利于市场化而产生的一 种新车型，即在一辆汽车上同时配备电力驱动系统和辅助动力单元( a u x i l i a r yp o w e r u n i t ，简称a p u ) 。国内外普遍认为它是投资少、选择余地大、易于满足未来排放标准 和节能目标、市场接受程度高的主流清洁车型，所以h e v 引起各大汽车厂家的关注。 当前，世界h e y 技术已迈入实用化和商用化的门槛，个别厂家己开始较大批量的生产 和销售。 日本的h e v 技术处于世界领先地位并率先进行批量生产和销售。据称，在今后三 年左右的时间，日本汽车公司将向全世界提供百万辆的h e y 。日本丰田公司在1 9 9 7 年 推出混合动力轿车p r i u s ，使用了丰田t h s 混合动力装置，成为日本国内市场燃油经 济性最高的五座四门轿车( 3 2 l l o o k m ) 。截至去年底，p r i u s 已在全世界销售了i 0 万多辆。目前，丰田公司的h e v 还包括串联中巴车c o a s t e r ，4 w i ) 箱式车h v m 4 以及 e s t i m a 、c r o w n 等。丰田计划2 0 1 2 年在所有汽车上使用油电混合动力发动机。日本本 用公司开发的双座i n s i g h t h e v 专为达到最大燃油经济性而设计 2 8 5 l l o o k m ) ，它使 用了本田i m a 型动力系统，自2 0 0 1 年开始批量投放美国和日本市场，名列2 0 0 2 年度 美国环保署公布的最省油轿车名单榜首。日产公司于2 0 0 1 年推出的t i n o h e v ( 3 2 l l o o k m ) 也开始在日本国内市场销售。 美国公司大有奋起直追的决心，均表示在近期将向市场批量投放h e v 。福特混合 动力车e s c a p e 、p r o d i g y ，通用双桥p r e c e p t h e v ，戴姆勒一克莱斯勒天然气电力混合 动力车d u r a n g o 、d o g d ee s x 3 均实现或接近实现了燃油经济性3 2 l l o o k m 的目标。 欧洲各大汽车厂商也争先恐后的推出了本公司研制的混合动力电动汽车，比如雪 铁龙的x s a r a ，标致的“贝灵格”，菲亚特的“m u l t i p l a ”，沃尔沃的“f l 6 ”等，甚至 4 华中释技大学硕士喾接论文 德疆耱嚣, o s c f f 等装名骢零潞磐公邂瞧辍掇与天茂霉公霹联手舞纛灌台象力惑熟汽享鼓 术 1 1 。 毳鬻“专囊”谤裁戆瓣羹纛跫爨了瀑台番鸯懑凄浅事，燕辩辚鬟塞零蔑e 麟l 】銎 溅合动力城市公交样荤，风神蓝鹞e q 7 2 0 0 混台动力样车、红旗t t e v 样举、舒瑞h e v 樽车等。冀中东风电动鼯辆股份褥隈公弼力争2 0 0 5 年髓投入，j 、抵簸生产e q 6 11 0 混台 馥蠹鏊豢公交攀，2 0 0 8 每麓錾秀鏊塞囊逶套骚努，囊囊产建袋。 1 , 2 4 燃 i 【； 胤池汽车 簌巍攀戆蘧秀嚣主虢，爨羲灌鹣憩魂造辜笃蘧遴嫠蘩逮稳墩溪汽车楚一襻靛，臻 豳龟辊赣韵，毫按禊鲶辩灞鼹毽楚魄髓，健两者翡惫辍获敬奄愁瀚途径帮脊辫穰大魏 不疑。燃料魄池艇产生躺电姥是孙界不断供给的缀气与空气中的躐气发生化学反应的 漤藿，窭麓上莛遵簿零凌声羲雾惑戆避藤疰嚣产凳懑。爨饕惑漱茂李黎王露藜壤穗决 定了其具犍疆个最大的饿患：一怒只摊出水蒸气，汽车可真蔗察飙零排放；：媳汽车 瓣燃料采源鼹多煲广，聊扶攘本上游滁汽车能溅瓣缺乏愧晦1 。 t 9 9 3 攀麓零六薯袋瓣毫逮公霉一群短德饕鸯蘩缝公嚣磺粼波整雾蓠耩爨鹣罄逮 汽车。数然燃料融池汽瞰出现很晚，倪发展迅避。今天，几乎胼礴的世界蕊稿汽车公 撼臻在意诤瓣、簿霉豹蛾窦藏各爨燃料瞧漕汽车磷靛诗麓。毽魏+ 燃瓣滚漶浅率援零 磷菱翼霄铽袭毪瓣矮嚣舞蜜美蠢蕤滚辩嚣荚餮曼大汽车登通联念笈莲簿麓巍i s 盔美 元的f r e e d o mc a r 计黼，鹭在促迸燃料电池汽攀瀚靛餍和应蠲。瞬本政府鬣谯察施一 个雄心羧熟滟踩奁黎撼辍髓诗懿，鬟2 0 2 0 年，诗燃投瓷羚亿燕瓣礤发燃辩感浊汽车e 黢嚣魏簸姆耪一竞莱鬻耥公霉帮浚鬻瓣p s a 案溺瓷蕊鼓溪爨瓣魄漉篾牵戮豪瓣爨娄汽 事厂家，熬瓣委瑟会瞧邋过了一个躜键鹣“j o u l e ”诗翔泉发爨燃辩电漶汽攀。麓黪比 羧袋熬戆产鼯包撬遵鼹黪蔑棼一弩，疆黪觳p 2 0 0 0 f f f c ，簸姆勒淹菜瓣耪躲n e c a r 、 c e m m , n d e r ，辜骚稳灏箨，零嚣靛f c x 餐。+ 我崩从“九赢”计划开始就戡搬力于燃料啦池汽牵的辨缴。2 0 0 1 牮消妫大学、 麓寨飞戮蠓魏遣瀑按零誉隈公霉拜笈了“寨零警”枣瑟熬餐懿漶客摹。2 0 0 2 零嚣济 大学汽车攀拣帮上海璐糍泡建汽牵动力豢筑骞鞭强弱酝容蘩裁辩嚣籍毫驱动然瓣趣漶 s 拳申辩装走攀矮圭喾援磅支 ；蠕= ：蜊g 日# = = = q # 黜# 姆寰= 篇# 唰# # = = # 鬻炼端辫w 尝= = = = 日常# # 端勰= = = ；盘； 瓣念事“誊辫弩”蕃站。 薏蕊嚣蜜漠舞壤溪戆霉漤装簿蛰婺蠖 潞，薹爨避邀蕊举鬻爨瓣嘏滟浚零戆攀擞 羲然懋惑黪蕊霉骜瓣瓣徽辜懿然溪瑟攀黎鼗瓣凝交，黎瓣黪饕黎爹蚕怒。 对予纯电确汽车米说，撼肖以下的蹴点： 窀嚣戆楚鏊塞襄懿 浚溪簿惑爨渣襄蘧l 黟辫爨，蘧，鬻簦藩惑饕攀爨黎懋蕤 聚羧魄辩嵇笺爨辫蕊葶憩臻熟瓣。嚣每浓蔡繇鞭鳖鬻穗瓣嘏漶，燃辩詈瓷 潺，躲爨逸潼、镶姆媳涟、穗勰嘏滩譬溶涟懿羚澄虽熬嚣溅糕- 稼蔫窀榭幂舔 糕熬戆蛰罄；穗黪、薹毽簿骞嚣炙壤耨，焱熬瑟疆太热熬逡天零爨a 叠遗霪瀚魄稳缝。撤然髓舔秘汽帮程车巍浚谤蠢辩添袋了藏鞣熬蕈藤爨辩藏零， 篷鬣濑涟爨嚣熬姻秘黪矮鐾袭镳部羚魄璇汽涔熬基囊爨辚瓣撵丈拳熬热燃枫 逡蘩藤漤譬辫辫。 孙寮鬻泌添装羹纛黪滚攀穗蠹骥髓。枣予镦涎懿激爨蜜襄舔一戆滁爨魏褰爨滋寒， 幽妣，即使电磁汽辫渤力系统冉钍般率磷徽。其燎驶里穰裥锄力橼能戗焉滁迭剥 囊黎熬溪汽攀戆蕊擎。 毒) 艇戆憋灏赛熬狳嵇溉簿黻魏瓣琳绺螽。一帮藏鬻器萋鞠a 瀚辍燮彀动嚣攀恕 魄瓣躺徐掊褰滤2 粼熊式民幕，瓣奁褥穗燃濑浅牵孛瓣滚糨溅率苓避熟树嚣t 鏊爨簿懿奄邃瑟簇簿菠鬟薄翕谤篱，惫澳爨攀稽菠毒器蕊燕器囊曩蚕爨撩邀 池。热一个运行旒澉掇斌期蠹是溅滁溃麓瀚嘲。 s 栽攀澍姆戆蘩臻爱躐膝溪。鑫于恕饕浚攀鬓撼避懿窀裁辫淤，翡豁巍攀垒瓣惫 蕤蕊筏臻磐矮凌爨警餐，霉粪雯瀵簿誊漆鹣凌瓣蛰囊蠢磐藤蒸灌滚鼙溪波囊 程拣瓣臻。豫藏意黪，壤臻转辩，蒸蘩耱舞嚣、嘉蘩爨蘩游灏藻意婺辫熊惫 撩骢锼燃也受粼戳溅。艘鼹奄熟拣苹土隳爨锻姆适挫爨剽嚣响m e 豁蘩黪淤滤蓬浚蒸絷，搔蠢夫。惑懿褒苇蒸藏设瓣携燕凌爨令藤麦嚣薹瓣* 溪 餐戆黼一令黎髓黪骖滋瞩撼蠹嬲袋溶鞭王绺艨爨羹瓣懋瓣爨鼹，势豢敞嚣致 目目_ _ ”m “m q h _ p m q _ * * m _ _ m _ h “一目# ” m _ ”“* “一 莲 华中祷技走学矮士喾位论文 瓣、季圭会鬃织、嘏璐汽车厂搿、极力部门、懿继厂蕊等等方嚣兹遥力奁稼才能 完成n 基襁珏设施建设是一项长期投瓷，需樊持之以恒地长勰嚣发。特别摄公用 京憩浚簧辩菱袋蕊澄麦、蔽娶鍪夫，要毒蕊戮禳多嚣索，舞溪毫安垒羧、搽灌 纯袋浆、天气情况、电动汽攀瀚靴类、邋：争髓充如站酌蚍隧等捌。 由此可隧，纯电动汽率巍业化的成驹强烈依赖抛道电池的发燃。然藤，魄池谯过 囊煞嚣冬靛嚣串，登熬秘稔藜运溪鬻鼗爨重六突簸。鬻霆，筑滋麓汽李熬麓鬻燕羹 前还没有媳剿预期的目的。 簿予燃料奄漶汽耄絮濑，与缝电熟汽睾一样，擞然蘸袋一羧瓣簿，释燃料魄溥汽 车簿蓑圭蘩毒在5 夸籍鼹； 1 ) 爨髓获取不容器。觚理论上将，濑琢主静甄熊是取之不爆、用之不满瓣，倦无 论鼹扶嚣他燃料咿瓤取，还挞黛糖案氢移7 艇谁基。技术土粼霄德突破，揖终锲 爨藏零霪蘩爨熬猿蹇。 2 ) 缕艘隰翟短。嚣游潦好豹燃糕魄滤车一次擞飙露只糍耄4 公里，续戮臻程远 不如黪通汽车。 耄纛辩寇洼嚣霉懿徐禧遵霆袋粼葵羡蓑蕊8 麓溪气嚣蓥爨糕邀蕊囊黎辍浆蛰饕 魁姆通汽油发动帆的1 0 倍，嫩产辆车的成本将近2 0 0 瓣美元，因黼熬售价 要黪戳骥谯燃滴枣轿车静零乎瓣爨簧二三卡冬静辩翘。誉少溪家政府磷褥幂蓬 麓教祷菇瓣煮溘簸疑戆买这耪汽车， 4 ) 誉黼设施建设庞大。要建设数撩鹰犬的燃誊串婚池汽车“加油站”，糕潞拼将十 努燃太。 ) 安金灌要求蠢。氮气舅与氧气灌合爱空黎辫，嚣嚣鏊笺辩纛垒运狳莓镶藏褒是 令渊怒越。 墨姥，薅蕊爨辩电漶淡车麴齑蝗忧摹 牛逐苓麟憋。各太汽攀厂藤器娶键趱露天戆 努秀，盛辩诲多羧零主瓣拣凌，考辘簿簸囊盈簌零，器攀实蔫产濂稼。 1 3 2 ；嚣协幼女毫劝汽辫禳最妁鬟簧憋 与筵斑馥汽季餮爨濑汽车勰滋，瀛台动力趣勰茂辜摇辇镑褥靛麓瓤、惫魏瓤、魏羹 p ，_ _ _ - _ _ _ m w ”w “_ - h - “w “_ _ - _ h 一_ _ - _ _ _ _ _ m _ _ w _ _ _ ”一 ， 华中科技大学硕士学位论文 镶存装萋( 蓉毫邈) 缀合在起，逶避先避蠢效数控麓系统馒两转磁力装羲有掇涤遴配 合，实现最佳能量分配和优化控制，可充分发挥内燃机汽车和电动汽车的优点，谶免 各自的不足，是当今最其蜜际开发意义的新型清漓汽车，獒有高佼能、低能耗窥低污 染的特点以及技术、经济和环境等方面的综合优势。此外，由于混合动力电动汽车可 以不通过外部电源充电，从而节省了大量的充电基础设施投资。 较之缒电动汽车，h e v 具骞如下的优点： 1 ) 由于有原动机作为辅助动力，电池的数量相质量可减少，因此汽车自身重爨可 敬减枣。 2 ) 汽车的续驶里程和动力性可达到内燃机的水平。 3 ) 借助原动梳的动力，可带葫空谲、寞空动力、转向耪力及箕窀辅虢电器，笼需 消耗电池鳃有限的电能，从而保诞了驾车釉乘坐的舒适性。 较之内燃机汽车，h e v 则具有如下的优点： i ) 潺过先进麓效的接剃系统埘使发动机在最佳的工况区域内稳定运行，避免璇减 少了发动机变工况下的不良运行，使得发幼机的排污和油耗大为降低。 2 ) 在久墨密集装离藏送、嚣建送等蟪霹趸缝邀动方焱驱动攀辅，实瑷零接鼓。 3 ) 可通过电动机提供动力，因此可配备功率较小的发动机，并可通过电动机回收 汽举减速釉涮动时的能萋，迸一多降低了汽车豹熬量溃耗_ 荦鞋摊污【粥t a t 。 总体上说，发展混合动力电动汽车的蓬要性谯于： 首先，有利于对传统汽车工渡的改遗。混含渤力电劝汽车瓯传统汽车节约燃油 3 0 5 0 ，秀且农同等条终下，比纯电动汽车节约电毙7 0 9 0 ，一次充满油、电后， 可使续驶熙程提高到5 0 0 1 0 0 0 公里左右。 在穆绫汽车淘邀动汽攀魏过渡薅期，这耪由魄凌壤窝内燃撬缝会镬躅豹过渡奄型， 混合动力电动汽车可能有4 0 5 0 年的市场周期，这是一个完整的历史阶段a 它一方面 带来了巨大的社会节约，避免了传统汽车互韭己形成懿藏大生产浚楱帮校会菱礁没慈 的巨大浪费，另方面又在一定程度上保障了传统内燃机汽车厂商的剥懿，促进了他 们加速开发电动汽车和改进电池、电梳、控制系统的积搬性。同时，出于混合动力秀 动汽车竞体在一个较长聪期内，都是由内燃枧汽车改装的，内燃枫汽车发展的每一项 8 华中科技大学硕士学位论文 毅技零，翔蓬惠及安全矮蠛翡每一疆液暴，豁霉转移或结金采翅戮混合动力惫动汽车 上，通过发展混合渤力电动汽车，可大大促进传缆汽车工业的澈谶和发展。 英次，蠢裁予簿低宠秘汽车戒本颓安鞴产亟化。邀动汽车笈鼹靛关键技零蕊麓髓 量藩电池。前几年，我鞠大多在“纯电动汽车”开发方面下功夫，虽有较大发展，但 由于电池问题没有解决，没有什么大的突破。如错酸电池，虽然廉价安全可靠，艇能 萋低、重爨蘸、体袄太、缕装曩稳壤，连黉要建设缝嚣充邀彗簿设蓬，这缀黪诖避方 政府、企姚、用户所接受；而镍氨电池、锂离子电池等虽然极热前途，假均徽昂贵， 嚣建凌投入稳缀大，我毽只鼹少鬟试熹，榘中遴褥。毒专家说，畿爨不瘦姿蛰到这些 黪澄窀漶技术垒裁挺褰瞧霸降稳徐貉器，霉秀没趣凌汽车，瓣疯当在大力获暴菠雳 静基磕上，推动蠢动汽率程各方瑟麓技术奄薪。漏台动力嘏豁汽苹芷适瘦囊兹这一 发展需求。 舅辨，溪合动力电动汽车霉裁毫矮蚕残溪基鹚黎产戥毒艺条转，鞭嘉搿麓率宠燕；瑗 突破。湛会动力电动汽攀不仅可大大节约燃油，敞少疲气，减少f 赶池数蛩，增进城市、 城乡间通过能力，无须她箍建设等，而且可以充分利用现有内燃机汽车生产能力，为 致遥建缝汽车工娩藕实现跨越式繁藤瓣努，遽楚潺含动力遣麓汽攀曩骞了箕寮亳臻汽 车现阶段阮可比拟的成用基础和忧势，前景十分广阔【9 1 。 鬻藏，匿蠹终汽攀麓遣篷酱德诀为瀑含动力电翡汽擎是瓣藻瀑吴毒歼发辩擦广蔻 蒙靛耨磐交逶王其之。 1 3 3 各阐发展混台动力电动汽率的迫切性 针对严嫒静舷滚熬褫强环境游凝，各謦致瓣褛瘟裁定了黟擦麓法簌t 馥汽攀z 鼗滠发达豹美国为铡，竟抟顿政嘉予1 9 9 3 攀氆燮姆菠国三大汽攀公司合 作，重点发展p n g v 计划( p a r t n e r s h i pf o ran e wg e n e r a t i o no fv e h i c l e s ) ，主要强 调薪开茨静醇艨科溅1 9 9 4 年车鬻煞燃溃经凌筏疆离三嵇，颈溅劐2 0 0 4 肇餐羚嚣燮车 将产生，而且所搿发的新技术将腹用到e v h e v 举辆设计中，4 年后将会缴产驻商效率 瀚h e v 。蠢4 t 酸麝子2 0 0 2 年9 月裁定了新的国家及私营含作鹃臻究发展矮瓣f r e e d o m c a r 诗始寒取袋p n g v 谤翔。 鼙 零枣科技走擎礓士孥链谂交 摇了瓣，蓑瓣致窥巍p n g v 谤粼礴暹，仅1 9 9 9 霉嬲予i - i e v 磷蕊方覆魏毅漆拣簿褥亿 四千万美元，而遇甩、梢姆、戴姆勒赢暮斯勒则紧少穗去了九钹八千万凳霁。蠢关 太壹舅鬟，蕊溪天之囊浚零赘鋈瓷器遮溪蕊嚣寒套戆、广泛宫露瓣羧窭；蘸，豢鞭丧子 想继续谋掩燕国在全球汽率市场领袖的地位，为了裙汽车这块夫帮场中筑超辫聪意义 上的高拽米憋垒f 粥。 鬟嚣获“巍蠹8 嚣燃舅蘩，覆叁了上慧嚣黎燮惫疆饕嚣器，照爨爰爱警襄辍蠢翳 段，但在嗽滟、嘏枫、魄糨三大关键缎术相继取襻些突破，为我国研发h 肼熬车打 下了坚实龄撼磷+ 与“丸溉”穗魄，“十轰”诗刘投a 酶力发爨太t 嚣蘸慈羧捺瓣2 4 爨嚣藜嚣累“卡蠹” 基汝遴摹羹夫懿羧专饔琶受蜜爨家鞋装藜爨旗；霉骞”8 6 3 ”诗囊 为电动汽率瓣寝投入8 薛亿元天氐舔。擎 按部部畿徐冠华稽密* “8 6 3 ”计划啭确汽车 爨大专项赘以产业化为燃拣，以市场为蹲趣，要必戮隔谯5 至l 培姆态实现电劫汽攀蘼 产遂霆羹怒搜索襞羲器| ； 随着2 0 0 8 年北京熟勰套和2 0 1 0 年上海世博毖熟黑豢猿避。大力发鼹溜橡韵力电 麓汽车追糍瓣睫。按照矬燃，爨2 0 0 8 嚣髂索将全鄂使鼹混合动力啦遗公交翠，默涎瑷 2 麓霪霉差襄蠢“爨夔羹蠢、察 鬟葵运、太囊受运”戆熬遥謇馨；秀怒蓬雾孬戆袋黧涛摹 上，有1 8 0 0 0 辆混合动内凳变车，总融额高达2 0 供溺，市场前辩广阔。两年乏尉的上 涎链媾会，燮愚大筮纛螫漓会魂宓邀漤汽攀。逮馊辩蔑餮湿台磁力邀蚤汽苹耱淤袋蘩 不容缓。 1 ，瘁澎戡髓办电动淡堪的控制懿跚柽发展悄撇 混合渤力电动汽率豁控制策碚秘黼仍不藏熟，瓣要迸一涉谯俅。一毅躺擒黼聚硌 懑鬻是授撼墩漓的旖电拣然( s o c ) 、端艘最酶加遂龄掇使黉、犁潦鞭驱动轮的平翰珐 攀萼参鼗，摭瀑一定黎攥溅蓑菱凄羲繇遥涟羲塞罐嶷麓饕囊鬟黛攀，鞋瀵霆鞣漤耱蘩 渤力矩静粼臻。 1 采l 戳零瀵灏圭鬟参数瓣控瓤繁罐 骧掣遴为主要参数歉拣裁策酶楚激翠瑰是豢常辩孺懿一饕撼镣篷旗，絮槲孺率邃 m w m 。w m m h _ m w _ _ _ _ _ 一 薅 华中科技欠学硕士学位论文 太小俸为控露l 懿蒎据。姿汽车车逮 燕子瓢设定戆车速霹，国电撬肇独驱动车轮：当车 速高于所设定的攀速时，电机停止驱动，而由发动机驱动车轮：当车轮负荷比较大时 ( 翔汽车急加速、爬陡坡绶懿较辩车速稳敬时) ，瓣由笈麓税和电溯穰联念驱魂车轮。 这种策略刹用了电动机低速转矩大的优点，避免了发动机的怠速及低负荷工况，在车 滤较高时有助于教动机高效工作，发动丰凡的启动可避免魂电动高速行驶时电沲的快速 藏邀损失。在这静控制繁培中，傻发动枫启动的没定车速可以设计为一个定值。 i 4 2 以功率为主要参数的控制镱略 以功率为主簧参数的控制策略是指当车轮平均功率低于某设定值时，汽车由电动 税单独驱动；警率轮平均功率离子该设京傻辩，诧时寄翻 ：发动橇有效王律，戮瑟发 动机被扁动，电动机则停止运行。发动机启动的摄佳时机是在交速器换挡期间，这有 助于获得平稳的驾驶性能。一旦车轮平均功率越过发动枫所能挝供的功率时，电动税 盛动，辏勘发动擞提供额外豹功率 ”j 。 1 4 3 采用优化技术的控制策略 为了使发动机工作在最佳效率区，在混合动力电动汽车上装备无级变速器( c v t ) 躐机械自动变速器( a m t ) 成蠹褥蓠静一耱发震趋势。德瓣学者u l r i c hz o e l c h 等久鞋 汽车在一个给定驾驶循环工况中发动机油耗最小为目标瀚数，建立了包括c v t 、电机 效率在内的优化计算模黧，币用渤态优化技术对发动机、泡动机浙应分配酌转矩稻c v t 速e 进行了计算，并由此确定满足最小燃油量所需要的电机额定功率。该优化方法只 能用于特定的驾驶循环，不能用于汽车的实时控制。后来，韩国k i a 汽车公司的c h u n h o k i m 等久提鑫戳燃洼经济挂力爨标豹饶能控裁繁暗，该方法将电池辕出功率转化先等 效的燃油量，建立了基于有效燃油消耗率的优化模型，以发动机燃油消耗量最小为目 标函数，得到隧车速、毂滚疆s o c 帮掰嚣功率箍交诧靛挖镧量( c v t 遮魄、电动爨转 矩、发动机节气门) 。这种控制策略的实质就是将发动机和电机控制在最佳效率区工作， 从而达到最佳的燃油经济往。这种方法可以用予汽车的实时控翩，僵没有考虑汽车驾 驶锺环王况的影响及发动机排放闽题f l l 】。 华中科技大学硕士学位论文 ，4 。4 戳袋本秘燃涵经菠牲蔻目撂豹控潮策臻 采用这_ j 孛控剥蓉路鲍混合动力电动汽举装备了小功警的屯枫粒小容娥兹蓄墩邀 组，使蓄电池组的成本和质量减少到最小程度。在这种策略中，电动机一般仅仅只在 汽苹急麓遽辩杰襄溯，辘麓发动撬囊车轮提供麓逮菠罴熬功率。嚣嚣汽车豹一般行驶工 况则由一个小排量的发动机单独驱动，并在蓄电池组s o c 下降到一定程度时为其充电， 这迸一步键高了发动棍的负荷率。当汽车减速嚣幸，蓄窀漶缀吸收谁l 动能羹嚣充电。这 种控制策略存在的一个缺陷是，由于发动机几乎一直处于工作运行状态，虽然避免了 发动机开关控制弓i 超的发渤机效率下降问题，但无法消除发动机在低负荷时的捧放问 题0 0 1 “。 s 国内夕l 、混含动力遒动汽车i 方真软件的发展现状 混合动力电动汽车仿真靛研究馋随蒜六十年代几黏样牟的发展丽出现的。这贱样 车被用来收集大掇数据以验证混合动力电动汽车的性能。仿真技术在电动汽车、混合 动力奄动汽车锈蠛熬应瘸，一方甏降羝7 产晶臻发残本，续短了獗发塌期，另一方蘑 解决了探索新技术、验证新思想的手段问题，是混合动力电动汽筚技术发展的一个重 要方面。运期静文簸登载了诲多锋对滢会动力毫旗汽车懿诗冀辊仿寞较睾。遽鏊镑粪 软件具有不同的功能，可预测一个或多个领域的性能，例如燃油经济性、排放、加速 能力和爬缓能力等。下面介绍凡个较突国的仿真软件的功能和特点。 1 ) s i 瓣p l e y 软伴 s i m p l e y 软件( 一个简便的电动汽车仿真程序) ，是由i d a h o 羡国国簖工程实验室 为实褒缝逸动汽擎帮枣联式混台动力电动汽车建摸瑟设谤豹诗算枫蕊真软 孛。它县育 交互式、菜单驱动的界面，方便选择特定的车辆、单独的部件( 如电池、电机、逆变 瓣、变逮籍、发动橇、笈奄辊等) 帮援窥豹标准疆动徭郅。它豹羯隈在予不裁爨粪荠 联式混合勘力电动汽车和传统的内燃机汽车。 该软件的仿真理论与这鼙介缁的所有软件类钕。酋巍计算豳满足驱动循环要求静 功率，然后剥用静部件的效率确定总的功率输出。它具有绘制输出数据图表或存储仿 1 2 华中科技大学硕士学位论文 襄孛每一醒藤多妖数霆麴磅憝。s i m p l e v 魏蒙溅汽辜懿燃漕经济经、簿放( h c 、c o 、 n o x ) 和许多其它的汽车变量。 2 ) h ￥黔较释 混合瀚力电动汽车湃储代码怒国l a w r e n c el i v e r m o r e 美鬻溺豢实验赛努发豹龊嗣 来仿真笺电动汽擎秘率联式混合韵力魄动汽车酌软箨。纛冀萘零疆动静 弋秘巾寄诲多 瑗有的游念动力墩动汽率模型。鲰燃瓣魄漶可用寐代替内燃枫佟为辅助动力单元，飞 输电泡可掰来代静电德举窀池，许多彳弋瘸撩辩淆柬代替汽油等。该贰弱胃邃裒整车静 燃油经济性、排放和其铝性能模爨。但是，作为仿真工具，h v e c 的灵活性受到其固定 续构鲍戮裁。 3 ) v - e l p h 软终 v - e l p h 软件是t e x a sa & mu n i v e r s i t y 开靛的混合动力电劝汽车仿真软件e l p h 静菠逶较 睾。最视e l p h 代瑶受巢特定t t e v 控稍繁臻鹣黻懿，艇v - e t p h 扩震了箕功 能，可戳仿真串联式_ 移并联式混含动力电动汽率。它的代码怒旗子黼矗t l a b s i m u l i n k 环境，蘸能够轻褥酶修敬淤反欧实际的满含动力电动汽率运稃。箕代码便瓣蕊摹，毽 为汽车各帮骛豹淤态稳嚣佟题霹黻避过妻爨豹予模块帮逢接线较爨匏观察刘，霹不霰 许多复杂、难懂构的方耩式。模块永意圈系统逡横代表了软释寓糟侄匏敬黪汹l 。 4 ) a d v i s o r 软搏 a d v i s o r 较尊楚耄美国鼹源豁毽家罐程浚娩滚烫验室稽笈戆罄予 m a t l a b s i m u l i n k 懿谤粪较箨，瑟瑟经茇袋爨2 0 0 2 版本，a d v i s o r 果臻嚣淘诗雾法 暴有3 2 k 字节静片肉阕速存储器( f l a s h m e m o r y ) ，霹馥进行快邃惑猿豫察再编 程，便予实施和烫掰代码，具寿凝活可靠、成本低等特点。 3 ) 照有丰富的片内资源，l o 位1 6 通道片内a d 转换嚣，转换速度逡到5 0 0 a s 。 ) 暴骞嚣个遴怒定辩髅、三个魏较零元秘，k 鼹p w t l 输窭。 5 ) 鼹有6 个八位标凇i o 口，与p w m 输出脚短用引脚输入输出数字髓。 6 ) 篡夺控掰渡螽显示移毽盎徐a 譬输a 赣惑设簧麓骑爨。 7 ) 哪以进 予c a n 总线通讯。 8 ) 鼹有1 6 德筋串稽矫设攘瑟( s p i ) 模块。 9 ) 其霄筠个可单独编理或复趣豹避熙输入输出引脚。 1 0 ) 其有看门狗定时模块3 嚣。 鞴s 3 2 0 l f 2 4 0 7 d s p 鹣冀主c a n 搂袭垒麓兼容c a n 2 o b 游议。英共有6 个郏箱，邮 箱0 、1 用于接收，邮箱4 、5 用予发送，邮箱2 、3 可配髓为( 接收或发遴) 每次可以传 送o 裂8 个享繁翡数嚣，蒸骞可壤翟惑燕薄接毅羼莲、中簌方案、慧线姨醒事佟、超 强的错谖诊断、国动错谖重发、遗程请求回应和支持自测试模式等功能c 轴1 。 华中科技大学硕士学位论文 p h i l i p s 公司的c a n 总线收发器p c a 8 2 c 2 5 0 是c a n 控制器和物理层总线之间的接口， 符合c a n 2 o b 及c a n 国际标准i s 0 11 8 9 8 ，它可以提供总线的差动发送能力和接收能力。 使用p c a 8 2