混合动力汽车电机控制模型的仿真建立

1、 福建工程学院学报 个能源的最优匹配难度更大。 第 卷 电扭矩和电池系统的充电状态来决定。当制动回 收充电力 ， 机械制动系统开始工作 ， 以确矩不能满 足要求时保车辆的制动安全性 。当车速低于设定 值或者电机转速低于设定值时 ， 此时电机充电效 率较低 ， 能量 回收系统不启 动， 直接采用机械制 动， 其基本控制策略如下 ： 若 ， ； ， 则 ： 若 ， 电机停止工作 。 则 ， ， 若 一 则 ： 肘若 ， 电机停止 工作 ； 一 则 ： 。 混合汽 车应 用前景和 需要解 决 的 问题 混合汽车应用前景 串联式动力总成要求选择发动机的功率 大， 并且对电池要求很高 ， 容量大 ， 增

2、加了电池和汽车 的制造成本及重量 ， 电机是唯一的动力源 ， 能量转 换效率低 ， 以比较适合大型公交车。并联式动 所 力 总成 由发动 机和 电机 部 分组成 。 因为 发动 机 式中， 为整车需求的制动转距 ； 为机械摩擦 制 动转距 。 故障工 况 的变化受到车子工况变化 的影响大 ， 所以排放性 较差 ， 使用的范围较小， 仅限于小型汽车， 更适合 在高速公路上行驶 。混联式 发动机功率选择较 小， 排放性 能较好， 对电池依赖 比较小 ， 基本上不 需 外来 充 电系统 ， 动 机工 作 不受 车辆 行 驶工 况 发 当电机分总成出现故障时， 采用纯发动机模式 驱动； 当发动机出现故

3、障时， 采用纯电动模式运行。 模型 仿真 简介 利用美国 国家实验室为响应美 国政 府的新一代车辆合作计划而开发的电动汽车仿真 软件 ， 根据需要对 肘 函数和 模块进 行修 改 ， 可建立 自己需要的整车仿真模型 （ 。 图 ） 的影响， 不要求像传统发动机那样具有 良好的响 应特性及宽广的转速运行范围。另外 ， 可以充分 利用 串联式和并联式的优点 ， 确保发动机和 电动 机基本上工作在经济区， 大大提高了车辆 的经济 性。并且动力 源传递效 率高 ， 用车型范 围广 。 使 但结构和控制复杂， 从而成本也较高， 目前主要应 用 于轿车 。 需要解 决的关键 技术 问题 混合动力汽车要进入

4、实用化 ， 需要具备高 比 能量 和高比功率的能量存储装置， 低成本、 高效率 的功率电子设备和燃料经济性高 、 排放低的发动 机， 所面临的关键性技术和需要解决 的问题包括 以下 几 个方 面 ： 内燃 机 与 电机 藕 合 功 率 分 配 比 的最 优 控 ） 图 混 联式 仿 真 结 构模 型 制 。混合动力汽车发动机和电动机要相互配合工 作， 而根据运行工况控制它们适时启动和关闭 ， 并 使发动机始终工作在低油耗区的整个控制过程十 分复 杂 ， 因此需要 用 成 熟 可靠 的动 力 藕合 装 置 以 及先进的检测系统和控制策略实现功率的合理分 从仿真性能及结果可以看 出， 在基础起步阶

5、 段混合动力汽车混联式与 串联式和混联式相 比， 由于都 由电机驱 动， 因此性能相近 ； 在高速行 驶 时， 由于串联式只是依靠 电机驱动 ， 动力性不如混 联式 ， 且油耗方面混联车也优于串联车。同时， 串 联车发 电机 的发 电功率 与驱 动 电机 的驱 动功率 必 须相当， 才能保证整车的动力性 ； 混联车可 以避免 这种情 况 ， 可选 用更小 的发 电机与 驱动 电机 ， 是 但 配， 以达到低油耗和 良好的动力性 目 标。因此， 可 发展多种动力耦合装置 ， 有传统 的行星齿轮耦合 器等， 也可尝试集离合、 动力合成、 变速 功能于一 体的双离合 自动变速动力偶合器等 ； 在控制

6、策 略上 ， 可建立更优的模型 ， 比如瞬时优化算法与逻 辑门限判断相结合的 自 适应控制策略 。 能量存储装置 （ ） 电池） 要具有较高的 比功 率， 以满 足汽 车加 速 和爬 坡 时对 大 功 率 的需 要 。 在机械与功率控制实现方面要复杂得多 ， 实现多 电池还要具有快速充电能力 ， 以保证制 动时能量 增刊 余捷 ， 等： 种类型混合动力汽车控制策略的分析 能及时回收。电池还要提高充放 电效率 ， 这对提 高整车工作效率至关重要 。此外 ， 还必须对热能 进行控制管理 ， 判定荷电状态 ， 选择适 当的充电或 放电模式 ， 对电池进行均衡充电， 防止电池过充 电 或过放 电， 并

7、平衡 电池组的工作温度。同时， 电池 还要有较高的比能量、 长的使用寿命和低廉 的 较 制造成本。在这一方面， 可以考虑选用其 它的储 能元件 ， 比如超级 电容 。超级 电容以充放 电快 速、 功率释放能力强 、 寿命 长、 污染为其显著特 无 征 。选 用超级 电容 可大大减 轻整 车 质量 ， 时 ， 同 系 统提升了驱动功率 ， 与普通公交 车相 比制动时 回 收效 率 提高近 。 需 要 开 发 高性 能 的 电子 控 制 元 件 。为 了 ） 满足 汽车 高速开 关 控制 的要 求 ， 合 动 力 汽 车还 混 需要建立更先进的驱动系统数学模 型（ ） 包 括静态和动态的） 这是计

8、算机仿真和分析 的基 ， 础 。此外 ， 可对模 型的控制模式进行一些改进 ， 比 如使用控制模式分层决策思想将混合动力系 ， 统复杂的控制模式决策分为驾驶模式和能量管理 模式 个层次来依次决策， 易于理解和执行 ， 降低 了主控制器软件编程的难度。 结论 （） 混合 动力 汽车 （ ） 采用发 动机 和 电 机、 电池作为混合动力总成 ， 既继承了电动车辆作 为“ 绿色汽车” 的节约能源和超低排放的优点 ， 又 弥补了电动车辆续驶里程的不足。通过优化控制 系统 ， 可使发动机 、 电机和电池保持在最佳经济区 运行 ， 并实现再生制动能量回收， 提高了整车的能 需要装备高功率密度、 低损耗的开

9、关 、 电容 和电感 等。混合动力汽车对智能化的要求导致其控制的 复杂性 ， 因此要求控制装置采用高速运行 的半导 体芯片 ， 其功率密度高， 散热性能较好 。在混合动 力汽车进入实用化 的过程 中， 一个关键性 的部件 是汽车集成电力电子模块。它的制造过程 中主要 量利用率 ， 同时大幅度减少排放污染。因此 ， 在电 动汽车技术取得重大 突破之前， 混合动力汽车作 为未来的发展方向将成为各国环保节能城市客车 的主要选 择 。 （） 串联式多应用于大型客车； 并联式仅限 于小型汽车， 更适合在高速公路上行驶 ； 混联式驱 存在问题包括 ： 散热技术 ； 减小封装体积和 质量 ； 降低制造成本，

10、 提高系统的可靠性。 加快 电力 驱 动 系统 研 究 。用 于混 合 动 力 ） 汽车 的 电机必 须要具 有 良好 的可控 性和 容错 能力 动系统能够使发动机、 发电机 、 电动机等部件进行 更多的优化匹配 ， 从而在结构上保证了在复杂工 况下使系统在最优状态工作 ， 更容易 实现排放和 优化的控制 目标 ， 但由于结构和控制系统复杂、 成 本高， 目前主要应用于轿车上。 （） 就技术层面而言 ， 混合动力汽 车仍然具 有极大的发展 空间。这包括储能装置、 耦合器及 电控 元件 等硬 件方 面的 突破 ， 包 括 在控 制 模 型 也 以及具有低噪声、 高效率的特点 ， 同时具有对电压

11、波动不敏感等性能。需要研究 出能够用于混合动 力汽车的具有更高效率和功率密度的永磁电机 、 开关磁阻电机等先进电机来替代 目 前使用 的交流 感应 电机。同时对 电机的控制方法和冷却系统的 研究也应继续深入 。 和优化方案等“ 软件” 方面的提升。 参考文献 ： 晓英 ， 李 于秀敏 ， 李君 ， 串联 混合 动力汽车控制策略 吉林 大学 学报 ， ， （ ） 等 ： 第一汽车集团公 司技术 中心混合 动力客车项 目组 解放牌混合动力城市客车的研究开发 （ 课题验收报告 第一汽车集团公 司技术中心， ： 赵子亮 ， ， 明辉 ， 联 混合 动力 客车 工作模 式 与功 率分配 研究 汽 车工程 ， （ ） 李骏 刘 等 并 ， ： 张华， 周荣 混联式混合动力汽车控制策 略开 发与仿 真研究 设计 计算 研究 ， ： （ ） 熊志伟 基于双离合器式 的混 联式 混合动力客车 汽车科技 ， ：一