基于fspm的混合动力汽车研究

保持在额定转速范围之内方能提供较高的效率。的发展使车数量增多，同/本文分析了磁通切换永磁(FSPM)电机电压转矩数学模型，并利用/FSPM/要研究为串联式混合动力模型。本文使 平台设计出一个整车模型/FSPMThisarticleisaboutthesimulationaboutaserieshybridvehiclebasedonFSPM.HybridisrelatedtothespeedoftheICengine.IfwewantmakesuretheICengineoperateinahighefficiency,thetransmissionisnecessaryandthespeedshouldkeepinanarrowrange.Thedevelopmentofeconomybringstherisingnumberofprivatecar.ThefrequentstartingupandbrakingmaketheICenginecouldn’toperateinaratedspeed.Meanwhile,itbringthetrafficfumesandincreasethecostofcar.Pureelectricvehiclehaveenvironmentfriendlyfeatures,butundertheconditionthatthetechnologyofbatterycouldn’tbemadesomebreakupdevelopment.Purevehiclecouldn’tsatisfiedthedistanceof havetheadvantagesofpurevehicleandtheICenginevehicle.TheToyota’sPriusproveit.Thehybridhavemanyenergysourcesandenergyconverters.Sotherearemanytopologyconnections.Nowtherearefourlinkwaysaboutthehybridvehicleincludingserieshybriddrivetrain,parallelhybriddrivetrain,series–parallelhybriddrivetrain,complexhybrid.Thelattertriplewaysaremainlyaboutthenetarygearandthisarticleisaboutthefirstway.ThemostimportantfeatureofserieshybriddrivetrainistheICenginecanoperatein/mostefficiencyspot.Themodelbasedon simulatetheentirely/anditincludesmotor,generator,batteryandcontrolunit.Usingthedatafromtherealdrivecondition,themodelteststheperformanceofthehybridvehicle. Energy theoptimum，，近些年来经济来的收入水平提高大量普通民众有能力私人轿车，我国情况来看汽车数量近几年数量增加迅速。随之带来的环境压力日益明显，因轿车的增多，导致城市拥堵情况十分常见。大量汽车拥堵的结果是，在堵车过程中为了保证起动性能一般不会将发动机关闭，而是保持发动机空转，一旦可以前进，内燃机再次加速。内燃机反复起动加致使汽油的燃烧80%。汽车因要满足不同的运行情况，所以发动机最大功率一般设置都相对较大，一般汽车都是可以满足160km/h的130km/h，，混合动力理论时间很早，19世纪就有混合动力的原型制造出来。早的发电机电动机及电池的成本要大于其所带来的效益，即对于汽车来说，其些年来，电机控制技术以及电池技术的进步，和日渐严重的石油使混合动力司首先在市场上推出了世界上第一款批量生产的混合动力汽车普锐斯一代，该轿车于2000年7月开始出口洲，同年9月开始出口欧洲。普锐斯在达成2004年所生产的普锐斯二代，2010年推出的普锐斯三代在油耗量相比传统汽车降低50%以上，三代普锐同时奔驰、BMW、雪均有相关车型提出。综合市场情况，尤以丰田普和地方的双重支持下一大批汽车企业都推出了自己的电动汽车发展重大专国内混合动力汽车最值得介绍的产品为“秦”系列车型其为混70公里。价格较为低廉。1899年。在法国巴黎的美术展览馆，由比利时的Liège与Pieper和法国的Vendovelli与Priestly电动车公司分和铅蓄电池辅助的小型空冷汽油发动机但是当时所设计的混合动要是为内合动力的且电力电子技术的发展与电机控制技术的发展也为高效控制混合21世纪环境污染已经是各国所要面对的最为重要的问题，其中大气环境罪魁祸首就是化石能源的不完全燃烧带来的各种污染物对于化石能源在完全燃烧下只会生成对大气与无害的二氧化碳与水但是的不完全燃烧内燃机俗称发动机，指使用液体燃烧产生输出转矩的设备，因其输出转2200rpm40kW275g/kWh20%。针对2.1中传统汽车的油耗较低的缺点混合动力汽车成为的研究热点。点，即保持油料的充分燃烧，但是不同的路况与加需求使得汽车电动机的输（timesnew（单向（单向Σ动力系（9 物理连 电气连 机械连能量缓冲器。图（c）为传统意义上的混联式混合动力电驱动系的构造。这一够早的明显特征是使用两个功率耦合器——并联式，其拥有的运行模式。当然多运行模式带来的结果也是成本的增加。图（d）是复合式混合动力电驱动系的构造，他具有与混联式相类似的结构。唯一的差异在于电耦合功能由功率变换器转移到蓄电池组，并且在电动机/发动机组和蓄电池组之间加入了一个功率变换器。60km/h，而且起动与停止十分频繁。对于汽车的大部分运++M--R+E片夹在一个段落中内阻一定，因为电路的端电压受电池电压控制保证为560V，那么流入主线的电I1可表示为：

=

𝐼3=𝐼1−𝑃=式中：I2I3为？（各个参数代表含义I1=I2，I2>I1，此时电池与发动机共同给电动机供电。平台为MathWorks公司所生产的数学软件包含、Ployspace三个部分，本次仿真采用平台仿真模型。提供大量可以直接使用的模型，除了常用的信号处理部分本次仿真还使用了SimPowerSystem、SimDrivelineSimPowerSystem主要仿真对象为一些电气变量，可以仿真本设计使用的电池、发电机、DC变换模块。SimDriveline主要仿真对象为一些机械结构，本次设计中发动机的运行，摩擦损耗，以及发动机与电动机的耦合都要由SimDriveline工具箱完成。可视提高了编程效率特别需要使因为能量管理方案需要对于总线气门充电进S-Function函数方式进行程序控制，提供自定义控制方式的编写，举个例子来讲，只能将一控制模块那么将会使整个模型复杂而自定义模块的提出完美的中Script包括Level-1与Level-2两种方式，Level-1是控制模块编写的原始方式。Level-2使用了的控制语法支持更简洁的书写方式，本文/本文采 /FSPM电机的基本调速原理为三相对称的定子电流会形成一个旋转的定子其控制方程极其复杂，因此，上个世纪工程师Park提出了Park变换，将三id交轴电iqi00。在转子坐标系上，其中𝜃为转子位置角，𝜃𝑒da𝜃𝑒=定子的电压方程为一变系数微分方程，求解十分复杂，所以使用Park变化将定子电压方程变换到转子坐标系上。Park矩阵可表示为：cos(𝜃

−

+ 𝑃=

−sin(𝜃 −

− −

+

1

1

1 Park3 − 3𝑃−1=[cos(𝜃𝑒

−sin(𝜃3

+ −

+

[𝑢𝑏]=𝑑

]+[0

[𝜓𝑏]= 𝑀𝑏𝑐][𝑖𝑏]+

𝜓𝑚[𝜓𝑚𝑏]=[𝜓𝑚cos(𝜃𝑒−2𝜋/3)

𝜓𝑚𝑐cos(𝜃𝑒+

[𝑢𝑏]=𝑑

𝑀]

]+

]]+𝑃

𝑃[𝑢𝑏]=𝑑[𝑃

𝑀]𝑃−1𝑃

]+𝑃

]]+R

𝑢𝑑=−𝜔𝑒𝐿𝑞𝑖𝑞+ 𝑢𝑞=𝜔𝑒𝜓𝑚+𝜔𝑒𝐿𝑑𝑖𝑑+ 𝑒𝑚=2𝑃𝑟[𝜓𝑚𝑖𝑞+(𝐿𝑑− （10（号id=0torque/ampere（ψ0=ψm，其中ψ0为合成磁链，ψm为永磁磁链；（cosϕ=1本次研究主要为能量管理的研究，所以使用了最简单的id=0控制，即保持id00。只是控制交轴电流进行转字输入，输入的转速数据与当前电机转速同时输入PI调节器，输出的为交轴电Park0.2A时，调节开关状态，控制三相电压。下图为电机控制系统的模型最左侧为外界输入的汽车目标速度PIdqabc轴的坐标变换得01。代表这发0到当前转速的最大功率之间的输出。输出信号为一个转矩转速信号。因PI调节器之后，获得气门信号，因为在电池容量较PI调节器右侧包含一个气门控制器可以1500时，减小气门，发动机右侧的输出连接至转速及转进行阻尼，其充电的能量应该主要用于汽车内部其他需要使用电源的设备，DC/DC变换是电力电子中的一个重要课题。目前合适的DC变换电路很多。其量情况的动态分析控制，/提供了userdefined模块可以方便的实现各种控制。Userdefined模块的思想是通过一个模块，这个模块可以获得Mux（ThrotSw（Ist（GbusSw（BatBusSwS-Functions以及该模块的使用。S-Function可以使用，C，C++，Ada，或Fortran语言来编写。MEXC，C++，AdaFortranS-Function编译成MEX-文件，在需要的时候，它们可与其它的MEX-文件一起动态地连接到中。S-Function使用一种特殊的调用格式让你可以与方程求解器相互作用，这与发生在求解器和内置块之间的相互作用非常相似。S-Function的形式是非常通用的，且适用于连续、离散和混合系统。S-function为你提供了一种在模型中增加块的，你可以使用，C，C++，Ada，或Fortran语言来创建自己的块。按照下面一套简单的规则，你可以在S-function中实现自己的算法。在你编写一个S-FunctinS-Functin块中（在用户定义的函数块库中有效）之后，通过使用masking定制用户界面。（Timesnewroman）functionControl(block)function%Registernumberofportsblock.NumInputPorts=1;block.NumOutputPorts=%Setupportpropertiestobeinheritedor%Overrideinputport =3;block.InputPort(1).DatatypeID=0;%doubleblock.InputPort(1).Complexity='Real';block.InputPort(1).DirectFeedthrough=true;%Overrideoutputportproperties block.OutputPort(1).DatatypeID=0;%doubleblock.OutputPort(1).Complexity='Real';%Registerparameters =block.SampleTimes=[-1pliance=block.RegBlockMethod('Start',@Start);block.RegBlockMethod('Outputs',@Outputs); %Requiredblock.RegBlockMethod('Update',@Update);block.RegBlockMethod('Derivatives',@Derivatives);block.RegBlockMethod('Terminate',@Terminate);%Required%end1。然后设置出入端口数据格式与数据维数，这里入端口设置为340。接下来设将其他函数向系统，比如起动函数，输出函数，更新函数，求导函数，中断函数。仿真的过程其实是不断的进行更新、求导、输出的过程。这里的functionblock.Dwork(1).Data=据，我们知道的仿真要有一个仿真的步长使用该模块就可 上function%block.InputPort(1).Data(1)%block.InputPort(1).Data(2)%block.InputPort(1).Data(3)Gasoline%block.InputPort(1).Data(4)VGasoline%block.OutputPort(1).Data(1)%block.OutputPort(1).Data(2)%block.OutputPort(1).Data(3)%block.OutputPort(1).Data(4)BatBuSwifblock.InputPort(1).Data(1)>95ifblock.InputPort(1).Data(3)<100block.OutputPort(1).Data=[0001];block.OutputPort(1).Data=[050ififblock.InputPort(1).Data(3)<1400block.OutputPort(1).Data=[1101];block.OutputPort(1).Data=[101系。下面介绍两个典型的控制策略：1.峰值电源最大荷电状态控制策略SOC-of-PPS）;2发动机开动和关闭（发动机开/关）/关）动和关闭（发动机开/关）或恒温控制策略。该策略如图7-5所示，发动机/发电源的荷电状态达到其时，发电机/发动机起动，峰值电源由发动机/发电机向对于电池，设定两个阈值。20%80%。第一章中已经说明，串联式混合动总线，会引起电流回流至发电机，引起发电机。所以在其达到较高速度时，1400转时，这是发电机电势已大于电池输90%，这时可以将发动机加速时间（100km/h）最大爬坡能 >30%(低速)>5%最高车 VTrO则转

T=𝑀𝑔sinα+𝐹𝑤+

+

-

160km/h160km在正常情况下根本无法峰值功率

额定转 额定转矩

额定频 额定电压额定电 额定转速额定容 失速转矩传动比 额定电机转速对应车速为100km/h。PI调节器参数改善，P参数减小能有效遏制较大的起动电流。定子三相起动电流定子三相电流定子三相电流0- 时间车速车速0

汽车速度（静止电池启动 时间60km/hPI调节器时，当被调量与目标量差距较大时，其所进行的控制实质为bang-bang控制，即全加速状态。当被调量接近于目标量时，P参数发生作用降Q轴电流，进而加速度发生较大变化。要比内燃机机车短50%这是学界所一致认同的近纪念sa公司所生产的Model0100km/h耗费时间仅为4.8s，对于使用内燃机起动的测量来说，这可能是F1级别水平了，0

0GasolineBus0 820V565V。1000标明发动机未起动，待发动机达到额定速度时，0.9。

0

0 10 4.10 100km/h 2s2s后，Motor0

0 160km/h

0

10 100km/hSOC10.1。具体分析见以下图表 1450rpm时，接入汽车总线，发动机速度出现瞬间下降，随即继续加速。在8s的位置。切除发动机，则发动机迅速降速。在右侧因为电池容量再一次贬42工业过后化石的使用使人类在数百的进步超过之前的数千年，生活的便利也带来了大量问题，大量化石的使用，不仅会减少为未来的本文说研究的混合动力汽车正是代表的汽车研究方向当然在电池容量混合动力的高效性已经为业界所证实，前文所提起过的的Prius系列以U额定的情况下，因为发电机励磁电压恒E=Const。电源内部本身有因整个系统决定R，这输出功率本身即保持恒定即𝐸−P 附录S-Functionsfunction%MSFUNTMPL_BASICATemteforaLevel-2 %TheS-functioniswrittenas with%samenameastheS-function.Rece'msfuntmpl_basic'withthe%nameofyourS-%%Itshouldbenotedthatthe S-functionisvery%toLevel-2C-MexS-functions.Youshouldbeabletogetmore%informationforeachoftheblockmethodsbyreferringtothe%ationforC-MexS-%%Copyright2003-2010TheMathWorks,%%Thesetupmethodisusedtosetupthebasicattributesofthe%%S-functionsuchasports,parameters,etc.Donotaddanyother%%callstothemainbodyofthe%%Function: %%SetupthebasiccharacteristicsoftheS-functionblocksuchas:%%-Input%%-Output%%-Dialog%%-%% :%%C-Mexcounterpart:function%Registernumberofportsblock.NumInputPorts=1;block.NumOutputPorts=%Setupportpropertiestobeinheritedor%Overrideinputportproperties =3;block.InputPort(1).DatatypeID=0;%doubleblock.InputPort(1).Complexity='Real';block.InputPort(1).DirectFeedthrough=true;%Overrideoutputportproperties block.OutputPort(1).DatatypeID=0;%doubleblock.OutputPort(1).Complexity='Real';%Registerparameters =0;%Registersample%[0 :Continuoussample%[positive_numoffset]:Discretesample%%[-1, :Inheritedsample%[-2,0] :Variablesampletimeblock.SampleTimes=[-10];%Specifytheblock pliance.Theallowedvaluesare: 'UnknownSimState',<Thedefaultsetting;warnandassumeDefaultSimState 'DefaultSimState',<Samesimstateasabuilt-in 'HasNoSimState',<Nosim 'CustomSimState',<HasGetSimStateandSetSimState 'DisallowSimState'<Erroroutwhensavingorrestoringthemodelsimstatepliance=%%TheS-functionusesaninternalregistryfor%%blockmethods.Youshouldregisterallrelevant%%(optionalandrequired)asillustratedbelow.Youmay%%anysuitablenameforthemethodsandimplementthese%%aslocalfunctionswithinthesamefile.See%%providedforeachfunctionformoreblock.RegBlockMethod('Start',@Start);block.RegBlockMethod('Outputs',@Outputs); %Requiredblock.RegBlockMethod('Update',@Update);block.RegBlockMethod('Derivatives',@Derivatives);block.RegBlockMethod('Terminate',@Terminate);%Required%end%%%%Functionality :Setupworkareasandstatevariables.Can alsoregisterrun-timemethods%% :%%C-Mexcounterpart:functionDoPostPropSetup(block)block.NumDworks=1; ='x1'; =1; =0; %double ='Real';%realblock.Dwork(1).UsedAsDiscState=true;%%%%Functionality :Calledatthestartofsimulationandifitis presentinanenabledsubsystemconfiguredtoreset states,itwillbecalledwhentheenabledsubsystem restartsexecutiontoresetthe%% :%%C-MEXcounterpart:function%block.InputPort(1).Data(1)%block.InputPort(1).Data(2)%block.InputPort(1).Data(3)%block.OutputPort(1).Data(1)%block.OutputPort(1).Data(2)%block.OutputPort(1).Data(3)%block.OutputPort(1).Data(4)block.OutputPort(1).Data=[000%end%%%%Functionality :Calledonceatstartofmodelexecution.Ifyou havestatesthatshouldbeinitializedonce,this isthecetodo%% :%%C-MEXcounterpart:functionblock.Dwork(1).Data=%%%%Functionality :Calledtogenerateblockoutputs simulation%% :%%C-MEXcounterpart:function%block.InputPort(1).Data(1)%block.InputPort(1).Data(2)%block.InputPort(1).Data(3)Gasoline%block.OutputPort(1).Data(1)%block.OutputPort(1).Data(2)%block.OutputPort(1).Data(3)%block.OutputPort(1).Data(4)ififblock.InputPort(1).Data(3)<100block.OutputPort(1).Data=[0000];block.OutputPort(1).Data=[050ififblock.InputPort(1).Data(3)<1400block.OutputPort(1).Data=[11010];block.OutputPort(1).Data=[101%block.OutputPort(1).Data=block.Dwork(1).Data+%end%%%% :Calledtoupdatediscrete duringsimulation%% :%%C-MEXcounterpart:function%block.Dwork(1).Data=%end%%%% :Calledtoupdatederivatives continuousstatesduringsimulation%%