1、所属专业汽车技术服务与营销班级汽车12指导教师姓名陶德清职称讲 师学生承诺我承诺在毕业设计 （论文）活动中，遵守学校有关规定，恪守学术规范，本人毕业设计 （论文）内容除特别注明和引用外，均为本人观点，不存在剽窃、抄袭他人学术成果，伪造、篡改实验数据的情况，如果有违规行为，我愿意承担一切责任，接受学校的处理。 学生（签名）： 2015年6月12日指导教师承诺我承诺在毕业设计 （论文）活动中，遵守学校有关规定，恪守学术规范，经过本人核查，该生毕业设计 （论文）内容除特别注明和引用外，均为本人观点，不存在剽窃、抄袭他人学术成果，伪造、篡改实验数据的现象。 指导教师（签名）： 2015年6月13日江苏
2、农牧科技职业学院学生毕业设计（论文）材料目录序号名 称备 注1毕业设计（论文）全文全文2毕业设计（论文）任务书3毕业设计（论文）开题报告或实施方案4毕业设计（论文）指导记录5毕业设计（论文）中期检查记录表6毕业设计（论文）指导教师意见表7毕业设计（论文）评阅教师意见表8毕业设计（论文）答辩记录9毕业设计（论文）成绩评定表并联式混合动力汽车控制策略的分析 【摘要】混合动力汽车的构造包括了两种或者更多的动力源，动力的提供要依据车辆的行驶状况来决定，汽车可以通过它们独自提供动力，当有特殊情况时可以由它们一起来提供动力来增加汽车行驶效率。面临能源短缺和环保污染的压力，许多国家把发展节能与新能源汽车提升
3、到国家战略高度。现在人们之所以越来越偏向于购买混合动力汽车，是由于它更加的环保，排放出的污染物较少而且燃油经济性相对于其它轿车更高。HEV技术对汽车工业和汽车消费者来说至关重要。本文阐述了混合动力汽车的分类；着重分析了并联式混合动力汽车的工作模式及其控制策略，并根据并联式混合动力汽车控制策略的不同结构提出了优化方向。对绿色汽车的实现一个可行的解决方案，混合动力电动汽车及其技术的发展得到越来越多的关注。混合动力汽车的控制策略对于它来说至关重要。它负责协调和控制发动机和其他电源之间的能量分布，混合动力汽车的节能减排是基于电力系统管理和精确控制的控制策略。【关键词】 混合动力；汽车；并联式；控制策略
4、 AbstractHybrid structure includes two or more sources of power, the power of the offer should be based on the motion of the vehicle condition to decide, cars can be powered by them alone, when in special circumstances can be powered by them together to increase the efficiency of the car. Facing the
5、 pressure of energy shortage and environmental pollution, many countries to promote energy saving and new energy vehicles to national strategic height. Now, people increasingly prefer to buy a hybrid car, because it is more environmental protection, less emission of pollutants and higher fuel econom
6、y relative to other cars. HEV technology for the automotive industry and automotive consumer is crucial. This paper expounds the classification of hybrid cars; Analyzed the working mode of the parallel hybrid electric vehicle and its control strategy, and according to the different structure of para
7、llel hybrid electric vehicle control strategy optimization direction is presented.As to realize the green car a feasible scheme, development of hybrid electric vehicle and its technology is more and more get the attention of people. The hybrid control strategy is very important for its. It is respon
8、sible for the coordination control engine and other sources of power, the energy distribution between the hybrid car of energy saving and emission reduction is based on the control strategy of power system management and on the basis of precise control.Key wordsHybrid electric vehicle; Working mode;
9、 Control strategy绪 论汽车的发展历史已经超过一百年，它在人类社会的发展起着举足轻重的作用。其发展速度的加快，和人们生活联系越来越紧密。汽车已经和人类的生活密切相关，它已然不是一个普通的代步和运输工具。汽车的发展速度和科学技术的进步程度，已经成为一个国家或区域的里程碑。但是人类在汽车的使用过程中，汽车既有优点也有缺点，在汽车带来方便的同时，虽然给人类带来了经济效益，也给社会造成了严重的环境恶化和能源稀缺问题。资料显示，我国汽车的能源消费在世界能源消费中也占很大的比例，发达国家2000年的石油进入量达80009000万桶/日，可能在2025年将有1.5亿桶/日。现在美国平均进口量
10、是1000万1100万桶/天。美国以及其它一些国家对海外石油的使用量都是较高的，美国的使用量达到了53%，其他一些国家甚至达到了98.5%。我国也是世界石油消费大国。现在，我国的石油月消耗量几乎保持在0.13亿吨，石油进口量增加到上千万吨/年。国际能源署发布了预测报告，中国消耗的能源达到了全球所提供的20%，并且从现在开始直至以后的十几年能源的需求量只会有增无减，而中国仅次于美国。汽车虽然给人们带来便利，但也带来了全球性的环境污染问题，在世界上，每个国都面临着不同程度的汽车尾气污染。资料表明，燃油汽车对环境的污染占了很大的成份，它的排放包括一氧化碳，氮氧化合物等，交通业带来的不仅仅是空气污染还
11、有将近83%的噪声污染也来自于它。废气、噪声以及飞扬的粉尘都是由于汽车大量使用造成的，以及环境被破坏的越来越来越厉害，现在许多人患的一些疾病都是由于这些原因造成的。见表1。表1车辆排放物以及对人体健康的危害废弃排放物对人体的危害一氧化碳降低血液携带氧气的能力，引起慢性呼吸系统疾病及心脏功能失效碳氢化合物致癌物质氮氧化合物使身体易于被病毒入侵，导致肺炎、支气管炎铅破坏脑部组织及中央神经系统，尤其影响儿童的脑发育臭氧破坏肺组织，降低身体的防疫能力，可引起咳嗽现在汽车的类型越来越多所消耗的能源也越来越多，然而占绝大部分的仍然是最原始型的汽车，它所排放出废气大多是有污染的物质使现在的环境恶化,因此，节
12、能问题和环境保护已经成为全球新的汽车发展主题和应用趋势。现在有许多新能源的汽车，但是唯独有混合动力汽车实现了节能减排的目的。混合动力汽车是由电动机和发动机提供动力的,它是老式汽车和电动汽车合理的结合体。混合动力汽车的废气排放很低,这是最原始的汽车所不能达到的。这类车与最原始的车的性能相比较而言经济性要高出许多，例如它的燃油经济性达到了最佳的效果，排放的污染物也相对低的多。它的系统结构相对复杂是由于它拥有好几个电力设备，以及它的关键是几种工作模式之间的变换。所以混合动力汽车的控制策略不仅是能量掌控系统的基础，而且也对降低油耗和排放问题起着至关重要的作用。1. 混合动力汽车控制策略概述1.1 混合
13、动力汽车的分类及其特点由于其它国家研究的混合动力汽车有很多的构造形态，按照它不一样的驱动体系，其可以划分成串联式、并联式和混联式三种方式。1.1.1 串联式混合动力汽车根据示意图1-1，启动汽车主要是通过发电机发电。汽车所需要的动力是由发动机提供的，当车辆行驶速度改变的时候，发动机的动力和电动机启动时的动力是不相同的，电池所需的电能由发电机提供（吸取多余的能量），或电池放电到电机（帮助发电机提供电能）。由控制器依据发电机驱动功率的改变状况对电池充电和放电电流的巨细实行掌控。图1-1 串联式混合动力结构图（1）串联方式的优点：1）发动机和驱动轮之间没有机械连接，所以发动机可以任何一点上工作，这样
14、可以有效降低油耗。2）与其它方法相比，总量控制策略较为简单，因为发动机和驱动轮之间是靠机械解耦实现的。（2）串联方式的缺点：1）经过两次能量转换，发动机产生的能量才能到达驱动轮，损失的能量多，效率低。2）发动机的使用增大了车辆质量和成本。3）电动机是使车辆启动的动力源，为了满足汽车爬坡和加速时所需的性能要求必须拥有较大的尺寸。1.1.2 并联式混合动力汽车 见下图1-2，可以了解到发动机、电动机与驱动桥的连接方式是不同的，发电机与驱动桥之间是由机械传动装置将它们两者相连，而电动机与驱动桥之间的连接却不是如此。混合动力汽车可以由这两种发动机一起提供动力或者它们独自提供。这类汽车的布局是一种绿色动
15、力能源汽车可以达到污染零排放，且在低转速区，可以使发动机与离合器分开，靠纯电动的方式把汽车发动起来。图1-2并联式混合动力结构图（1）并联方式的优点：1）发动机能够直接给车辆提供动力，不需要能量转换，从而减少能源的损耗。2）一个电机既可作为电动马达使用，也可作为一个发动机使用，而且可以采用一个较小功率的电机，降低成本。（2） 并联方式的缺点：1）发动机和驱动轮之间是机械连接，所以发动机的工作点不一定是在最好的区域，发动机效率不能充分发挥。2）需要搭载变速器，且适合搭载自动变速器。3）混合度较低，不便于向插电式式混合动力过度。1.1.3 混联式混合动力汽车混联式混合动力汽车的构成如图1-3所示。
16、发动机提供的动力有的用来增扭转速改变转矩传递方向，还有的用来给发电机提供动力。电机产生的电能传递到所需要的装置；复合装置是发动机的动力传递到驱动桥的桥梁。这类布局可以更好的改善汽车的完美性,但它的结构的控制相对麻烦,设计起来比较麻烦还有造价比较高。发动机的工作没有任何因素的影响，一直处于高速运转状态或自动停止，这样可以实现汽车少释放、少消耗能量的目标，起到环境保护和减排的作用。该混联式混合动力系统包含了串联和并联的优点，使他们都能够发挥它们的有点和其应用前景良好。在NEDC循环下，汽车燃油的节油率可以达到40%以上。图1-3混联式混合动力结构图1.2 混合动力汽车控制策略研究进展这类汽车控制策
17、略的关键是在汽车各组件配置结构是固定的时候，达到了低油耗和低排放的目标。为了满足汽车的技术性能，功耗和成本等方面的要求，根据汽车零部件的性质，通过它的控制策略使能量能够合理的在发动机和电动机之间相互转换，该控制策略不仅让系统效率达到最高，而且使燃油经济性达到最佳、排放性达到最低和驾驶性能达到最舒适的状态。接下来通过分析其的工作模式来确定它具体的控制策略。2. 并联式混合动力汽车的工作模式并联式混合动力汽车由多种装置提供动力，与其他传统型汽车相比较这是它最大的优点，该汽车的动力来源于发动机和发电机，它可以由发动机独自驱动，在特殊情况下也可以辅助共同驱动，那么根据多动力源驱动时所占比重不一样，将并
18、联式混合动力汽车分为多种工作模式。2.1 纯电动工作模式当汽车刚刚启动，使用电动机低转速、扭矩大的特点来单独启动汽车；当车速较低时，电动机可独立驱动车辆。发动机在这两种工况下没有工作，可以避免发动机工作在效率低、排放高的阶段，实现零排放零污染的节能的目的。2.2 纯发动机工作模式当车辆正常运行时，发动机的工作效率高且排放较低，车辆是经过发动机单独启动的；还有如果蓄电池电量不足时，且不需顾及排放问题的状况下，汽车的动力可以由发动机独自提供，保证汽车能够继续行驶。2.3 混合驱动工作模式当汽车爬坡和加速时，纯电动驱动模式和纯发动机驱动模式都进行工作，它所需的动力大多数由发动机提供，则电动机起到辅助
19、作用。2.4 发动机驱动和发电工作模式蓄电池的电量很低时，发动机带动发电机对蓄电池进行充电，如果发动机提供的动力不足以使汽车驱动时，那么发电机给蓄电池进行充电。2.5 回馈制动工作模式车辆降速或刹车时，由电动机协助降速和刹车，这样可以在车辆减速的同时依靠电动机充当发动机工作来吸收制动产生能量，从而得到能量反复利用。2.6 停车充电工作模式停车时，如果电池电量较低，需对蓄电池进行充电。2.7 本章小结这六种方式是并联式混合动力汽车所有的工作模式，对于任一种这种类型的汽车，如果它们的最后的目标不一样，它们的工作模式可能不属于上面几种方式。所以，这类汽车的控制策略是根据它们特定的结构，通过这些模式间
20、的合理切换和动力之间的合理配合，可以尽量减少汽油的燃烧这样就会降低污染物的产生。3. 并联式混合动力汽车的控制策略并联式与混联式都是为了达到最优的燃油经济性和排放性，在理论上看似很简单,但是由于它结构的复杂性和控制策略还不完善,需更深层次的进行调整。3.1 控制策略分类控制策略往往是依据油门的位置、行驶速度和驱动轮的额定功率、电池的蓄电量等有关参数,以相应的形式使电动机与发动机输出相对的功率,来满足驱动轮所需功率的要求。3.1.1 以车速为主要参数的控制策略这种控制策略是平时最常用的，车速是其控制的目标。当速度比原来定的值小时，则是电动机驱动车轮；当速度比原来所定的速度高时,动力只需要由发动机
21、提供；当车轮的负载过大时，则由两者一起驱动车轮。该控制选用的是速度较低、转矩较大的电动机，是为了避免发动机空挡滑行和发动机功率不够的工况。在发动机高功率运转，车速很高的情况下，发动机可以改善高速运行时电池的损耗。该控制中应该将发动机启动时的速度设为一个固定的数值。对于电量损耗型的车辆，设定车速和汽车的行驶路程成反比关系。3.1.2 以功率为主要参数的控制策略当平均功率没有设定值高时，汽车动力由电动提供；当平均功率比预定值高时,这时应该由发动机提供动力。发动机的启动应该处于换挡的时候,这样能够使驾驶性更加舒适。在这两种控制策略中，混合动力由发动机和电动机驱动。这大多发生在车轮高功率运行时，控制策
22、略有以下几个方面：电动机和发动机功率将按一定比例在上升，当踩下油门踏板时，为了满足操作员的需求。当电动机功率达到一定负荷时,才由发动机辅助提供动力。发动机在一个稳定的低油耗高功率的状态下工作，然而由电机提供所需的功率。之所以要在控制策略中引入较先进的优化技术是因为现在汽车中使用的控制策略都较为简单，它不能让每个部位的零件达到所预期的契合效果，更没有办法使这类汽车的系统到达最优的工作效率。3.1.3 采用优化技术的控制策略并联式混合动力汽车的能量最优分配问题是基于电机的转矩和传动齿轮的位置作为优化变量，该周期的优化目标是根据给定的发动机燃料消耗量来计算的。这种经过改善的结果即使不能用在实时控制,
23、但可以根据该优化推算汽车实时控制策略。新型混合动力汽车发展优势在于有无安装无级变速器，这个装置的作用是使发动机达到最高的工作效率。德国学者研究了并联式混合动力汽车无级变速器，这种控制策略的最大用处就是让整车的燃油经济性达到最好的状态。3.1.4 以成本和燃油经济性为目标的控制策略当蓄电池组的质量和成本降到最低的时候，该类型汽车拥有较小功率的电动机和小容量的蓄电池。如果是在以燃油经济为目的控制策略中，电动机一般只有在汽车需要加速的时候使用，这时的电动机起到了一个提供额外动力的作用。在一般的行驶状况下汽车的动力通常由小排量的发动机提供，当蓄电池的电量降低到一定程度的时候为其供电,这种状况又深一步的
24、升高了发动机的所需功率。当汽车降速时，蓄电池吸取降速的能量进行自我充电。该控制策略也有着不好的方面：使发动机一直工作可以消除由于发动机的开关控制所引发的一系列问题,不过没有办法避免发动机处于低速运转时所产生的排放问题。该类车辆的控制策略有以下两种方式:在汽车刚刚起步，仅由电动机独自提供动力，当速度超过极限值，发动机开始辅助工作；当汽车的速度超过一定限额时，动力由发动机和电机一起提供。3.1.5 模糊逻辑控制策略能量掌控与智能掌控的关键是模糊逻辑控制。而要使燃油经济性增加或者使整部车的效率增加必须要使发动机得到优化，要想加强能量管理问题逻辑性，我们必须要在它的发动机、电动机和电池能源管制方面加强
25、了模糊控制策略因素，比较符合人的思维逻辑。因此，对发电机、电动机和蓄电池共同进行优化是模糊逻辑控制策略的重要理论依据。美国学者格伦提出利用模糊逻辑控制策略来启动内燃机，以达到最高的效率和燃油经济性的目标做了实验。实验阐明：主要是运用了模糊逻辑控制策略可以获得很高的燃油经济性。不过对于控制系统排放这方面的要求还需要进一步探索。3.2 控制策略研究现状目前，国内外有很多研究并联式混合动力汽车控制策略的，按照它们的分析思路，分析不同结构的控制策略，总结出它们的侧重点和需要改进的地方。黄爱国运用SQP算法实现全局优化，然后再通过模糊逻辑控制来协调发动机工作点实现局部优化。这是一种新型的能量控制策略，从
26、SQP优化结果的模糊系统的模糊规则，以保证整体与部分的统一。陈晓东和其它几位学者研究了某款并联式混合动力汽车，总结出转动力矩合理有效分配下的模糊控制策略。并对此策略的各种驾驶条件做模拟试验，得出这种策略可以根据驾驶条件自动进行切换工作模式，让电池的电量得到充分利用，同时还让发动机拥有很高的燃油经济性。李为民在混和系统理论的控制策略基础上，提出采用混合理论解决控制问题。然而，发动机和电动机的电源管理由模糊转矩分配控制系统装置。使电源实现高效率传输。但这种控制策略没有顾及到优化系统效率的问题。3.2.1 研究现状分析由混合动力汽车控制策略分析得出，该汽车的行驶状况通常分为三种：加速行驶；稳定速度行
27、驶；降速行驶。为了满足驱动轮启动力矩的需求，必须要让电动机与发动机在一定的规则下提供相对的功率。该发动机的控制策略一般都是依据它的启动速度和驱动轮的平均功率以及依据油门踏板的方位这些可靠参考量，当发动机关闭了的时候，它所剩余的能量将会回收到电池内。从上面研究分析得出，几位学者都是研究了应用在这一类并联式混合动力汽车的控制策略。虽然是相同构造的并联式混合动力汽车，但可能由于它们的混合程度不一样会导致其控制策略也不一样。被控制策略优化后，系统的燃油经济性得到了很大的提高，同时也将废气排放量降到最小从而达到节能减排的效果，目前没有一种控制策略既能保证汽车在最佳动力区域工作同时还能得到最佳的燃油经济性
28、，实现全车系统效率最高的。所以，对并联式混合动力的控制策略在今后的研究中，不能只仅仅对其中一个或任意几个参数为进行控制，必须系统地顾及多种参数的控制，多种模式的联系，才能初步使汽车的动力性能达到最好和燃油经济性达到最优。结 论1）对于并联式混合动力汽车而言如果要剖析它的工作模式，必须要从它的构造特点这方面入手。2）并联式混合动力汽车控制策略表明 ，目前研究的控制策略全是针对某种类型的汽车，对于构造相同但是其混合度不一样的汽车所选择的策略和目标也不相同。3）并联式混合动力汽车可使燃料消耗和排放量大幅度减少，如果对它的控制策略进一步优化后它的效率将会更高。并联式混合动力电动汽车的电动机功率和电池容
29、量小，可大大减少重量和混合动力汽车的制造成本，其在市场结构中有着广泛的应用前景。特别是这种结构结合和CVT结合是一种较理想的系统型燃油经济性高，排放低和驾驶性能良好的系统型式。这个体系中对于怎样得到这个车的最好的燃油经济性的关键在于怎样对蓄电池组的SOC实行合乎情理并且有效的资源处置。4）电动辅助控制策略一般容易实现，但控制的结果并不太完美。到今天为止这种类型的汽车的控制策略还没有达到很成熟的地步。每一个已经制造出来的控制策略技术都有它自己的优处,虽然都可以进行互补,不过都还没到达最好的状态。总结出对该类型汽车不一样的构造的研究，应该系统地考虑任意参数的控制和各种控制方式的动作，才可以在这基础
30、上使汽车的动力性能得到优化，同时燃油经济性达到最高。致 谢本论文是在陶德清老师的悉心指导下完成的，我要感谢我的指导老师，从开始的论文选题到最终的论文定稿，整个过程都凝聚着老师辛勤的汗水，是您为我理清思路，让我一步步的去完成本论文的写作。在与您的交流中，让我明白了“一份耕耘，一份收获”这个道理，您严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，平易近人的人格魅力对我的影响深远。再次衷心的感谢所有老师的指导和帮助，还有亲人和同学，感谢你们为我提出宝贵的意见与建议，是你们的支持与帮助，让我度过了完美的三年大学生活。感谢牧院，感谢农业工程系，感谢培养了我三年的老师们，我会继续努力，在未来的道路上不断地探索、前进！感谢所有我的同学，朋友们对我的支持与帮助！最后，感谢评审老师，您们辛苦了！感谢您们在百忙之中费心评审本论文,谢谢您们！参考文献1 李兴虎.电动汽车概论M. 北京：北京理工大学出版社,2005:5-9 .2 麻世友，陈全世，混合动力电动汽车的发展，公路交通科技，2001 .3 唐小琦，赵国庆，混合动力多能源控制器的研究，中国电动汽车研究与开发，2002 .4 雄健，管华，混合动力电动客车的发展及其产业化，客车技术与研究，2002 .5 张洪欣.汽车设计.机械工业出版1999年.6 黄榕清，姜招良，浅议汽车混合动力系统的布置J. 汽车研究与开发，1999（5）.
