并联混合动力汽车（共12篇）
并联混合动力汽车 篇1
1 动力系统的控制目标
就控制来说, 需要明确的就是控制谁和如何控制的问题。针对PHEV汽车控制目标有[1]:更加理想的油耗、排放、成本以及操控性能。同时还需要考虑:如何使发动机工作在更理想的工作区域来保证很高的工作效率;如何减少发动机的动态波动使得发动机工作转速稳定;如何加入发动机的相关保护措施如开启关闭的控制、最低转速的控制等;如何加入电池的监控保护措施如使得电池工作在合理安全的电压、容量总保持在合理的状态灯;如何让模式选择更加合理例如城市拥堵区域的零排放模式等。
2 电辅助控制策略分析
电辅助控制策略利用电子系统控制精确快速的特点, 控制电动机, 在PHEV汽车行驶过程中, 辅助发动机保证汽车的动力性, 同时使电池的SOC在合理范围, 从而对车辆来说体现出理想的动力性、经济性和排放性。
图1为工作情况示意图。当SOC小于cs_lo_soc (最低SOC限值) , 工作扭矩小于发动机的最小输出扭矩, 此时发动机以最小输出扭矩工作, 超出部分用于对电池的充电扭矩。
图2指出了某镍氢电池的工作区和需主动充电区[2]。电池在PHEV工作室存在主动充电和被动充电, 主动充电就是发动机带动电动机进行充电, 而被动充电就是在制动过程中由于车辆惯性带动电动机对电池充电。
其中:Maximum Torque Envelope为最大扭矩曲线;Minimum Torque Envelope为最小扭矩曲线;Off Torque Envelope为发动机关闭曲线;Electric Launch Speed为发动机转速门限;SOC为电池的荷电状态 (State of Charge) 。
汽车启动和低速运行时, 开启纯电动模式, 降低排放和油耗;当工作扭矩小于发动机的最小输出扭矩, 此时发动机以最小输出扭矩工作, 超出部分用于对电池的充电扭矩;当所需扭矩大于发动机峰值扭矩的时候, 开启联合工作模式, 电动机提供峰值扭矩。工作过程中制动优先, 也就是优先判断是否有制动信号, 如果有制动信号即进入制动模式。
图4为在Matlab/Simulink中的仿真模型, 图中红色区域消耗电能、绿色区域为补充电能区域, 纯电动起步阶段和峰值功率阶段以及发动机关闭纯电动模式下电池放电, 在发动机工作扭矩富余以及制动模式下给电池充电[3]。
如图5是最小扭矩子模型图, 为保证发动机不在低效率区工作, 通过计算得到某速度下的最小扭矩, 同时判断SOC是否小于目标的SOC, 如果小于, 发动机输出扭矩用于充电, 如果不小于, 发动机不输出扭矩。
之前所计算出来需要的发动机扭矩必须在发动机的状态下才有意义, 发动机只在以下情况同时满足时启动: (1) 钥匙门接通时; (2) 当处于怠速工况时, 转矩过高、转速过快; (3) 车辆速度超过启动速度限值; (4) 需要转矩达到发动机启动转矩下限或电池SOC值低于规定值。
如果发动机迁移时刻运转变速器换挡时发动机也要继续运转, 防止换挡过程中发动机瞬间关闭。
3 总结
本文配合在Matlab/Simulink中的仿真模型, 对并联混合动力汽车动力系统的一种典型控制策略———电辅助控制策略进行了分析, 为并联混合动力汽车的控制策略优化研究提供了一定理论基础。
参考文献
[1]张欣, 郝小健, 李从心, 岑艳.并联式HEV电动汽车动力系统控制方式的仿真研究[J].汽车工程, 2005, 27 (2) :141-145.
[2]梁龙, 张欣, 李国岫, 王浩.并联式HEV电动汽车动力系统系统的仿真研究[J].北方交通大学学报, 2012, 26 (4) :57-62.
[3]邓亚东, 高海鹏, 王仲范.并联式HEV电动汽车控制方式研究[J].武汉大学学报, 2004, 37 (3) .
并联混合动力汽车 篇2
能源危机与城市环境污染的日益加剧对城市公交客车的能耗与排放要求越来越严格,传统的公交客车已经无法满足现在的能耗与排放标准,然而纯电动公交客车虽然能够实现零排放,但其电池成本过高,续驶里程不足始终是现阶段难以解决的问题。并联式混合动力客车结构简单,在成本增加有限的前提下,能够很好地降低能耗与排放。并联式混合动力客车通过自动离合器机构将发动机和电动机两动力源集成在一起,两动力源同轴,并联式混合动力客车具有多种工作模式,能够实现不同工作模式之间的灵活切换[1]。
当前,混合动力汽车的能量管理策略和协调控制算法已成为研究的重要方向,合理的能量管理策略对降低能量消耗具有重要意义,模式切换与换挡时的转矩协调控制能够较大程度地改善驾驶舒适性。能量管理策略侧重于通过ISG电机来调节发动机的工作点,使发动机始终工作在高效区域,进而达到节约能源与减少排放的目的。童毅等人针对并联式混合动力汽车离合器接合、变速器换挡过程中的汽车转矩管理策略和协调控制算法进行了研究[2]。古艳春等人采用了基于逻辑门限值的能量管理策略,并对混合动力汽车起步和换挡过程的转矩协调控制策略进行了仿真研究[3]。戴一凡等人采用了基于优化发动机效率曲线的能量管理策略,但只对纯电动行进中启动发动机过程的协调控制进行了研究[4]。以上研究采用了简单的逻辑门限值控制策略,侧重于发动机局部最优,并且只对部分工作模式切换的协调控制进行了研究。
本文以国家863计划科技攻关项目中度混合动力客车为研究对象,为了达到最优的燃油经济性目标,以动力系统效率最优兼顾荷电状态(State of Charge,SOC)平衡为实现方法[5],对基于自动变速器(Automated Mechanical Transmission,AMT)的并联式混合动力系统工作模式区域进行划分,并制定出相应的能量分配控制策略,计算出在中国典型城市公交工况下任意车速的需求功率,并将需求功率合理地分配给发动机与电机。同时,本文对中国典型城市公交工况下工作模式之间切换的转矩协调控制算法进行了研究。以上研究可以实现工作模式切换过程动力传递的平稳性控制和循环工况油耗最优控制[6]。
1 并联式混合动力系统结构
本文研究的并联式混合动力客车的动力系统如图1所示。系统中发动机输出轴与自动离合器、ISG电机、AMT相连,ISG电机集成在自动离合器与变速器中间,ISG电机既可作为发电机又可作为电动机,驱动力矩通过AMT输出,经车桥主减速器传递至车轮。
通过控制发动机、电机、离合器、变速器的工作状态,该混合动力系统可实现多种工作模式,见表1。由表1可知,该混合动力系统可实现纯电驱动、发动机单独驱动、行车充电、停车充电、联合驱动以及制动回馈工作模式。
2 模式切换转矩协调控制
并联式混合动力客车由静止启动,首先进入纯电驱动模式,当车速信号与加速踏板信号大于设定阀值时,车辆由纯电驱动模式进入并联驱动模式。如果没有转矩协调控制,车辆由纯电驱动模式切换进入并联驱动模式时,离合器结合与变速器换挡会存在很大的冲击,驾驶舒适性很差。通过在模式切换过程中合理地控制ISG电机的转矩变化能够很大程度降低离合器结合与变速器换挡的.冲击,进而改善驾驶舒适性。如图2所示,给出了工作模式切换的整个控制过程。 3 整车能量管理控制策略
整车能量管理控制策略是以燃油经济性为主要目标,结合动力电池的SOC状态、车速信息、负荷信息等因素进行能量分配与工作模式切换的一种控制策略。其原则主要是通过纯电驱动、行车充电、混合驱动等工作模式调节发动机的工作点,使发动机大部分时间工作在高效区域,通过让电机参与制动将制动过程中的一部分能量回馈给动力电池,从而达到节油的目标。
3给出了详细的控制策略示意图。
如图3所示,黑色曲线为车速曲线,蓝色曲线为SOC状态曲线。此控制策略中的时间轴并非真正试验时的时间轴,此时间轴没有实际意义,只是用于说明不同工作模式之间的切换情况。整车能量管理策略具体描述如下:当车速≤u且n≤SOCu且n≤SOCu且n≤SOC且b≤loadw且load=0时,即车辆进入制动减速或者滑行时,驱动电机进行制动能量回馈,将制动能量回收给电池充电,此时SOC升高,车速低于w时就停止能量回馈,进入全机械制动模式;当SOC 将整车能量管理策略进行转矩解析,如图4所示,表示了在不同转速下的需求转矩与不同工作模式之间的关系。当0≤Treq 表2列出了不同工作模式下,电机与发动机的转矩分配情况。
4 搭建仿真模型
论文发表范文
以中国典型城市公交工况为混合动力客车的试验工况,利用整车性能仿真分析专业软件AVL Cruise进行性能仿真分析。通过AVL Cruise软件搭建整车动力系统模型,并输入整车与各部件的技术参数,通过Matlab/Simulink搭建整车能量管理策略模型,并将整车控制策略模型通过Interface接口与AVL Cruise整车动力系统模型交互实现联合仿真。并联式混合动力客车整车动力系统模型如图5所示。
表3中列出了并联式混合动力客车整车的基本参数。
图6为整车控制策略中并联模式下的能量管理模型,此模型规定了并联模式下行车充电、纯发动机及混合驱动模式的能量分配情况。
5 仿真结果与试验结果对比分析
根据系统效率最优原则,为了获得最低的油耗值,在标定文件中分别对Tm1、Te1、Te2 三条临界负荷曲线乘以一个系数,得出aTm1、bTe1、cTe2。基于纯电驱动电机效率、发动机燃油消耗特性以及SOC平衡的原则,通过调整a、b、c三个参数进而得到不同的纯电驱动、行车充电及混合驱动临界负荷曲线,分别进行仿真分析。表4中列出了三组不同参数下的仿真油耗值,对比之后在参数三(0.8、0.9、1.1)下的油耗值最低为28.8 L/100 km,进而获得了最优的临界负荷曲线。
通过仿真分析,可以得到在整个循环工况下不同节油方式对节油率的贡献情况,见表5。基准传统车型工况油耗为42 L/100 km,通过减小发动机规格(由传统车6.7 L发动机减小到3.8 L发动机)可以实现15.7%的节油率。在中国典型城市公交工况下,通过发动机快速启动可以实现在车速<10 km/h时,发动机始终处于停机状态,进而可以实现5%的节油率。在中国典型城市公交工况下,通过低速纯电(10 km/h以下为纯电工况)与制动回馈(当5 km/h<车速>
将参数三下的发动机工作点、发动机的外特性以及发动机的万有特性曲线表示在同一图中,如图7所示。从图中可以看出,发动机90%以上的工作点都分布在了发动机效率高于38%的区域。由此可见,其系统效率达到了最优值,中国典型城市公交工况下的燃油经济性能最好。
将参数三(a3,b3,c3)对应的a3Tm1、b3Te1、c3Te2临界负荷曲线应用到试验样车中进行油耗试验,试验所得在公共典型城市公交工况下的综合油耗为28.9 L/100 km,相对基准传统车型油耗42 L/100 km,节油率达到了31.2%,节油效果明显。
6 结论
通过分析并联式混合动力客车的动力系统结构特点,搭建了基于AVL Cruise的整车动力系统模型以及基于Matlab/Simulink的控制策略模型,并
设计了基于参数化调节的能量管理控制策略。使用AVL Cruise与Matlab/Simulink进行联合性能仿真分析,计算整车基于中国典型城市公交工况下的油耗,并进一步在试验样车上进行试验验证,结果表明:
浅谈汽车混合动力系统 篇3
摘 要：随着国家环境保护法规越来越严格，以及人们对汽车排放和能量利用率提出了越来越高的要求，汽车企业迎来新的挑战和机遇，即要求现代汽车具有高机动性、通过性，又要求具有低油耗、高能量利用率。于是很多汽车企业开始研发新的动力驱动系统，以节省资源。本文主要针对一种新型动力系统-汽车混合动力系统的匹配研究进行简要阐述。
关键词：混合动力;发动机;控制策略;燃油经济性;降低排放;数字模型
1 汽车混合动力系统功能概述
汽车混合动力系统是一套多种能量转化器组合驱动汽车的系统，分为主动驱动系统和辅助驱动单元，二者合到一起共同形成汽车的动力驱动系统。目前最具实用性及商业价值的混合动力汽车为燃油发动机主驱和电力马达辅驱结合系统汽车。其按照动力传输路线不同分为：串联式动力传动系、并联式动力传动系和混联式动力传动系三种形式，混合式又分开关式和分路式两种结构。
其工作原理：当汽车高速行驶时，其燃油发动机提供主要动力，保证汽车具备足够通过性、动力性，同时具备发动机最佳工作状态。当汽车行驶在城市路况或堵塞工况时，汽车处于低速或停止启动状态，通过传感器和控制系统，控制电力马达驱动系统驱动汽车，同时发动机停止工作或保持最佳工作状态，从而既降低了能量损耗，又保证了汽车动力性和低排放。
2 汽車混合动力系统优、缺点
汽车混合动力系统作为一种新型的动力组合形式，继承了电动马达驱动系统低排放优点，同时又具有燃油驱动系统很高的比能量和比功率的特点。使现代汽车相对传统汽车在通过性、动力性、操控性、NVH舒适性等方面具有显著提高，降低了汽车尾气排放，节省了燃油，提高了汽车续航行程。对于不同的混合动力系统，其优点如下。
串联式：优点是汽车各个行驶工况下对发动机单独进行控制，控制简单灵活，使发动机工作稳定在高效区或低排放区。缺点是发动机综合效率较低，能量首先转化成电能，才能控制电动马达，转化过程中伴有较大能量损失，且布置结构复杂。（图1）
并联式：优点是发动机与马达可以独立控制汽车驱动力，中间能量转化损失较少。缺点是需要复杂的控制系统及控制策略，造成研发及匹配成本增加，控制复杂、困难。（图2）
混联式：通过简单机械结构，使系统具备串联和并联之间的切换操作。其综合了串、并联布置方案的优缺点，其优点是对发动机分别进行串、并联操作，串联解放了发动机，并联保证了整车动力性，所以性能上占绝对优势。缺点是布置要求更高、更复杂，研发及匹配成本更高。（图3）
3 汽车混合动力系统匹配流程及注意事项
3.1 混合动力系统匹配流程
图4
3.2 混合动力系统匹配注意事项
汽车混合动力系统匹配主要目的是提高汽车燃油经济性，降低排放，优化控制系统策略、参数，使汽车真正在通过性、动力性、操控性、NVH舒适性等方面得到显著提高。其匹配过程复杂繁琐，过程注意事项如下。
①控制策略及控制参数的合理选取对动力系统有进一步改善效果，所以在仿真分析时可采用选取多组数据进行对比计算，分析差距。②在进行台架及实车标定测试时，尽量优化控制参数在仿真最佳效果，同时要考虑制造工艺过程的难易程度，以便保证开发成本。③数字模型建立包括发动机使用外特性建模、万有特性建模、电池充放电建模、电动马达的输出与效率特性建模等方面，数字模型仿真结果应与实车测试结果对比，结合进行优化。④仿真匹配过程要考虑汽车驱动形式、不同工况等影响要素。⑤匹配过程除采用试验优化参数外，也可采用标杆对比优化方法，这样可以减少标定次数，降低标定试验开发成本。
4 汽车混合动力系统发展趋势
目前国内外混合动力汽车处于高端发展阶段，相对传动汽车生产量较少，但其具有很大的推广及研发价值，国外混合动力汽车典型代表有日本丰田PRIUSE、本田INSIGHT、雷诺Kangoo、雷克萨斯CT500，国内混合动力汽车典型代表有比亚迪“秦”、荣威550plug-in、江淮和悦。基于混合动力系统的优点，国内外很多整车企业都在积极地进行混合动力系统研究，国外如美国通用、美国福特、法国雷诺、意大利菲亚特等，国内如比亚迪、吉利、福田、长城等。
国内外关于汽车混合动力系统研究表明，混合动力系统串联方式布置结构在未来会应用在大型汽车上，包含城市公交、大型客车或货车及军用汽车，它们共同特点是电池大小、重量不会影响汽车的布置结构及汽车通过性能，便于发挥汽车能量利用率。并联及混联布置结构将会应用在以轿车为首的小型汽车上，便于充分发挥汽车燃油经济性，并且随着电子控制技术的发展，混合动力系统混联方式在未来的应用中更加具有吸引力。
参考文献：
[1]孙逢春，程夕明.电动汽车动力驱动系统现状及发展[J].汽车工程，2000（22）.
并联混合动力汽车 篇4
1 并联混合动力汽车的驱动系统
并联混合动力汽车的驱动系统的示意图如图1所示。汽车由发动机、电动机、动力电池组、功率转换器以及传动系等组成, 其中发动机和电动机既可以分别单独驱动, 也可以两者共同驱动。
因为并联混合动力汽车的发动机和电动机可以单独驱动, 而不同的驱动系统有不同的高效工作效率区间, 所以为了提高发动机和电动机的效率, 汽车在不同的行驶工况下, 应采用不同的工作模式, 提高整车性能。根据不同的工况和能量要求将并联混合动力汽车的工作模式分为五种, 如表1所示:
(1) 纯电动驱动模式:车辆在起步、低速等低负荷工况且高SOC (state of charge) 时, 关闭发动机, 由电动机单独驱动。
(2) 纯发动机驱动模式:车辆在中、高速等中负荷工况时, 发动机处于高效工作效率区, 关闭电动机, 由发动机单独驱动。
(3) 行车充电模式:车辆在中、低负荷工况且低SOC时, 发动机单独驱动的同时, 还提供额外的功率为电池充电。
(4) 混合驱动模式:车辆在加速、爬坡等大负荷工况时, 电动机辅助发动机一起驱动车辆。
(5) 再生制动模式:车辆在减速、制动工况时且SOC低于最高允许容量时, 发动机关闭, 由电动机回馈再生制动能量, 给电池充电。
2 并联混合动力汽车的能量控制策略
混合动力控制器 (HCU) 是混合动力系统的“大脑”, 能量控制策略是HCU算法的核心, 用于解决混合动力系统多能量源所引起的工作模式切换问题, 以及能量流在电动机和发动机之间的分配比例的优化控制问题。并联混合动力汽车的控制策略通常是根据电池的SOC、驾驶员的加速踏板位置、车速和驱动轮的平均功率等参数, 将发动机和电动机输出的转矩或功率进行合理分配, 在满足驱动需求的同时, 达到效率最优。
早期研究混合动力汽车的控制策略时, 是基于速度这一控制依据。当车速低于某一个限定值时, 发动机停止工作, 由电动机单独驱动;当车速高于某一个限定值时, 电动机停止工作, 由发动机单独驱动;当车辆处于急加速或是其他高负荷工况时, 发动机和电动机联合驱动。这种控制策略简单易懂, 技术门槛较低, 但是当车辆高速匀速行驶时, 此时对于动力系统输出功率的需求可能不高, 会造成发动机的效率偏低。所以, 现在的能量控制策略主要是基于转矩这一控制依据。目前混合动力汽车控制研究中用到的控制策略可分为基于规则和基于优化两类, 其中基于规则的控制策略有逻辑门限值控制策略、模糊逻辑控制策略等, 基于优化的控制策略有瞬时优化控制策略、全局最优控制策略等。
2.1 基于规则的能量控制策略
逻辑门限值控制策略, 也称为简单的基于规则的控制策略。此类控制策略的核心是由电动机调整发动机的运行区间, 优先保证发动机在较高效率区间内工作, 以获得较高的燃油经济性。电动机的能量是通过回收部分制动能量和发动机为电池充电而得来的。这种逻辑门限值控制策略属于静态的控制策略, 未结合车辆的实际行驶工况的动态变化, 主要依靠工程经验来限定发动机的工作区域, 无法保证车辆的最佳燃油经济性, 因此整车系统无法达到最高效率。
模糊逻辑控制策略, 也是一种基于规则的算法, 大量被应用于混合动力汽车能量控制策略的研究中。该策略基于模糊控制方法对混合动力系统的工作模式和功率进行分配, 通过将车速、SOC、转矩、功率等模糊化, 以实现对混合动力系统的合理控制, 提高车辆的整体性能。但是模糊逻辑控制策略和逻辑门限值控制策略一样, 也是依靠工程经验来制定控制规则, 难以确保控制策略的最优。
2.2 基于优化的能量控制策略
瞬时优化控制策略, 核心是采用了等效油耗最小化策略 (ECMS) , 保证车辆任意工作瞬间的名义油耗最小, 确定电动机的工作范围和发动机的工作范围, 而名义油耗最小的点即为当前工作点。其中名义油耗是指电动机的等效油耗与发动机的实际油耗之和。该策略可综合考虑燃油经济性和排放性能, 采用设定一组权值使其在燃油消耗和排放污染这一矛盾体中获得综合性能最优。公式1表示综合考虑燃油经济性、排放性和动力性的目标函数。
这种方法需要采集大量的发动机运行数据, 进行大量的浮点运算, 优化过程复杂, 实现困难, 并且从理论公式中可以得出, 瞬时最小值的和并不一定等于和的最小值, 所以瞬时优化并不一定能使全局最优。
全局最优控制策略, 核心是对以燃油经济性和排放量为目标的函数进行全局优化。全局优化有利于整个系统达到真正意义上的最优化, 但实现这种控制策略的算法往往较复杂, 需要大量的计算。针对计算量偏大的问题, Delprat等人提出了一种基于最优控制理论的控制策略。将电动机及发动机转矩、档位信息作为决策变量, SOC值作为参数变量, 循环工况下燃油总消耗为目标函数, 通过对目标函数求导求解各决策变量的最优参数, 大大降低了计算时间。全局最优控制策略必须以具有代表性的循环工况为前提, 才能进行相应变量的计算。而且全局最优控制策略的控制规则很难保证蓄电池的稳定性能, 在车辆的实时控制中很难得到应用。通常将全局优化得到的能量控制策略作为参考, 与其他控制策略相结合, 基于可靠性和可实施性的前提下进行优化控制。
3 结语
目前提出的并联混合动力汽车的能量控制策略还不够成熟, 只有基于逻辑门限值控制策略在现实混合动力汽车中得到了应用, 如本田Insight和雪铁龙XSARA, 虽然具有一定的实用性, 但无法保证整车系统达到最优。能量控制策略的难题就是如何在多变的车辆行驶工况下获得最优控制。随着电子技术和信息技术的发展, 道路交通状态监测网络的建设, 使得混合动力系统的能量控制策略更加智能化, 进一步提高了优化的水平。随着系统设计要求的不断提高, 以后的主要研究方向应该是采用优化算法对控制策略的多目标进行优化研究。
参考文献
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[3]Delprat S.Paganelli G.Guerra T M.et al.Algorthmic optimization tool for evaluation of HEV control stratrgies[C].Electric Vehicle Symposium EVS16.Beijing, October 1999.
混合动力汽车特点和分类介绍 篇5
混合动力汽车是指装有内燃机与电动机两种动力的汽车。混合动力汽车就是在纯电动汽车上加装一套内燃机，其目的是减少汽车的污染，提高纯电动汽车的行驶里程。混合动力汽车有串联式和并联式两种结构形式。复合动力汽车（亦称混合动力汽车）是指车上装有两个以上动力源，包括有电机驱动，符合汽车道路交通、安全法规的汽车，车载动力源有多种：蓄电池、燃料电池、太阳能电池、内燃机车的发电机组，当前复合动力汽车一般是指内燃机车发电机，再加上蓄电池的汽车。
混合动力汽车的优缺点：
混合动力车的优点
1、采用复合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。
2、因为有了电池，可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。
3、在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。
4、有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。
5、可以利用现有的加油站加油，不必再投资。
6、可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。复合动力电动汽车有两种基本的工作方式，即串联式、并联式和串并联（或称混联）式。混合动力驱动汽车的缺点：
有两套动力，再加上两套动力的管理控制系统，结构复杂，技术较难，价格较高。由于“新一代汽车伙伴合作”（P NGV）计划的推动美国三大汽车公司对各种单元技术及其不
同组织进行成百种方案的筛选、比较，认为采用复合动力是实现中级轿车百公里3升油耗的可行方案因此而受到更大的关注。
混合动力电动汽车已开发出一些成功的例子
日本丰田汽车公司1997年12月宣布将复合动力电动轿车 P rius投入小批量商业化生产，该车自重1515kg，装用顶置凸轮轴四缸，1500cc排量汽油机，最大功率42．6kW／4600r／min，带永磁无刷发电机，驱动电机亦为永磁无刷的额定功率30kW，采用氢镍电池，实现串并联控制方式，百公里油耗为3．4L，比原汽油车减少了一半，C O2排量也相应减少了一半，C O、HC、NOX仅为现行法规允许值的10％，售价每辆216万日元（约15000美元）。
美国克莱斯勒汽车公司1998年2月在底特律展出第二代道奇无畏 ESX2型复合动力电动轿车，该车装用1500cc排量直喷柴油机带发电机，采用铅酸电池，交流感应电机驱动，铝车架，复合材料车身，自重1022kg，百公里油耗降至3．4L。2000年通用，福特，戴姆勒•克莱斯勒已开发出100公里油耗已达到3升汽油或接近3升汽车的样车，只是价格仍较贵。按照内燃机与电动机联接方式的不同，混合动力汽车分为串联型、并联型和串并联型三种。混合动力汽车既能减少汽车对环境的污染，又能延长续驶里程。
大众汽车公司曾在高尔夫轿车上安装一套柴油机电动机驱动系统。在相当于柴油机飞轮的位置安装一个6KW的紧凑型感应电动机，在柴油机侧和变速器侧各装有自动操纵的离合器。当柴油机侧的离合器处于分离状态时，轿车由电力驱动。当轿车由柴油机驱动时，柴油机侧的离合器接合。此时感应电动机的转子起飞轮作用，而且该电动机还作为起动机和交流发电机使用。
由于两种动力装置分别用于各自最适宜的工作条件，因此，这套混合动力驱动系统的燃油经济性非常好，综合排放水平非常低。与一般装有柴油机的高尔夫轿车相比，柴油消耗降低62％，有害排放物减少40％～60％，在夜间为电池充电需要12～16kW•h。
混合动力车的分类
串联型混合动力汽车最简单，内燃机带动发电机发电，发出的电供给电动机用来驱动车辆行驶。若有剩余，则对蓄电池充电。在需要大功率输出时，发电机和蓄电池同时向电动机供电。显然，串联型混合动力汽车有着与燃油汽车一样的续驶里程。
并联型混合动力汽车采用内燃机和电动机两套各自独立的驱动系统。内燃机可以单独驱动车辆，电动机也可以单独驱动车辆，内燃机与电动机还可以联合驱动车辆，当内燃机输出的功率大于驱动车辆所需要的功率或者再生制动时，电动机工作在发电机状态，将多余的能量转化为电能充入蓄电池。显然，并联型混合动力汽车可以减少汽车尾气的排放和燃油消耗。
混合动力汽车发展前景展望 篇6
[关键词]混合动力；市场；技术；前景光明
[中图分类号]U464.11[文献标识码]A[文章编号]1009-9646(2009)06-0022-02
混合动力电动汽车(Hybrid Electric ve－hicle，简称HEV)是在一辆汽车上同时配备电力驱动系统和辅助动力单元(Auxiliary PowerUnit，简称APU)，其中APU是燃烧某种燃料的原动机或由原动机驱动的发电机组。目前HEV所采用的原动机一般为柴油机、汽油机或燃气轮机。
一、混合动力汽车的适用性决定了它具有很大的潜在市场
混合动力电动汽车比较纯电动汽车和原动机具有以下优点：
1电池的数量减少，因此混合动力电动汽车自身质量可减轻。
2辅助动力单元(APU)的选用使汽车的续驶里程与动力性能可以达到内燃机汽车的水平。
3虽然原动机会有排放产生，但是由于原动机主要工作在最佳工况点附近，因而大大减少了汽车上内燃机变工况(特别是低速、怠速)时的排放，由于可回收制动能量，使得混合动力电动汽车成为较低排放的节能汽车。
4借助原动机输出的动力直接带动车内空调、暖风、真空助力器、动力转向等汽车电器附件，无需再消耗电池组内有限的电能。
5在某些对汽车排放严格限制的地区(如商业区、旅游区、居民小区等)，混合动力电动汽车可以关闭APU，由纯电力方式驱动，成为零排放的电动汽车。
6电能的取得比石油更为简单，成本更低，利用各种方式获得电源来供给电力汽车的使用，让汽车的使用成本更低，同时由于电动汽车的环保性，将令它成为新时代的交通工具的代表，广受世界各国人民的喜欢，这也就注定它拥有若大的市场。
由于存在上述优点，混合动力电动汽车的整体性能价格比明显优于纯电动汽车。
二、成熟的混合动力汽车技术
混合动力汽车的动力系统的全面改进，各种高新技术开始在混合动力汽车上应用，主要技术包括：燃油动力与电动动力系统集成优化技术不断取得进展，节能效果不断提高；高性能锂离子电池、镍氢电池取代传统的铅酸电池；高效的一体化电力驱动系统取代传统的直流电机；电动辅助系统的广泛应用提高了整车能量利用效率和性能；网络系统的应用促进了混合动力汽车的模块化和智能化；轻量化技术和电器结构安全性技术得到了系统应用。
在混合动力技术的发展上，表现出明显的模块化和平台化趋势，轿车混合动力系统的模块化愈加明显，逐步推进汽车动力的电气化。从只具备自动启停、怠速关机功能的“微混合”、以并联式混合动力发动机为主体的“轻混合”和以混联式为特征的“强混合”，随着电功率的比例逐步提高，混合程度不断提高，最终过渡到可充电式的串联式“全混合”方式。城市客车混合动力系统出现平台化趋势。发电机组+驱动电机+储能装置，构成了混合动力系统的基本技术平台。通过换用不同的发电机组即APU，从汽、柴油内燃机到气体燃料发动机各种不同的能源动力转化装置，形成油一电、气一电等各种不同混合动力系统，促进了动力系统的平稳过渡与转型。
三、宽松的政策推动混合动力汽车的应用
混合动力汽车节能和环保效果明显，得到快速发展，并在各国优惠政策的鼓励下，逐步进入商业化推广应用阶段。大型汽车公司纷纷推出具有各自特色的混合动力汽车。目前已批量销售的混合动力汽车包括丰田公司Prius、本田公司Insight、Civic、福特公司的Escape等轿车和OrionBusVI、NovaBus、HIMR客车等。2007年，美国市场上销售的混合动力车达到40多万辆，占新车总销售量的3％。
我国在“863”计划重大专项中共投入20亿元的研发经费，支持混合动力汽车关键技术、平台集成技术以及整车和关键零部件的开发。
国家发展和改革委员会于2007年11月1日颁布实施的《新能源汽车生产准入管理规则》为各种电动汽车的推广应用扫清了政策障碍。规则根据混合动力汽车特点和技术成熟度，规划了推广应用的范围和条件。
四、我国混合动力汽车发展概况
在混合动力汽车方面，首先在乘用车上推广使用具有怠速停车功能和启动电机。发电机一体化的轻度混合动力轿车技术，将其应用到使用率较高的领域，如城市出租车；其次是在城市公交车辆上推广应用具有制动能量回收功能的混合动力，逐步扩大其应用范围。
混合动力汽车技术基本成熟，以BSG和ISG为代表的轻度混合动力汽车具备产业化条件。2007年11月底，10辆奇瑞BSG混合动力轿车率先销售到奇瑞出租车公司，计划单车运行10万公里以上。12月13日，由长安汽车集团自主研发的首款量产混合动力轿车杰勋HEV，在长安汽车第五工厂正式下线，长安集团计划于2009年生产该款混合动力车3000辆，2010年将达5000辆。
清华大学与清能华通共同研发的“Micro哈里”采用了自主研发的新型四轮智能驱动技术和高性能锂离子动力蓄电池，最高车速65km／h，0km／h-30km／h加速时间4.5s，百公里能耗5kWh，续航里程大于120km。
五、还需要攻关的难题
非常重要的课题之一就是汽车电池的老化。车载充电电池一般要求使用5年以上，或使用100000km以上，而且还必须保证能够稳定使用。汽车电池必须避免在使用过程中过早老化，导致频繁充电的情况发生。
要确保电池的长期使用可靠性，需要对电池单元及单元串联而成的电池组进行电力及热量方面的管理。这就要进行极其精细的控制，比如监视单元温度及电压或电流，估算充电率、确认健全度(容量缩小度)以及优化控制充放电，管理单元温度，发现故障时转化状态、切断系统等。
行驶控制系统方面，目前也正全力实施行驶马达／逆变器、发电马达／逆变器、充电电池、变速箱、车外信息及发动机等的联动及能源，功率管理以及基于模型还在进一步研究开发。
六、结论
并联混合动力汽车 篇7
在制动或 减速时,混合动力 汽车 (hybrid electric vehicle,HEV)中的发电机将汽车的动能或势能转换为电能,存储在能量存储单元中,从而显著提高汽车的能量利用效率,这是HEV所具有的重要特点[1,2]。HEV制动系统 包含机械 制动系统和再生制动系统,这就造成汽车存在3种制动工作模式:电再生制动、机电混合制动以及纯机械摩擦制动。为了在确保汽车制动稳定性的前提下,尽可能多地回收制动能量,必须制定合理的控制策略,以便解决好前后轮制动力分配,协调好驱动轮上电再生制动和机械摩擦制动 之间的关系,这是目前混合制动技术的核心[3,4]。
目前国内外许多学者开展了此方面的研究工作,并取得了一系列研究成果。He等[5]针对并联式混合动力客车进行了前后轮制动力分配研究, 目的是使驱动轴分得最大的制动力,以便回收最多的制动能量。Bao等[6]针对采用气压制动的混合动力客车,制订了前后轴制动力分配原则:在保证制动稳定性的前提下,回收尽可能多的能量。 杨亚娟等[7]针对一款轻型HEV,以整车效率最高为目标,提出了最大能量回收制动控制策略,并采用序列二次规划法对充电功率进行了优化,获得了ISG电机优化转矩。近年来,随着人们对乘坐舒适性的要求越来越高,再生制动控制策略的设计除了像现有研究重点考虑汽车制动安全性、稳定性和能量回收率等因素外,还应兼顾制动舒适性和部件性能。
本文以一款并 联式混合 动力汽车 (parallel hybrid electric vehicle,PHEV)为研究对象,在满足制动力分配原则的基础上,提出了一种基于最佳制动效果和模糊控制相结合的再生制动控制策略,并利用ADVISOR软件和硬件在环仿真实验对该策略从部件性能、制动能量回收、制动感觉等方面进行了全面仿真分析和实验验证。
1理论基础
1.1制动力分配原则
当前后轮同时抱死拖滑时,前后轮都获得最大制动力,制动距离和制动时间最短,制动效果最佳,此时作用于前后轮上的制动力分布曲线为理想制动力分布曲线,称为I曲线[8],如图1所示, 用公式表示为
式中,Ffb、Frb分别为前后轮地面制 动力;G为汽车重 力; hg为汽车质心高度;Lb为汽车质心至后轴中心线的距离; L为汽车轴距。
当前轮先抱死时
此时,随着附着因数φ的不同,所画出的前后轮制动力分布曲线簇称为f线组。
当后轮先抱死时
式中,La为汽车质心至前轴中心线的距离。
此时,随着附着因数φ的不同,所画出的前后轮制动力分布曲线簇称为r线组。
制动强度为
其中,u为汽车车速;g为重力加速度。根据联合国欧洲经 济委员会 (ECE) 汽车法规,z处于0.15~0.80之间时,后轮附着因数利用曲线不能位于前轮对应曲线上方,当φ在0.20~0.80之间时,有z≥0.1+0.85(φ-0.2)。满足ECE制动法规的前后轮制动力分布曲线称为ECE规程曲线,它限定了制动时后轮最小制动力。用公式表示为
PHEV前后轮制动力分配 不能超过 由r曲线、f曲线以及ECE曲线共同包围的区域,例如, 当φ =0.7时,PHEV前后轮制动力分配不能超过图1中的阴影部分,否则会出现各种不稳定制动状态。
1.2制动效果评价指标
为了评价制动能量回收情况,通常以总制动能量、再生制动能量和制动能量回收率为评价指标,其定义分别为
式中,Eb为总制动能量;Fb为总制动力;a为汽车的纵向制动减速度;Ere为再生制动能量;Ub为蓄电池充电电压; Ib为蓄电池充电电流;ηch为蓄电池充电效率;ηre为制动能量回收率。
本文为了综合体现制动效果,兼顾汽车舒适性,增加了一个评价指标:汽车的冲击度j,即汽车减速度的变化率,计算如下:
德国学者研究认为,人体在感觉舒适的范围内所能承受的最大冲击度为10m/s3,如果超过这个值,制动感觉的舒适度会严重降低。冲击度越小,舒适性越好。
2PHEV基于最佳制动效果的再生制动控制策略设计
PHEV在制动过程中因受行驶工况、驾驶员意图、电机与蓄电池状态影响巨大而具有不确定性和非线性,因此需将模糊控制技术应用于制动力分配控制策略的设计中。采用模糊控制技术可以方便地表达不同因素对再生制动的影响,如制动强度z、蓄电池荷电状态(state of charge,SOC) 值等,同时也可以方便地表述难以定量的控制规则,另外对带有不确定性的行驶工况具有较强的鲁棒性和抗干扰能力[9,10]。
2.1控制策略原理
以制动强度z、蓄电池SOC值两个变量作为模糊控制器的输入变量,以期望再生制动力Ff为模糊控制器的输出变量,所设计的基于最佳制动效果的模糊控制策略原理如图2所示。
理想制动力分配模块根据I曲线先求出前后轮制动力Ffb和Frb,其中Frb全部采用机械制动。 然后由模糊控制器根据z、蓄电池荷电状态SOC值求出Ff,与Ffb作取小运算后得到前轮再生制动力Fre和前轮机械制动力Fff。由此可见,基于最佳制动效果的制动力分配策略关键在于如何通过模糊控制器计算出Ff。
2.2模糊控制器的设计
首先,单位化输入变量和输出变量。Ff的取值范围为[0,Fmd],其中,Fmd表示再生制动系统所能提供的 最大再生 制动力;蓄电池荷 电状态SOC值的取值 范围为 [0,0.8],z的取值范 围为 [0,0.7]。然后设计输入输出变量的语言值。将Ff的语言值设计为VS(极小)、MS(中小)、S(小)、 M(中)、B(大)、MB(中大)、VB(极大);将蓄电池SOC值的语言值 设计为MS(中低)、S(低)、M (中)、B(高)、MB(中高);将z的语言值 设计为MS(中低)、S(低)、M(中)、B(高)、MB(中高)。
然后,利用MATLAB的FUZZY工具箱的 图形用户界面 (GUI)建立模糊 推理系统 (fuzzy logic system,FIS),并对输入变量隶属函数、输出变量隶属函数及模糊控制规则进行设计。输入、 输出变量隶属函数均采用两边梯形、中间三角的隶属函数,对应的隶属函数如图3所示。
根据输入和输出变量的量化等级和实际工程经验,确定了25条模糊规则。制动模糊控制规则如表1所示。模糊控制器的推理曲面如图4所示。
最后,采用重心法进行解模糊,经过去单位化运算后,最终得到Ff的有效值。
3ADVISOR仿真分析
利用ADVISOR,选择CYC_NYCC(纽约城市工况)和CYC_US06_HWY(美国高速公路工况)对所设计 的基于最 佳制动效 果控制策 略与ADVISOR自带制动力控制策略进行对比仿真。 表2给出仿真车辆的主要参数。
首先,对部件性能进行仿真。图5和图6分别是CYC_NYCC、CYC_US06_HWY工况下蓄电池SOC的仿真结果。图7和图8分别是CYC _NYCC、CYC_US06_HWY工况下电机工 作点的仿真结果。
由图5和图6可以看出,2种工况下基于最佳制动效果控制策略都能使蓄电池SOC下降减缓,特别是在CYC_NYCC循环工况下蓄电池剩余电量提高幅度更大,工况结束时蓄电池SOC值为0.67,大于ADVISOR自带制动力控制策略的0.65,说明蓄电池回收了更多的制动能量。由图7可以看出,在CYC_NYCC工况下,基于最佳制动效果控制策略的电机提供的再生制动力矩比ADVISOR自带制动力控制策略的电机提供的再生制动力矩明显要大,而在CYC_US06_HWY工况下,这个特点 不太明显 (图8)。 这是因为ADVISOR自带制动力控制策略是依据车辆行驶速度查表来分配制动力的,虽然简单可行,但未考虑是否满足ECE制动法规,同时也没有考虑电机发电特性、蓄电池SOC值等影响因素,电机发电能力未得到充分利用。
然后对制动能量回收情况进行仿真。不同工况下制动能量回收情况如表3所示,不同制动强度下制动能量回收情况如表4所示。
由表3可知,和ADVISOR自带制动力控制策略相比,在CYC_NYCC工况下,基于最佳制动效果控制策略的再生制动能量Ere提高53.53%, 制动能量回收 率ηre提高15.67%;而在CYC_ US06_HWY工况下,Ere只提高5.62%,ηre只提高2.52%。造成这种差别的原因是:2种工况的特点不同。CYC_NYCC为城市道路 循环工况, 车辆启停较为频繁,平均速度为11.41km/h,最大制动强度为0.269,平均制动强度低于0.1。由表4可知,制动强度小于0.1时制动力70%由再生制动提供,因此,本文制定的控制策略可以充分回收CYC_NYCC工况下的制动能量。而CYC_ US06_HWY属于高速工况,制动次数不多,平均速度达 到97.91km/h,最大制动 强度为0.314,制动强度普遍较大。由表4可知,制动强度大于0.1时制动力由再生制动系统与机械制动共同提供,因此,高速公路工况下回收制动能量的优势不明显。
车辆以30km/h初速度行驶,蓄电池SOC初始值为0.7,路面附着系数φ为0.85,2种控制策略在制动强度z分别为0.08、0.35和0.75时的制动能量回收计算结果如表4所示。由表4可知,z<0.1(轻度制动)时,绝大部分制动力由再生制动力提供,此时,基于最佳制动效果控制策略优势突出,相比ADVISOR自带制动力控制策略, Ere提高30.70%,ηre提高17.64%;当0.1≤z< 0.7(中度制动)时,制动力由再生制动与机械制动共同提供,各占50% 左右,此时基于最佳制动效果控制策略优势有所下降,Ere提高20.34%, ηre提高8.74%;当z≥0.7(紧急制动)时,制动力全部由机械制动提供,无再生制动能量。这和所制定的控制规则一致。
最后,对制动感觉进行仿真。图9是制动强度z随前轮制动力Ffb变化曲线。由图9可以看出,制动强度z没有突变,也就是说冲击度j被控制在良好范围内,从而能有效保证良好的制动感觉,提高制动舒适性。
4硬件在环仿真实验
基于MATLAB/Simulink/dSPACE控制系统快速开发和半实物仿真平台,结合所在实验室拥有的发动机和电机实验台架、性能测试设备等硬件,搭建的PHEV硬件在环仿真实验平台如图10所示。
在初速度为30km/h、蓄电池SOC初始值为0.7、总制动能量Eb为550kJ,车辆主要参数保持不变的情况下,将2种控制策略在制动强度z分别为0.08、0.35和0.75时的制动能量回收情况进行ADVISOR仿真和硬件在环仿真实验,两者对比结果如图11所示。对照图11a和图11b可以看出,硬件在环仿真实验结果和ADVISOR仿真结果是一致的,即在轻度制动的情况下,基于最佳制动效果控制策略优势最为突出,在中度制动时优势有所下降,在紧急制动时没有优势。因此, 所设计的控制策略非常适合于车辆启停较为频繁的城市道路循环工况。图11b中的再生制动能量Ere小于图11a中对应值,主要原因是硬件在环仿真实验平台中的发动机、电机、扭矩合成装置等部件的效率低于ADVISOR仿真中的设定值。
5结论
(1)在分析制动力分配应遵循原则的基础上, 提出了基于最佳制动效果和模糊控制的再生制动控制策略,综合考虑了汽车制动的安全性、稳定性、舒适性和能量利用等各种因素,很好地实现了机械制动和再生制动的协同工作。
(2)设计了以制动强度和蓄电池SOC为输入变量,以期望再生制动力为输出变量的模糊控制器,对于带有不确定性的行驶工况具有较强的鲁棒性和抗干扰能力。
(3)对所设计的控制策略进行了全面ADVISOR仿真分析,包括部件性能分析、不同工况和不同制动强度下制动能量回收情况、制动强度的变化三个方面。仿真结果表明,所设计的控制策略在保证汽车制动稳定性的前提下,有效提高了汽车能量利用率和驾驶员的舒适性,取得了最佳制动效果。
并联混合动力汽车 篇8
混合动力汽车采用发动机和电动机作为动力, 成为解决能源危机和环境污染问题的有效手段[1,2]。发动机、动力电池、电机参数匹配结果的优劣决定着汽车的动力性和经济性[3]。
国内外学者对混合动力汽车动力系统匹配已经开展了一系列的研究, Sheu对混合动力汽车传动系参数匹配进行了研究, 建立了混合动力汽车传动系统参数评价方法[4]。Ehsani提出了并联混合动力汽车的动力总成参数设计原则和匹配方法[5]。S.Rinderknecht结合变速器对混合动力电动汽车的动力参数进行匹配分析[6]。清华大学卢兰光针对混合动力汽车提出了一种基于道路工况和整车功率需求分析的系统匹配方法[7]。重庆大学王锟应用正交试验法, 以车辆的燃油经济性作为目标对气电混合动力客车动力参数进行匹配与优化[8]。
本文针对山区城市道路行驶的油电混合动力客车进行研究, 对其发动机、电机以及动力电池组进行了选型, 对其动力系统参数进行匹配, 并通过ADVISOR软件进行仿真分析。
1 参数匹配的初始条件和要求
1.1 整车参数
某型号油电混合动力城市客车采用并联式结构, 其整车参数如表1所示。
1.2 设计目标
根据城市客车道路循环工况, 并充分考虑山区道路条件, 需增大车辆爬坡能力, 混合动力城市客车的动力性能要求如表2所示。
2 动力系统参数匹配设计
2.1 发动机选型
混合动力城市客车的发动机采用柴油发动机, 提供驱动力, 克服客车行驶阻力, 保证最高车速。
最高车速下的发动机功率计算如式 (1) 。
当混合动力混合客车以20km/h的速度爬坡15%时, 发动机功率需求应满足式 (2) 。
为满足客车0~50km/h加速时间小于35s, 发动机功率计算如式 (3) 。
从满足混合动力客车动力性角度考虑, 发动机功率选择应为Pel、Pe2和Pe3中的最大者。考虑到发动机所带的附件功率及空调负荷 (约10kw) , 并有1%~2%的爬坡功率裕量和10%的功率裕量为动力电池组充电, 因此发动机选取功率按照式 (4) 计算。
通过计算, 并充分考虑动力性因素, 混合动力城市客车发动机选择功率为150kw。
2.2 电机选型
混合动力城市客车发动机采用永磁同步电机, 由于在客车起步时发动机处于低转速, 效率低, 造成高油耗和高污染, 所以混合动力城市客车起步采用电机驱动。
在山区道路条件下, 客车在坡道起步时, 起步转矩不仅克服传动系统的静态阻力和路面静摩擦力, 还要用来克服坡道阻力, 起步之后立即加速, 一般要求起步车速达到3km/h~5km/h, 设计要求客车的最大爬坡度为20%, 混合动力客车电机最大功率计算如式 (5) 。
根据公式 (5) , 计算得出混合动力城市客车电机的最大功率为59kw。
2.3 动力电池组选型
动力电池的主要作用是在车辆起步、怠速等发动机效率较低状态下为电机提供所需能量, 在减速、制动时吸收反馈能量, 本混合动力城市客车选用锰酸锂电池。
客车起步时, 动力电池组以瞬间高功率的形式向电机提供电能, 因此电池组的功率必须大于电机输出的最大功率, 即:
动力电池组用作峰值电源, 能量不能完全地用于向驱动系传递功率, 其SOC值在0.3~0.8之间时, 内阻较小, 动力电池效率较高, 因此, 仅有部分存储在动力电池组的能量得到有效的应用, 动力电池的容量通过能量状态来计算, 即:
因此, 动力电池组的最小容量为5.5kw·h, 功率为66.7kw。
3 性能仿真及结果分析
在仿真软件ADVISOR中建立后驱并联混合动力城市客车模型, 并将匹配参数导入模型, 在UDDS工况循环下进行仿真, 循环工况、发动机转速、电机转矩以及动力电池组SOC值变化情况如图1~图4所示。
从图1~图4中可以看出, 当道路循环工况中车速需求较大时, 发动机与电机共同工作, 动力电池组SOC值下降, 为电机提供能量。当道路循环工况中车速需求明显减小或制动时, 电机进行根据动力电池组的SOC值情况, 提供转矩或者对动力电池进行充电。
整车性能仿真结果与设计要求对比如表3所示。
从表3可以看出, 仿真结果符合匹配设计要求。该混合动力城市客车与同型号传统燃油客车相比, 节油率可达到28.2%, 具有良好的动力性和节油率。
4 结论
根据整车动力性要求, 针对山区城市道路条件下某型号并联式混合动力城市客车的动力系统进行动力系统选型和参数匹配, 并通过ADVISOR软件对该混合动力城市客车进行仿真分析, 结果表明该混合动力城市客车动力性满足设计要求, 适于山区城市道路条件, 且具有良好的燃油经济性。
参考文献
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[6]RINDERKNECHT S, MEIER T.Electric Power Train Configurations and Their Transmission Systems[C].International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion, 2010:1564-1568.
[7]吴晓刚, 卢兰光.插电式串联混合动力汽车的系统匹配与仿真[J].汽车工程.2013.35 (7) :573-618.
并联混合动力汽车 篇9
关键词：油液混合,并联,节能,发动机转速,液压挖掘机
0 引言
液压挖掘机用量大、排放不佳的特点使其节能研究备受关注。挖掘机工况复杂、负载波动剧烈,传统的液压挖掘机无法实现动力系统与负载的优化匹配,柴油机大部分时间工作在非高效区,因此燃油消耗高、排放差。为了改善节能效果,目前的挖掘机采用转速感应控制实现发动机和泵的匹配,而在负载—泵环节,则采用负载传感控制或负流量控制[1]。两个环节都是靠调节泵的排量来实现局部功率匹配的,因此,现有液压挖掘机不可能实现全局功率匹配,必须重新考虑挖掘机的动力结构[2]。
鉴于混合动力技术在汽车上的成功应用,目前已经受到了不少工程机械领域的专家和企业的关注。目前的混合动力根据储能元件的不同,可以分为油电混合和油液混合。前者的储能元件为超级电容和蓄电池,后者的储能元件为液压蓄能器。蓄电池的能量密度高,但是它的功率密度却很低,只有30～100W/kg。而液压蓄能器的功率密度可以达到500～1000W/kg[3],能更好地满足挖掘机瞬时大功率的需求。此外,液压蓄能器具有的成本低、寿命长的特点使得油液混合动力技术逐渐成为人们的关注焦点之一。美国环保署(EPA)一直致力于该项技术的推广。美国福特、日本三菱等公司也已经把该项技术应用于城市皮卡、城市垃圾车、城市公交车和重型卡车上。而在液压挖掘机领域,油液混合技术尚处于起步阶段。本文提出一种基于液压蓄能器的油液混合动力方案,使得发动机能稳定工作在高效区,从而降低排放、提高效率。
1 挖掘机工况及发动机工作点
传统的液压挖掘机由行走机构、回转平台、动臂、斗杆、铲斗、行走马达等工作装置组成,主要运动有整机行走、转台回转、动臂升降、斗杆收放、铲斗转动等。每个动作由多个关节复合完成,每个关节工作所需要的功率相差很大。加上挖掘机工作环境恶劣,土壤情况差,扭矩变化大,因此泵的出口压力波动剧烈。由于泵直接吸收发动机的输出扭矩,因此发动机输出扭矩波动剧烈,如图1所示。传统挖掘机发动机的工作点是漂移的,大部分的工作点分布于高油耗区,燃油效率低,如图2所示。因此,要降低挖掘机的油耗,就必须使得发动机在各个油门开度下的工作点分布于最佳燃油点附近[4]。
2 油液混合动力原理及结构
油液混合动力系统是由发动机和带有液压蓄能器的液压马达/泵作为混合动力源的一种新型的混合动力系统[5]。该系统的关键部件为液压马达/泵以及蓄能器。液压马达/泵可工作于四个象限,既能作液压泵又能作为液压马达。它能输出较大扭矩,可以减小发动机装机功率,降低排放,减少油耗,且结构紧凑。蓄能器的功率密度大,响应速度快,可以瞬时完成能量的充放。
现有研究的液压混合共有串联和并联两种模式,串联式油液混合动力系统由发动机、变量泵、液压马达/泵、液压蓄能器和动力装置等以串联的方式组成,如图3所示。发动机驱动恒压变量泵为系统提供恒压动力油源。当发动机输出功率大于负载所需功率时,多余的能量通过变量泵存储在蓄能器中,液压马达/泵工作在马达状态,带动变量泵,从而驱动液压系统。当发动机动力不足,液压蓄能器作为辅助动力源带动液压马达/泵。当回收势能时,液压马达/泵工作在泵状态,往蓄能器中存储能量。串联系统避免了发动机与外界负载的直接联系,因此发动机可以在一个特定工况区域内相对稳定地运行。但是串联式系统能量传递环节多,能量损失和噪声相对较大,并且结构复杂、成本高[6]。并联系统由发动机和液压蓄能器组成,如图4所示。其中发动机、液压马达/泵与挖掘机的变量泵同轴相连。系统可以工作在液压马达/泵单独驱动和发动机、液压马达/泵联合驱动两种模式下。在挖掘机怠速运行时可以关闭发动机,而在挖掘机装载挖掘时,由于工况复杂,为了使发动机工作在稳态模式,故需要由液压马达/泵弥补负载的不足。并联式静液传动混合动力系统整体效率高、元件体积小、噪声低,但是增加了一个能量环,因此控制难度大。
根据串并联混合动力系统的特性,本文选择并联混合动力系统进行仿真研究,原理图如图5所示。当液压马达/泵工作在泵状态,通过液压转换系统使得A口和蓄能器相连,B口和油箱相连;当工作在马达状态,A口和油箱相连,B口和蓄能器相连。该系统具有两个特点:①液压马达/泵的压差始终为蓄能器气体的压力,方便了计算;②保证了液压马达/泵始终朝一个方向旋转。
3 油液混合动力系统仿真模型
MATLAB中的仿真模块如图6所示,它包含控制模块、PID模块、蓄能器模块、液压马达/泵模块以及发动机模块。该仿真模型采用闭环控制,控制对象为发动机的转速。输入为实际的挖掘机载荷谱。控制模块根据SOC值确定油门开度以及目标转速。
3.1 液压马达/泵模型
液压马达转矩公式为
式中,p1、p2分别为进出口压力;ηm为机械效率;qV为排量。
qV的计算公式为
式中,d为柱塞直径;z为柱塞数量;D1为缸体上柱塞分布圆直径;φ为斜盘转角;k2为常量系数。
将式(2)代入式(1),则转矩公式变为
式中,k1为常量系数。
3.2 蓄能器模型
蓄能器有多种形式,其中,气囊式蓄能器具有气囊惯性小、油气隔离性好、 比容大、 密封性好、反应灵敏、充气方便等特点[7]。胶囊式蓄能器的胶囊采用耐油橡胶, 胶囊内充有氮气。基于以上特点,本文油液混合动力挖掘机中采用气囊式蓄能器。
根据理想气体方程确定压力与体积的基本关系:
p Vn=p0V
即
式中,p为蓄能器压力,Pa;V为压力为p时气体的体积,L;p0为蓄能器的充气压力,Pa;V0为蓄能器中气体的初始体积,L;n为气体指数,对于氮气,n=1.4。
蓄能器的流量连续方程为
式中,V为蓄能器气腔的体积。
而管路里流量为
V1=π×0.042×5/4=6.3×10-3m3
式中,nm为液压马达转速;V1为从蓄能器到液压马达的管路液体体积;βe为液体膨胀系数,取为βe=6×10-10。
把式(2)代入式(7),联合式(6)得
k3=3.78×10-12
3.3 发动机模型
发动机的动力学模型主要是确定发动机输出转矩、转速和油门位置三者的关系。由牛顿第一定律可得三者动力学关系:
式中,Med(ne,α)为发动机主轴输出扭矩(即负载扭矩);Me(ne,α)为发动机输出扭矩,确定了发动机转速和油门开度后通过查表得出; Je为等效发动机转动惯量;Ce为等效黏性阻尼;ne为发动机转速;α为发动机实际油门位置;αcom为发动机目标油门位置。
发动机调速器的动态响应为一阶惯性环节,其数学模型为
式中,τ为调速器响应阻尼;k为调速手柄动态响应刚度。
发动机模型中,取Je=1,Ce=0.1,τ=0.1,k=1。
3.4 控制模块
除了建立各个部件的数学模型外,还需要有整体控制策略,从而协调各部件工作。为了初步验证油液混合动力系统的节能效果,本文采用发动机多工作点控制策略。根据发动机万有特性曲线,发动机每一个挡位下都有一个最佳燃油效率工作点。结合蓄能器SOC的变化来调整油门位置,并使得发动机工作在该油门位置下的最佳工作点,即:①根据负载情况初步确定发动机的目标油门开度α,本文初定油门开度为0.8;②当蓄能器SOC≤SOCmin,发动机油门提高到最大值1,用于充能,直至充满;③当蓄能器SOC≥SOCmax,发动机降低一挡油门至0.7;④当蓄能器SOCmin≤SOC≤SOCmax,发动机保持油门位置不变;⑤根据目标油门开度查表获得确定目标转速nset;⑥通过PID控制使得发动机转速稳定到目标转速。
蓄能器的SOC值设定为蓄能器瞬时油液量和蓄能器最大进油量之比[8]。当SOC为0时,蓄能器储能为0;当SOC为1时,蓄能器储能达到最大值。由于液压蓄能器具有功率密度高的特点,能在瞬时达到所需功率,因此蓄能器可以实现全充全排。为了安全起见,留有一定余量,故设定SOCmin=0.2,SOCmax=0.8。
4 混合动力模型仿真及结果分析
4.1 参数选择
本文模拟的是15t液压挖掘机,它的动力系统的额定输出功率为82kW(2200r/min转速下),系统的动力配置为:发动机42.9kW(2200r/min转速下),发动机功率不能选择过大,以防止瞬时蓄能器被过充;液压马达/泵160kW(在35MPa,2200r/min时),在这里选择大功率的液压马达,主要是由于液压马达的瞬时功率和蓄能器的压力成正比,因此需要选择较大余量,以防止液压马达不能补偿峰值扭矩差。各部件的参数选择如表1所示。
4.2 仿真结果及比较
系统的动力输入如图1所示。数据采集于重载工况下15t挖掘机,采样时间为一个工作循环。MATLAB/Simulink模型见图7。
图8为普通液压挖掘机的发动机转速图。由于负载波动剧烈,因此发动机转速很不稳定,上下波动达到几百转。图9为并联式油液混合动力挖掘机发动机目标转速图,3个油门开度下对应的目标转速值为:油门开度1,目标转速2230r/min;油门开度0.8,目标转速2046r/min;油门开度0.7,目标转速1900r/min。图10为实际转速图。可见当采用混合动力技术后,负载的波动完全由液压蓄能器来补偿,因此发动机得以稳定工作在各个油门位置下的工作点。图11所示为蓄能器SOC值。可见在SOC过低或过高时,发动机会提高或降低挡位,保证蓄能器正常工作。
图12所示为普通液压挖掘机和并联油液混合动力挖掘机系统燃油消耗图。在一个工作循环后,共可节省燃油达30%。可见在采用并联油液混合动力技术后,系统节省了燃油,减少了排放。
5 结束语
仿真结果证明,采用油液混合动力能稳定发动机转速,降低燃油消耗,从而提高整机动力性能, 降低排放。 油液混合动力液压挖掘机在节能方面有着特有的潜力,是一个值得研究的方向。
参考文献
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[3]Van de Ven J D,Olson M W,Li P Y.Development of a Hydro-mechanical Hydraulic Hybrid Drive Train with Independent Wheel Torque Control for an Urban Pas-senger Vehicle[J].Proceedings of the National Confer-ence on Fluid Power,2008,51:503-514.
[4]王冬云,管成,潘双夏.液压挖掘机功率匹配与动力源优化综合控制策略研究[J].农业机械学报,2009,40(4):91-95.
[5]刘涛,伊永亮,姜继海.浅谈静液传动混合动力车辆的原理及应用[J].液压与气动,2009(2):56-58.
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[7]魏英俊.液驱混合动力SUV制动能量回收研究[J].农业机械学报,2007,38(8):26-29.
并联混合动力汽车 篇10
关键词：混合动力,换档规律,三参数,客车
0引言
目前对混合动力车辆的研究主要集中在能量管理上,而对换档规律方面的研究较少。本文选取单轴并联式混合动力车辆作为研究对象,对其动力性换档规律进行研究。通过分析传统燃油车辆的最佳动力性换档规律的理论求解方法,推导出单轴并联式混合动力车型基于发动机油门开度、电机等效油门开度、车速的3参数换档规律的理论求解方法［１］。
1换档控制参数的选取
换档规律控制参数一般有3个:发动机油门开度、 车速和加速度［２］。传统燃油车辆一般选取发动机油门开度、车速作为换档规律控制参数。混合动力车辆和传统车辆在结构上有所不同,它有电机和发动机两个动力源,因此它的油门开度包含发动机油门开度、电机等效油门开度两个。本文将选取发动机油门开度、电机等效油门开度、车速这3个参数作为混合动力车辆换档规律的控制参数,并同时考虑了发动机和电机这两个动力源对换档规律的影响。因此,相比传统燃油车辆的两参数换档规律,该三参数换档规律更能满足混合动力车型的动力性要求。
2动力性换档规律的求解方法
图解法、经验法和解析法为确定动力性换档规律的三大方法。本文将选用解析法作为研究方法。
以发动机油门开度和车速作为换档控制参数的动力性换档规律的求解方式为:先选取一个发动机油门开度并保持其不变,然后使车辆分别以不同的档位从静止加速行驶,计算出车辆以相邻档位行驶,加速度相等时的车速,这个车速便是换档点车速。用此方法经过数学计算便可以确定出换档规律控制参数的理论值,这种方法适用于各类型车辆,应用较为广泛［３］。
3混合动力汽车动力性换档规律的解析法求解
用解析法来求解车辆换档规律时用到的最基本方程是汽车行驶方程式。
3.1传统车辆基于解析法的动力性换档规律求解
由解析法的定义可知,保持发动机油门开度不变, 找到车辆以相邻档位从静止加速行驶,加速度相同时的车速。在这里可以利用如下汽车行驶方程式［４－５］:
其中:Fｔ为汽车驱动力;Fｆ为滚动阻力;Fｗ为空气阻力;Fｉ为坡度阻力;Fｊ为加速度阻力;Tｔｑ为汽车动力源输出扭矩;iｇ为变速器传动比;iｏ为主减速器传动比;nＴ为传动系机械效率;r为车轮半径;G为汽车重力;f为滚动阻力系数;θ为坡度角;CＤ为空气阻力系数;A为车辆迎风面积;v为车辆行驶速度;m为车辆质量;δ为汽车旋转质量换算系数。
如果不考虑坡度因素,即θ=0,式(2)可简写为:
根据求解定义,相邻的档位加速度相同,即(其中,h为档位,vh为车辆在h档位时的换档车速),根据汽车行驶方程式可以对其进行变换,即:
根据试验台架的实验数据可知发动机的扭矩和其转速是呈线性变化的,可以近似用多项式来描述扭矩和转速的关系:
其中:Tｅ为发动机扭矩;nｅ为发动机转速;aｋ为方程系数,k为拟合阶数,k=0,1,…。拟合阶数k一般因特性曲线不同而不同,本文取k=2。应用拉格朗日插值法,我们取发动机负荷特性曲线上的3点,即(nｅ１, Tｅ１)、(nｅ２,Tｅ２)、(nｅ３,Tｅ３),可以算出:
发动机转速和汽车行驶速度之间的关系式为:
把式(6)~式(9)代入到式(1),并化简可以得到:
其中:ak、bk、ck为二次方程系数。由此可以求得:对所求解出的值和当前档位所能达到的最大行驶车速以及下一档位行驶的最小车速进行比较,若在二者区间范围内,该车速即为换档点车速。
以上是传统车辆的动力性换档规律解析法的求解方式,混合动力车型的动力性换档规律解析法求解方式与其类似。
3.2混合动力车辆基于解析法的动力性换档规律求解
3.2.1发动机单独驱动
在发动机单独驱动的工作模式下,整个混和动力车辆的动力源只有发动机一个,即:
在这种工作模式下,混合动力车动力性换档规律的解析法求解方式和传统车辆的求解方式一样,在此不再赘述。
3.2.2电动机单独驱动
在电机单独工作模式下,只有电机一个动力源,此时混和动力车辆动力性换档规律求解方法和发动机单独驱动下的求解方法类似,即:
其中:Tｍ为电机扭矩。电动机扭矩—转速特性曲线不可以用简单的一元二次方程来表示,在该混合动力车辆采用的电机中,电机扭矩随转速的变化曲线可以表示为:
其中:nｍ为电机转速;nｍ１为电动机额定转速;T为电动机额定转矩。系数a０、a１、a２可以用拉格朗日插值法求解出来,其余求解过程和传统车辆的求解方式一样。
3.2.3联合驱动
联合驱动,即发动机和电动机同时为车辆提供扭矩,此时车辆的总扭矩即为二者之和［６－７］:
根据汽车行驶方程式可得:
则由式(15)和式(16)可以得到:
其中:F(f+w)为空气阻力与滚动阻力的和。式(17)经过化简可以得到一元二次方程式:
由式(18)可以求得:,和传统车型换档规律一样,对所求解出的值和当前档位所能达到的最大行驶车速以及下一档位行驶的最小车速进行比较,若在二者区间范围内,该车速即为换档点车速。
3.2.4发动机驱动电动机发电
发动机驱动电动机发电工作模式下,混合动力车辆有两个动力源,但只有发动机负责为车辆提供行驶扭矩,电动机此时利用发动机扭矩发电为电池充电。 因此,此时车辆的总扭矩即为二者之差:
其余求解过程与联合驱动模式类似。
4结论
最具成本效益的混合动力汽车 篇11
根据美国用户追踪信息公司提供的5年使用数据，雷克萨斯CT200h被评为最为客户省钱的混合动力汽车：5年能够平均为每位车主节省6379美元。2013款的CT200h比全燃油版本雷克萨斯IS250的定价低838美元，5年平均节省燃油费6154美元。
2. 林肯 MKZ 混合动力
使用5年平均为每位车主节省：4778美元
与全燃油版本价格差异：高450美元
节省燃油成本：4818美元
3.奥迪 Q5 混合动力
使用5年平均为每位车主节省：3805
与全燃油版本价格差异：少594美元
节省燃油成本：3190美元
4.奔驰 S级 混合动力
使用5年平均为每位车主节省：3283美元
与全燃油版本价格差异：少2489美元
节省燃油成本：2475美元
5.丰田 阿瓦隆 混合动力
使用5年平均为每位车主节省：2222美元
与全燃油版本价格差异：高2806美元
节省燃油成本：4526美元
6.现代 索纳塔 混合动力
使用5年平均为每位车主节省：1674美元
与全燃油版本价格差异：高1937美元
节省燃油成本：2714美元
7. 丰田 普锐斯 v
使用5年平均为每位车主节省：1528美元
与全燃油版本价格差异：高5042美元
节省燃油成本：5270美元
8.大众 捷达 混合动力
使用5年平均为每位车主节省：1487美元
与全燃油版本价格差异：高1832美元
节省燃油成本：3781美元
9.本田 音赛特
使用5年平均为每位车主节省：1079美元
与全燃油版本价格差异：少54美元
节省燃油成本：2213美元
10.福特 福逊 混合动力
使用5年平均为每位车主节省：803美元
与全燃油版本价格差异：高4522美元
节省燃油成本：4977美元
11.丰田 普锐斯 c
使用5年平均为每位车主节省：474美元
与全燃油版本价格差异：3004美元
节省燃油成本：3237美元
12.讴歌 ILX 混合动力
使用5年平均为每位车主节省：471美元
与全燃油版本价格差异：高2275美元
节省燃油成本：3152美元
13.雷克萨斯 ES 300h
使用5年平均为每位车主节省：195美元
与全燃油版本价格差异：高3011美元
节省燃油成本：4526美元
（宁良凌编译自美国《福布斯》）
混合动力汽车动力总成设计构想 篇12
1 高压共轨柴油机电控技术简介
高压共轨柴油发动机采用电子控制单元 (Electronic Control Unit简称ECU) 从传感器 (油门位置、转速、大气状态、水温、共轨压力) 获取信息, 结合约束条件, 查找预先设定好的MAP, 调整喷油器的主喷, 预喷和后喷 (可选) 时长, 达到控制喷入气缸油量目的。博世高压共轨柴油机电控系统以转速为输入, 结合转速、油门来控制油量和喷油时间, 高压共轨柴油系统以扭矩为输入, 控制最后的油量和喷油时间。
2 电机驱动系统控制简述
电机驱动系统作为类似发动机功能单元的动力单元通常由电机和电机控制器组成。而电机控制器由电机控制器核心板, IGBT驱动电路, 控制电源, 结构和散热系统, 高压开关控制电路组成。控制器核心板负责接收整车控制器的指令并反馈信息, 检测电机系统内传感器信息, 根据指令和传感器信息产生逆变器开关信号;IGBT驱动电路接收CPU板开关信号并反馈信息 (如各相电流) , 放大开关信号并驱动IGBT, 提供电压隔离和保护功能;控制电源为CPU板和驱动电路提供多路相互隔离的电源;结构和散热系统则为电力电子模块散热, 支撑组件安装并提供环境保护;高压开关控制电路负责接受信号将直流电源能量传递给逆变器, 减少突然接通电路的大电流冲击。
各种电机转矩-转速特性在加减速或速度调节情况下都服从运动学方程Te-TL=J*dn/dt (Te为电磁转矩, TL为负载转矩, J为转动惯量, n为电机转速) , 对于恒定负载或者突加减负载, 只需要控制电机电磁转矩即可。
以某型号永磁同步电机 (额定75kw, 输出扭矩540N.m) 控制为例, 接收扭矩请求后将扭矩控制转化为定子q轴电流PI调节;励磁或弱磁控制部分转换为定子d轴电流PI调节[2]。空载情况下在线修改整车控制器RAM指令, 经过CAN总线发送给电机控制器, 0-1.48秒间发命令扭矩20N.m, 转速上升斜率较小, 1.48秒时刻更改为40N.m命令扭矩, 转速上升斜率变大, 在低速空载情况下电机经过报文发出的扭矩和命令扭矩有差异, 真实值需在测功机上测量。电控发动机和电机控制可实现CAN总线模式下转速和扭矩控制, 发动机ECU其通讯协议遵循SAE J1939, 电机控制通讯协议需要自行设定。
3 整车电控技术原理和设计
基于以上对发动机和电机控制的认识, 在并联式混合动力客车中可类比传统柴油车的控制方式, 由司机加速踏板开度 (即传统车油门) 和制动踏板开度, 发动机及电机转速, 并结合发动机水温等约束条件分配二者扭矩。对于串联或者增程式混合动力客车, 尽可能使得发动机转速位于经济区域, 即主要是发动机转速控制和发电机的扭矩控制。除了发动机和电机自带的ECU, 需要另外设计整车控制器 (Vehicle Control Unit简称VCU) 。
3.1 整车控制原理
串混或增程式系统主要驱动力来自驱动电机, 根据电机转速和加速踏板及制动踏板查询扭矩需求得到驱动电机的需求扭矩, 再结合A-PU (即发动机-发电机系统所能提供的电流限制) 得到电机的目标扭矩, 该目标扭矩由整车控制器经过CAN报文发送给电机控制器, 而电机需求扭矩转化为能量需求并结合电池 (或者超级电容) 电压以及剩余电量SOC转化为APU电流需求, 再经CAN总线实现对发动机转速和发电机扭矩 (或者励磁PWM) 需求。
对于并联混合动力, 由于发动机的转矩响应受瞬态空燃比控制燃油补偿等因素较目标扭矩迟滞, 而电机的扭矩响应在毫秒级, 可认为是瞬变量。若某一时刻目标扭矩是600N.m, 分配给电机和发动机扭矩分别是200 N.m和400 N.m, 必然导致瞬间合成扭矩和目标扭矩差异较大影响舒适性, 以并联式混合动力客车从纯电动切换到发动机单独驱动为例, 电机目标扭矩瞬间变为0, 此时发动机输出扭矩尚未输出到位将导致动力中断, 需要电机转矩补偿或者延缓电机响应。
3.2 VCU硬件结构
设计一款采用freescale S12X系列处理器的VCU, 负责采集挡位, 加速踏板和制动踏板信息, 并根据转速或者车速信息, 发送扭矩命令给电机控制器和发动机ECU (也可用总线油门或者硬件油门信号) ;对于带有自动变速箱的车辆, 需要根据挡位和位置传感器由H桥电路控制离合器或者选档换挡执行器;对于串联式混合动力汽车, 通常需要控制发电机励磁或发电机扭矩需求。
发动机ECU的RAM设计为1-2MB, 单片机自身RAM通常难以达到, 需要另外用地址数据总线扩展, 可标定数万个浮点型变量和若干一维和二维MAP。S12X处理器RAM为64KB, 在标定变量不是特别大的情况设定某个RAM地址区域用于MAP和可调整参数标定, 通常使用CAN Calibration Protocol (CCP) 协议。
3.3 VCU软件结构
在codewarrior下新建工程文件project后, 手工代码完成硬件层驱动程序, 如CAN, AD, PWM等功能。控制策略部分通常采用Matlab Simulink中进行上层算法建模仿真调试, 其软件结构通常分为初始化和步进执行两部分。初始化不进入无限循环只需要执行一次, 而步进执行部分分不同的周期需要在无限循环中执行, 该周期需要在simulinkconfigue中设置且须和project中执行周期一致。然后利用Real-Time Workshop工具箱对上层算法进行自动代码生成。最后需要在Codewarrior集成开发环境中将生成的C代码形式的上层算法与手写代码进行拼接, 整合与调试, 编译连接之后生成在单片机环境下运行的可执行文件, 可通过串口或者CAN下载已经编写bootloader的VCU中。
4 结束语
以扭矩为切入点分析发动机和电机控制的共性从而扩展应用到混合动力汽车研发是本文的主要脉络。建立在Freescale S12X处理器平台的整车控制器可实现simulink算法生成代码, 并通过扭矩命令 (或者转化为发动机油门) 实现对电控发动机和电机的控制可以应用于混合动力汽车开发。
参考文献
[1]黄海燕.汽车发动机试验学教程[M].北京:清华大学出版社, 2009.
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巴西混合动力汽车动力系统企业的考察报告09-23
混合动力09-15
混合动力车辆10-14
混合动力传动05-11
混合动力船舶05-26
混合动力客车06-18