并联混合动力中型客车多能源动力优化控制策略(2)

山东理工大学硕士学位论文 目 录 3.3.5 并联混合动力客车变速器选型 ...........................................................................26 3.4 YTK6605QHEV动力传动系参数的选择 .....................................................................27

3.4.1 YTK6605QHEV发动机参数的选择 ....................................................................27 3.4.2 YTK6605QHEV发动机参数的选择 ....................................................................29 3.4.3 YTK6605QHEV电池参数的选择 ........................................................................30 3.4.4 YTK6605QHEV传动系速比的选择 ....................................................................32 3.5 本章小结 .........................................................................................................................34 第四章 并联混合动力中型客车动力总成控制策略 ..............................................................35 4.1 概述 .................................................................................................................................35 4.2并联混合动力客车控制策略研究 ..................................................................................35

4.2.1 电动助力控制策略 ...............................................................................................35 4.2.2 实时控制策略 .......................................................................................................37 4.2.3 模糊逻辑控制策略 ...............................................................................................39 4.3 YTK6605QHEV的控制策略和控制模式 .....................................................................40 4.4 本章小结 .........................................................................................................................41 第五章 ADVISOR软件仿真及结果分析 ...............................................................................42 5.1 概述 .................................................................................................................................42 5.2 电动客车仿真软件ADVISOR简介 .............................................................................42

5.2.1 ADVISOR的文件结构和工作原理 .....................................................................42 5.2.2 ADVISOR的仿真界面 .........................................................................................43 5.2.3 ADVISOR的基本功能 .........................................................................................46 5.3 ADVISOR仿真方法及m文件的建立 ..........................................................................46

5.3.1 ADVISOR仿真方法 .............................................................................................46 5.3.2 m文件的建立 ........................................................................................................48 5.4 YTK6605QHEV性能测试选型、仿真工况及结果分析 .............................................48

5.4.1 设置性能测试选项 ...............................................................................................48 5.4.2 仿真工况研究 .......................................................................................................49 5.4.3 仿真结果分析 .......................................................................................................51 5.5 本章小结 .........................................................................................................................52 第六章 论文总结与研究展望 ..................................................................................................53 6.1 全文总结 .........................................................................................................................53 6.2 研究展望 .........................................................................................................................53 致 谢 ......................................................................................................................................55 参考文献 ....................................................................................................................................56 在学期间公开发表论文及著作情况 ........................................................................................59

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山东理工大学硕士学位论文 第一章 引言 第一章 引 言

1.1 选题背景

为降低汽车的能源消耗和废气排放，近年来传统内燃机汽车(ICEV)、纯电动汽车(EV),混合动力电动汽车(HEV)和燃料电池汽车(FCV)等新技术取得了长足的进步。然而由于发动机及相关技术的限制，传统内燃机汽车的能耗和排放很难再作突破性的改善。燃料电池也由于高昂的成本、目前尚低的可靠性和运行寿命，以及氢燃料基础设施的缺乏而无法在短期内替代传统内燃机汽车。

使用电动汽车可实现无污染，无疑是解决问题的最有效途径。但是，由于电动汽车的关键部件—电池的能量密度、寿命、价格等方面的问题，使得电动汽车的性价比无法与传统的内燃机汽车相抗衡[1]。在这种情况下融合内燃机汽车和电动汽车优点的混合动力电动汽车HEV (Hybrid Electric Vehicle)异军突起，它有比传统汽车更高的燃油经济性和更低的排放，以及在规定范围内实现零排放(纯电动模式)，又克服了电动汽车续驶里程短的缺点。

混合动力电动汽车同时配备电力驱动系统和发动机系统，混合动力电动汽车将发动机、电动机、能量储存装置组合在一起，它们之间的良好匹配和优化控制可充分发挥内燃机汽车和电动汽车的优点，避免各自的不足，是当今最具实际开发意义的低排放和低油耗汽车[2]。

混合动力系统的采用可以使汽车有更多的工作模式，改善了发动机的运行工况，提高了运行效率[3]。混合动力系统作为混合动力电动汽车的核心，具有高度的复杂性。只有充分考虑系统的结构形式、部件参数、控制策略以及汽车的行驶路况等因素对系统性能的影响，做到整个混合动力系统的合理匹配，才能提高系统的运行效率，充分发挥混合动力驱动系统的潜力。

1.2 论文研究的目的和意义

节能与环保成为当今世界汽车发展的两大主题，汽车工业的可持续发展战略以及我国汽车工业所面临的现状迫使我们必须寻求新的发展道路，再加上今年经济危机的影响，政府对电动汽车的发展提供了大量政策支持。新能源汽车本身的产业前景也是非常广阔的，一方面，传统能源日渐稀缺，环境问题日益加剧，汽车行业需要未雨绸缪，加以应付，提前做好技术准备；另一方面，这也是汽车业目前面临的危机与调整带给新能源汽车的机遇。我们要抓住机遇，下决心把发展电动汽车实现产业化作为我国汽车工业实现

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山东理工大学硕士学位论文 第一章 引言 跨越式发展的战略性举措。

就其定义而言，混合动力电动汽车(HEV)是指车辆驱动系由两个或多个能同时运转的单个驱动系联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系单独或共同提供[4]。在并联混合动力电动汽车多能源动力总成配置中，通常将内燃机与牵引电机通过机械传动装置耦合在一起，在不同的工况条件下组成不同的工作模式，从而使内燃机和牵引电机发挥各自优点，以应对越来越严酷的环保和能源限制要求。并联混合动力电动汽车多能源动力总成由内燃机、牵引电机或电动/发电机、储能装置、传动装置、电力电子和微电子控制器等组成，这些部件的参数匹配和系统控制策略对于混合动力电动汽车的性能起着至关重要的决定性作用。值得强调的是：任意设计的 HEV 是不能达到以上要求的。这就要求设计者对 HEV 的整体匹配进行研究，包括动力驱动系统的布置形式、各部件参数的选择、功率在牵引电机和发动机之间的分配关系及其控制策略的确定等等，使各部件达到合理的匹配。如果采用传统的汽车开发的方法，混合动力电动汽车的开发将会是个漫长的过程，而且开发成本也会很高。随着计算机软硬件技术的飞速发展，新兴的虚拟样机技术逐步在汽车开发中得到广泛应用。为此，在开发阶段必须通过计算机仿真技术寻求适宜的匹配和控制策略，以使用较低的开发成本、较短的开发周期研制我国自主产权的混合动力电动汽车多能源动力总成控制系统，满足整车性能及产品实用性要求，促进我国汽车电控产业的发展。这也正是本论文所研究的目的和意义所在。

1.3 国内外混合动力电动客车的研究现状与发展趋势

1.3.1 国外混合动力电动客车的研究现状

在日本政府实施严格的汽车环保法案、给予达标车辆优惠政策等的影响下，日本混合动力汽车技术居世界领先水平。丰田是全世界第一台正式批量生产的混合动力车的制造者，自从1997年开始，Prius就开始在日本销售，2000年起便在北美、欧洲及世界各地公开发售。丰田公司已经开发出5中商业化车型。且应用于动力性能要求更高的SUV车型上—雷克萨斯的RX400h(日本名为Harrier Hybrid)和Highlander Hybrid(日本名为Kluger Hybrid)[4]。本田公司分别在1999年和2001年推出的“INSIGHT”，和“CIVIC”。本田还在混合动力车的开发上，通过研究新型发动机、镍氢蓄电池等追求动力高效化；通过开发新型轻质铝车身、树脂油箱等谋求车辆的轻型化，使汽车达到每公升汽油可行驶35公里的世界最高水平，并且使汽车尾气排放达到世界最严格要求的标准。日产公司也能够批量生产并联混合动力汽车系统。

与日本相比，美国混合动力汽车的研发起步稍晚，但美国三大汽车公司的进展速度很快。美国政府于1997年与克莱斯勒公司、福特公司和通用汽车公司合作，实施新型汽

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山东理工大学硕士学位论文 第一章 引言 车合作计划(PNGV)，该计划制定的混合动力电动汽车开发的目标是：2002年进行试验性推广，2004年达到全面商业化生产。在2000年的北美国际汽车展上，三大公司分别展出了自行研制的混合动力轿车:通用Precept，福特Prodigy，戴姆勒—克莱斯勒Dodge ESX3。Precept是通用汽车公司展出的一款具有先进技术的环保车，直接归属PNGV ( Partnership for a New Generation of Vehicles)项目。它是一种采用发动机为主，电动机为辅的配置方式，适合五人乘坐的家用轿车，设计百公里油耗为3.5L，燃油效率是使用一般燃料的同类车型的三倍。

欧洲在混合动力汽车的开发、研制和推广方面作了大量投入。突出代表是法国的Berlinge，在性价比上能与一般汽车相抗衡，代表了国际实用先进水平。目前，德国己有20辆混合动力大客车在斯图加特和威塞尔市运行。最近，德国汽车工业准备实施新的排放标准和节能要求，将在部分地区限制百公里油耗超过5升的轿车行驶，也将促使人们把希望寄托在混合动力汽车的开发上。瑞典沃尔沃公司也开发出基于沃尔沃FL6卡车改装的混合动力电动汽车，最高时速可达90km。 1.3.2 国内混合动力电动客车的研究现状

电动汽车在我国863计划启动之初就是重要专项之一，2000年科技部进一步将电动汽车的产业化列为“十五”科技工作重中之重的重大专项[5]。混合动力客车和混合动力轿车目前发展比较快。混合动力客车是由一汽和东风公司牵头，与众多科研院所合作研制的。

清华大学在混合动力电动汽车关键技术和系统及理论方面作了许多工作, 1995 年就开始这方面的研究。到目前为止国内已有几个单位试制出了混合动力电动汽车的样车 , 如广州市电车公司开发了混合动力公共汽车； 华南理工大学与广东云山汽车厂也合作开发了一种中巴混合动力汽车。1998年，清华大学与厦门金龙公司合作研制了混合动力客车；江苏理工大学也进行了串联式混合动力公交轻型客车的研制[6]。吉林大学分别与第一汽车集团、中国汽车技术研究中心进行混合动力卡车、轿车和客车的研究。常州长江客车集团也在2001年5月与北京能源技术科研机关研制了2辆11米的混合动力大客车，至今已运行了近8000km，运营状况良好。目前常客集团工矿车辆有限公司又与航天部杭州航天万源绿色动力科技有限公司继续研制开发这种混合动力电动公交大客车。一汽自主研发的解放牌混合动力城市客车已通过国家“863”电动车重大专项专家组的项目验收。2005年4月，天津清源电动车辆有限责任公司向美国成功出口6辆自主研发生产的“幸福使者”电动汽车，后经过美国经销商的性能测试和市场推广，对该车的各项性能指标均非常满意，随后同年9月美方再次向清源公司订购“幸福使者”电动汽车106辆，这112辆电动汽车成功批量销往美国既是我国国内电动汽车第一次出口，同时也标志着天津清源电动车辆有限责任公司已经初步实现了电动汽车产业化，走在了全国同行

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山东理工大学硕士学位论文 第一章 引言 的前列[7]。东风集团的混合动力公交车已于2005年7月完成最终产品定型样车试验并通过验收。从此，我国首款自主研发、完全拥有自主知识产权的东风混合动力电动公交车正式投放市场[8]。

1.3.3 国内外混合动力电动客车的发展趋势

近几十年来, 世界各国汽车工业都面临着能源危机与环境保护两大挑战。为此, 各国政府纷纷制定相应对策, 力图开发出新一代清洁节能型汽车。我国财政部和科技部联合出台了《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》。此次财政支持的节能与新能源汽车主要指混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车，对于节油率在40%以上的混合动力汽车，其补助标准将达到5万元/辆，并且鼓励在公交、出租等公共服务领域率先推广新能源汽车。此次明确提出具体的补助方案，显示出政府发展新能源汽车的决心。由于电池技术的瓶颈, 纯电动和燃料电池电动汽车技术发展相对缓慢。目前, 混合动力电动汽车由于其高能量效率和低排放性能向传统汽车提出了极大挑战, 发展势态迅猛, 市场化进程很快。

1.4 论文的主要研究内容

论文将以传统客车YTK6605Q为研究对象，将其设计为并联式混合动力电动客车，在不牺牲其动力性的基础上，提高燃油经济性和降低排放。实现混合动力系统设计目标的关键在于确定系统的结构、动力系统的合理匹配、参数优化以及多能源动力分配控制策略的制定，然后进行性能仿真分析。基于以上考虑，本课题主要研究内容如下：

(1)并联式混合动力城市客车动力系统总体方案的确定。

(2)并联式混合动力城市客车动力系统参数选择与匹配。根据本文制定的整车动力性能指标要求，提出并联式混合动力总成参数的匹配方法和原则，对并联式混合动力城市客车进行动力系统参数匹配。

(3)并联式混合动力城市客车控制策略的研究，其中包括模糊逻辑控制策略、自适应控制策略、遗传实时控制策略。本部分主要完成控制策略在整个模型中的建立，综合考虑车辆的动力性能、燃油经济性和电池荷电状态，建立合适的控制策略。

(4)并联式混合动力城市客车整车性能仿真。采用ADVISOR仿真思想建立起整车仿真模型，并根据整车参数、选择的动力系统参数以及制定的控制策略对设计好的车型进行仿真，并对仿真结果进行分析。

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