蓄电池混合动力汽车控制策略设计及仿真

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1、A版柴油发动机／蓄电池混合动力汽车控制策略设计及仿真周苏张爱晖纪光霁(1．同济大学汽车学院，2．同济大学新能源汽车工程中心，3．同济大学中德学院，上海201804)【摘要】针对采用柴油发动机和蓄电池作为动力源的并联式混合动力汽车，建立了基于Matlab／Simulink的车辆纵向动力学和驾驶员模型，并设计了功率跟随式控制策略。该控制策略将车速、负载和蓄电池SOC作为控制变量，以降低颗粒物与氮氧化物排放、提高燃油经济性为目标，采用Stateflow实现。基于新欧洲行驶循环的仿真结果表明，采用该混合动力驱动系统能较好的满足整车动力性要求，在降低燃油

2、消耗的同时显著提高排放性能。【Abstract】AimingatthePHEV(parallelhybridelectricvehicle)poweredbydieselengineandbattery，amodelforlongitudinaldynamicsofvehicleanddriverisestablishedbasedonMatlab／Simulink．Alsoapower—followercontrolstrategyisdesigned．Thisstrategytakesvehiclespeed，loadandbatteryS

3、OCasdecision—makingvariables．ItusesStateflowtryingtoreducePM(particulatemat—ter)andNOX(nitrogenoxide)emissionsandtoimprovefueleconomy．TheresultbasedonNEDCshowsthatthissystemcanproperlymeettherequirementofvehicledynamicperformance，andcanpro-moteemissionperformanceandmeanwhile

4、reduceruelconsumption．【关键词】混合动力汽车柴油发动机控制策略排放性能doi：10．3969／j．issn．1007-4554．2012．09．O1作用。0引言1整车动力系统结构与建模在全球环保形势日益严峻的情况下，降低尾气排放已成为车辆设计过程中的重要任务。混合根据拓扑结构的不同，混合动力驱动系统可动力驱动系统凭借发动机与电动机的协同合作，分为并联、串联和混联式。其中，并联式可通过在在保障动力性的同时减少了尾气排放和燃油消传统驱动系统上加入电气模块实现，具有效率较耗，是现阶段汽车技术的重要研究方向。作为整高、结构简单的优

5、点。图1所示为本文所研究车车控制的核心，控制策略根据行驶过程中的具体辆的动力系统结构，该车辆为后轴驱动，采用并联工况选择合适的驱动模式，并协调两动力源之间式混合动力系统。根据所处的工况，车辆所需的功率的分配，对混合动力车的性能起着决定性的驱动力既可以由柴油机或电机单独提供，也可由收稿日期：2012—07—04上海汽车2012．09·3·两者共同提供。——机械连接n~o／(min")(a)柴油发动机燃油消耗万有特性图图1动力系统结构柴油发动机排量为2．0L，最大力矩320N·m。永磁同步电机额定功率为13kW，最大力矩140N·m。镍氢电池额定电

6、压为144V，容量6．5Ah。通过台架试验，得到柴油发动机在不同转速和转矩下的微粒物、氮氧化物排放如图2所示。当发动机转矩在100～200N·m，转速在1600～2200r／min的区域时，微粒物排放远高于其它区nMo,／(min)(b)柴油发动机颗粒物排放万有特性图域；而在2500～4500r／min的满负荷区域，氮氧化物的排放率较高。为了减少柴油发动机的微粒物、氮氧化物排放，应尽量避免其工作在上述两区域范围内。在此范围外，则应使发动机的工作点尽量靠近最低油耗曲线，以提高发动机的效率、降低油耗。本文中使用Matlab／Simulink分别建立

7、了驾驶员模型和车辆模型，控制器模型则通过Stateflow”M。g(min-)有限状态机实现。仿真模型的结构如图3所示。(c)柴油发动机氮氧化物排放万有特性图驾驶员模型以目标车速与实际车速的差值作为输入，通过PID算法模拟驾驶员意图，得到油门与制图2柴油发动机油耗、排放万有特性图动踏板开度。根据驱动系统中各部件的特性，并结合试验中得到的数据，建立基于车辆行驶动力学平衡方程的纵向动力学模型。控制器模型收集关于车辆行驶状态和驾驶员意图的信息，通过一定的规则(即控制策略)，给出发动机和电机应提供或吸收的功率。此外，为了观察混合动力车节能减排的效果，还

8、需建立相应的传统汽车模型。除是否拥有电气支路以外，两车其它部件参数均一致。仿真车辆图3混合动力车仿真模型结构的主要参数如表1所示。·4·上海汽车201