轻度混合控制策略下混合动力电动汽车能量优化与仿真_邓元望

第21卷 第6期2008年11月

中 国 公 路 学 报

China Journal of Hig hw ay and T ransport

Vol.21 No.6

Nov.2008

文章编号:1001-7372(2008)06-0114-07

收稿日期:2008-03-12

基金项目:湖南省/十五0科技计划重大专项项目(02GKY1003);湖南省自然科学基金重点项目(06J J20018)作者简介:邓元望(1968-),男,湖南安化人,副教授,工学博士,博士后,E -mail:dengyuanw ang610@https://www.wendangku.net/doc/c19726976.html, 。

轻度混合控制策略下混合动力电动

汽车能量优化与仿真

邓元望1,龚金科1,王耀南2

(1.湖南大学先进动力总成技术研究中心,湖南长沙 410082;

2.湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙 410082)

摘要:为了优化轻度混合控制策略下的CFA6470混合动力电动汽车能量总成控制系统,设计了能量总成控制器,并将其分成5个模块;分析了节气门开启角与车辆行驶挡位的优化方法,轻度混合时的能量分配策略;提出了基于能量守恒原理的电池组荷电状态估计方法,并根据ECE -EUDC 工况,在2种不同的期望车速下对设计的控制系统进行了仿真。仿真结果表明:在发动机的期望工况下,所设计的能量总成控制系统能够实现能量在发动机、驱动电机以及电池组之间的合理分配,电池组的荷电状态变化规律与车辆行驶状态相符合。

关键词:汽车工程;混合动力电动汽车;仿真;能量总成控制系统;轻度混合控制策略中图分类号:U 469.72 文献标志码:A

Energy Optimization and Simulation of HEV Using Mild

Hybrid Control Strategy

DENG Yuan -w ang 1,GONG Jin -ke 1,WANG Yao -nan 2

(1.R esear ch Center for A dv anced Pow ertr ain T echno log y,H unan U niversity,Changsha 410082,H unan,

China; 2.Scho ol o f Electr ical and Info rmatio n Eng ineer ing,Hunan U niv ersity ,

Chang sha 410082,Hunan,China)

Abstract:In order to optimize the ener gy assem bly control sy stem o f CFA6470hybrid electr ic vehicle (H EV)using the mild hy br id contro l str ategy w as studied.T he ener gy controller w as designed and w as divided into fiv e m odules,and optimal m ethods of the throttle angle and vehicle shift as w ell as the energ y assig nment strategy w ere studied to o.T he metho d deciding the state of charge o f the battery pack w as presented w ith the energ y conserv ation principle.According to ECE -EUDC cycles,simulatio ns w ere done for the sy stem w ith tw o different anticipant vehicle speeds.T he results indicate that in the CFA6470H EV,w hen the engine operates w ith the demanded cycles,the energy can be assigned as the scheduled goal amo ng engine,m otor and battery pack according to the m ild hy brid contro l str ategy and the state of charg e of battery pack is same changed w ith the vehicle running state.

Key words:autom otive eng ineer ing;hybrid electric v ehicle;simulation;energ y assembly contro l system ;m ild hy brid contr ol strategy

0引 言

并联式混合动力电动汽车包括发动机和驱动电

机2套驱动系统,车辆行驶过程中所需的功率是由这两者单独或共同承担的,因此研究发动机和驱动电机之间的能量分配策略,并应用能量总成控制系统进行控制是十分必要的[1-5]

。在能量分配过程中,根据车辆的设计要求,出现了发动机与驱动电机全混合、轻度混合等控制方式[6]。在能量总成控制系统的设计中,基于系统层次的控制器结构设计方法将系统分解为驾驶员、发动机、电机以及电池组等控制单元,整个控制系统结构复杂[7];驱动系统工作过程的优化方法则考虑到车辆动力系统的动态建模过程方程数目多,求解困难,从而增加了实时控制的难度[8]。基于电池组电压、电流和内阻等的电池组荷电状态估计模型主要集中在应用传统的方法上,但由于影响因素多、车辆工况复杂,该模型的预测精度还需要进一步提高[9-15]

。基于这些原因,本文中笔者研究了CFA6470混合动力电动汽车(以下简称为CFA6470H EV)的能量总成控制系统,包括控制系统的设计、控制策略的确定以及能量优化与系统仿真。

1能量总成控制系统的设计及优化

CFA6470H EV 是在CFA6470G 经济型越野车基础上研制成功的,采用分路式并联混合驱动系统方案,发动机通过变速箱驱动后轮,驱动电机通过减速器驱动前轮。发动机和驱动电机既可以单独为车辆提供动力,也可以共同为车辆提供动力,驱动电机还可以在车辆制动时回收制动能量[16]。1.1

能量总成控制系统设计

根据CFA6470H EV 的使用要求及运行特点,设计的能量总成控制系统如图1所示[17]

。从图1可以看出,该控制系统包括以下5个部分:

(1)驾驶员模块。主要作用是将实际车速v a 与期望车速v d 经过比较后,确定加速踏板和制动踏板位置,从而确定车辆行驶期望扭矩T d 。

(2)发动机部分。基本思路是利用发动机节气门开启角调节发动机输出扭矩的大小,包括节气门开启角A 1的计算及其在发动机最优工况时的控制,发动机实际输出扭矩T e2的计算。

(3)车速部分。包括发动机输出转速的调节以及车辆行驶挡位的控制。

(4)电机部分。主要是通过车辆载荷扭矩T road

图1

C FA6470HEV 能量总成控制系统

Fig.1

Energy Assembly Control System of C FA6470HEV

和T e2估计电机扭矩T em ,确定电机运行模式。

(5)电池组荷电状态(SOC )估计模块。用来完成电池组SOC 的估计。1.2

节气门开启角与车辆行驶挡位的优化

能量总成控制系统主要是通过电子节气门对发

动机的工况进行控制,设电机的实际扭矩为T em ,可得到发动机的期望扭矩为

T e1=T d -T em i em G em

i 0i g G

e (1)式中:T e1为发动机扭矩;T d 为车轮扭矩;i g 为变速器传动比;i 0为主减速器传动比;G e 为发动机传动系的效率;i em 为电机减速器传动比;G em 为电机传动系的效率。

利用实际车速v a 以及传动系的传动比可得到发动机转速为

n 1=

0.377i 0i g v a

r

(2)

式中:r 为车轮半径。由此可得节气门开启角为

A 1=f (T e1,n 1)(3)

当发动机工作在最优工况时,在节气门开启角

A 0的变化范围内优化A 1,可表示为 min f (A ),f (A )=A 1-A 0

(4)根据优化结果可得节气门开启角A

2A 2=A 0+k f (A )

(5)

式中:k 为常数。在节气门开启角优化过程中,发动机转速也要进行调节,设调节后转速为n 2,则|n 1-n 2|[E (6)

式中:E 为常数。利用调整后的节气门开启角和转速可得发动机的实际输出扭矩为

T e2=f (A 2,n 2)

(7)

若发动机的输出转速为n 2、期望车速为v d ,则

根据式(2)可得车辆行驶的期望挡位传动比为

i d =n 2r /(0.377i 0v d )

(8)

车辆的行驶挡位传动比可表示为

115

第6期 邓元望,等:轻度混合控制策略下混合动力电动汽车能量优化与仿真

I={I-1,I1,I2,I3,I4,I5}(9)式中:I-1为倒挡传动比;I1~I5分别为1~5挡的传动比。

将i d与I中提供的挡位传动比作比较,即取

$I=|I-i d|(10)当$I取min$I时,得到的I中的挡位传动比即为车辆行驶挡位传动比,再根据得到的挡位传动比对车速或发动机转速进行调整,保证车辆具有较好的性能。

电机扭矩可根据车辆行驶载荷T road和发动机扭矩T e2计算得到,即

T em=(T r oad-T e2i g i0G e)/(i em G em)(11)电机的工作模式包括发电模式和驱动模式,是由车辆的运行状态和电池组的SOC决定的。电池组的SOC可用一个容许范围[S min,S max]表示,S min 和S max分别为SOC容许范围的下限值和上限值。

通过上述分析,将发动机的节气门开启角以及车辆行驶挡位传动比的优化表示为

min f(A)

s.t.

|n1-n2|[E i d I I

(12)

这是一个有约束的最优化问题,解式(12)便可得到所需的节气门开启角、转速以及挡位传动比。

1.3能量分配的轻度混合策略

确定CFA6470H EV发动机的最优工况后,可得发动机最优工况下最低转速时的最小车速为[18]

v a,min=0.377n opt,min/(i0i g,max)(13)式中:n opt,min为发动机最优工况时的最低转速;i g,max 为车辆能够提供的最高挡位传动比。

当车速v a

在减速制动过程中需要进行能量回馈,设电机能量回馈要求的最小车速为v b,min,当车速v a\v b,min 时,电机能够进行能量回馈;当车速v a

T em=0,T b=T road(14)式中:T b为机械制动扭矩。2能量总成控制系统的仿真

CFA6470H EV能量管理系统中包括发动机、驱动电机以及电池组SOC模型。发动机和驱动电机模型在文献[3]中已经做了详细分析,这里主要研究估计电池组SOC的模型。

2.1电池组SOC估计模型

电池组的SOC被用来反映电池组的剩余容量状况,它是通过对电池的外特性参数(包括电压、电流、内阻、温度等)的检测来进行相关估计的。在CFA6470H EV中,没有对电池组工作过程中的电压、电流等状态参数进行检测,因此,不能用已有的方法估计电池组的SOC。为此笔者提出了以下方法,其基本思想是:根据能量守恒原理,在忽略电池组充放电过程中能量损失的条件下,电池组充电过程中获得的能量等于电机向电池组提供的能量,电池组放电过程中释放的能量等于它向电机提供的能量,由此可得:

(1)电池组充电过程中获得的功率等于驱动电机提供的发电功率,即P c i=P em1。假定在充电时间为t i的过程中发电功率保持不变,则电池组获得的能量为

W c i=P c i t i(15)

(2)电池组放电过程中产生的功率等于驱动电机获得的功率,即P d j=P em2。假定在放电时间为t j 的过程中驱动电机的功率保持不变,则电池组释放出的能量为

W d j=P d j t j(16)

(3)制动过程中电池组获得的功率等于驱动电机产生的功率,假设驱动电机制动功率的平均值为

P em,有P c k=

P em,制动时间为t k,则电池组获得的能量为

W c k=P c k t k(17)忽略制动过程中的能量损失,电池组能够回收的制动能量也可用制动前后车辆的动能表示为

W c k=

1

2

mv21k-

1

2

m v22k(18)式中:v1k、v2k分别为电机能量回馈开始和结束时的车辆速度。

车辆行驶过程中电池组获得的总能量为

W c=E i W c i+E k W c k(19)车辆行驶过程中电池组产生的总能量为

W d=E j W d j(20)

116中国公路学报2008年

车辆行驶过程中电池组的总能量变化为

$W =W c -W d

(21)

则电池组的SOC 变化可用式(22)表示为

$S =

W 0-|$W |

W 0

(22)

式中:$S 为电池组的SOC 变化;W 0为电池组被完

全充满电荷时的初始电量,是一个已知量。

从该模型的建立过程可以看出,电池组的SOC 实际上是通过电机的功率变化反映出来的,而电机的功率变化可通过对车辆荷载和发动机功率的估计得到,因此从理论上看使用这种方法是可行的。2.2

仿 真

基于发动机经济性要求的最优运行工况线如图

2所示,图2反映了当发动机的燃油消耗率为275g #(kW #h)

-1

时,扭矩与转速之间的关系

[19]

。在

CFA6470H EV 能量总成控制系统的仿真中使用了ECE -EUDC 循环,如图3所示(t 为时间)。根据ECE -EUDC 循环对车辆行驶过程中的换挡要求以及CFA6470H EV 使用的手动换挡变速器的挡位,得到如图4所示的车辆行驶过程中的挡位变化规则(用传动比表示,后文同)

。

图2车辆行驶过程中的发动机工况区域

Fig.2

Regions of Engine C ycles in Vehicle Running

当车辆按照图3中的循环工况、图4中的挡位变化规则行驶时,利用车辆本身的参数,可计算出车辆行驶过程中的功率P 与扭矩T w ,如图5

所示。

图3EC E -EUDC 循环Fig.3

ECE -EUDC C ycles

在图3中,设车速v 是时间t 的函数,v =v (t)

。

实际车速为v a ,v a 按ECE -EU DC 循环变化,驾驶员期望车速为v d ,v d 按v d (t)=v a (t +3)的规律变化。当使用图1所示的能量总成控制系统时,根据前面确定的能量总成控制策略以及图2中给出的发动机最优运行工况线,可得到CFA6470H EV 行驶过程中的功率、扭矩与行驶挡位,发动机的运行状态与节气门开启角的变化过程以及电机的扭矩和电池组的SOC ,结果如下:

(1)轻度混合控制策略时,车辆行驶过程中的挡位以及扭矩T wd 如图6所示。与图4和图5(b)中车辆在实际车速下行驶时的挡位以及扭矩相比,期望车速下车辆的扭矩以及挡位都发生了变化。从图6

可以看出,车辆挡位改变的频率增加,车辆行驶扭矩

的波动也增加了。当车速较大时,由于挡位的改变,出现了扭矩急剧变化的现象,使车辆的行驶不平稳。

117

第6期 邓元望,等:轻度混合控制策略下混合动力电动汽车能量优化与仿真

图6轻度混合控制策略时的车辆行驶挡位传动比和扭矩Fig.6

Transmission Ratio of Gear Shift and Torque with Mild Hybrid C ontrol Strategy in Vehicle Running

(2)车辆行驶过程中发动机节气门开启角、转速以及扭矩的变化如图7所示。发动机的节气门开启角是通过在发动机最优工况时的节气门开启角范围内进行优化,并通过电子节气门的控制实现的。当发动机节气门按照图7(a)中的变化过程进行调节时,发动机的转速集中在1500~3000r #m in -1

之间,很少出现1000r #min -1以下的转速,最高转速大约为3800r #m in -1,因此,发动机的转速基本控制在最优工况要求的转速范围内;发动机的扭矩主要集中在100~150N #m 之间,最小扭矩也在50N #m 以上,最大的扭矩大约为180N #m ,因此,发动机的扭矩也基本控制在最优工况要求的扭矩范围内。从图7还可以看出,当节气门开启角不断变化时,会引起发动机转速、扭矩的不断变化,影响发动机的稳定工作。

(3)车辆行驶过程中电机扭矩的变化如图8所示。电机扭矩包括3个部分:能量回馈制动时驱动电机按发电机模式工作时产生的扭矩、正常行驶时按发电机模式工作向电池组充电所需的扭矩以及车辆行驶需求扭矩较大或加速行驶时提供的驱动扭矩。图8中扭矩的负值部分为发电扭矩,正值部分为驱动扭矩。由于按ECE -EUDC 循环行驶时,前面部分的车速较低,因此,电机主要用于进行制动能量回馈,很少用于提供车辆行驶所需的驱动扭矩。

(4)车辆行驶过程中电池组的SOC 值如图9所

示。从图9可以看出:在ECE -EUDC 循环的前面部分中,由于车辆行驶所需的功率较小,为了使发动机在最优工况下工作,电机用来作发电机运行以补充车辆功率不足的部分,而减速过程中,电机会进行能量回馈,因此,电池组的SOC 值始终在不断增加;而在ECE -EU DC 循环的后面部分中,由于车速较高,当车辆加速时,需要电机提供驱动功率以补充发动

118中 国 公 路 学 报 2008年

图9轻度混合控制策略时的荷电状态变化规律

Fig.9Variation Rule of State of Charge with

Mild Hybrid Control Strategy

机功率不足的部分,因此电池组的SOC值会减小,而车辆减速制动时,电机进行能量回馈又会使电池组的SOC值增加。

同样,当v d按v d(t)=v a(t+10)的规律变化时,将仿真所得结果与v d(t)=v a(t+3)时的结果进行比较,可知两者的变化规律是类似的,这表明笔者所提出的计算方法是合理的。

3分析与讨论

(1)在CFA6470H EV能量分配过程中,主要是通过发动机节气门控制发动机的功率与扭矩输出,发动机节气门的调节是根据发动机最优工况下的节气门开启角变化规律进行的。电机的工作模式与车辆载荷以及电池组的SOC有关,因此在能量总成控制系统中需要对两者都做出估计。

(2)笔者选择以扭矩作为控制变量是由于CFA6470H EV是一种分路式并联混合动力电动汽车,发动机和电机驱动系统的传动比不同,因此,尽管车辆行驶功率是两者功率之和,但车辆行驶扭矩除了与两者的扭矩有关外,还与两者的传动系统的传动比有关。

(3)从控制策略的设计来看,能量分配是与车辆行驶的最小车速相关的,而最小车速主要是依据发动机的最优工况确定的,因此能量分配是与发动机的最优工况相关的。轻度混合时的挡位调整频繁,扭矩波动大。由于控制策略与发动机最优工况是由设计者根据车辆的使用要求确定的,因此它受人为因素的影响。

(4)发动机按线工况运行时的控制难度大,从轻度混合时发动机的转速、扭矩以及节气门开启角的变化过程可以看出,发动机的稳定性较差。

(5)轻度混合时电池组的SOC值累计增加量大、消耗量小。在车速较高时,由于增加了电机为车辆行驶提供驱动扭矩按电动机模式工作的机会,因此电池组的SOC能够保持平衡。

4结语

(1)设计了CFA6470H EV能量总成控制系统,该系统包括:发动机输出扭矩的调节与控制、转速的控制、车辆行驶载荷的估计、电池组SOC的估计以及电机工作模式的选择等单元。

(2)提出了利用发动机节气门以及车辆挡位对设计的能量总成控制系统进行优化的方法及轻度混合时的能量总成控制系统控制策略。

(3)提出了基于能量守恒原理的电池组SOC估计模型,并将其用于CFA6470H EV电池组的SOC 估计,结果表明得到的模型是合理的。

(4)仿真结果表明:系统能够按预定目标实现对能量的分配,发动机和电机能够按制订的模式工作,电池组的SOC在要求的使用范围内;轻度混合控制策略时车辆的换挡次数多,功率、扭矩的波动性增加;发动机运行区间狭小,工作稳定性较差,增加了控制的难度;受发动机的影响,轻度混合控制策略时电机的功率、扭矩的波动性也增大;在车辆行驶过程中,低速时电池组的SOC值逐渐增加,而高速时电池组的SOC能够保持平衡。

参考文献:

References:

[1]CH AN C C.T he State of the A rt of Electr ic and H y-

brid V ehicles[J].Pro ceeding s o f the I EEE,2002,90

(2):247-275.

[2]CERA OL O M,CA LEO A,CAP OZZ EL L A P,et al.A

P aralle-l hy br id Drive-tra in fo r P ro pulsio n o f a Small

Scoot er[J].IEEE T ransact ions o n P ow er Electro nics,

2006,21(3):768-778.

[3]SZU M A N OW SKI A.混合动力电动车辆基础[M].陈

清泉,孙逢春,译.北京:北京理工大学出版社,2001.

SZU M A N OW SKI A.T he Basis of the H ybrid Elec-

tric V ehicles[M].T ranslated by CH EN Q ing-quan,

SU N Feng-chun.Beijing:Beijing Institute o f T echno-l

og y P ress,2001.

[4]谢起成,王冬,田光宇.混合动力电动汽车(HEV)

动力系统试验台的模块化设计研究[J].交通运输工

程学报,2001,1(2):32-36.

XIE Q-i cheng,W AN G Do ng,T IA N G uang-yu.Study

on M o dula r Desig n o f H ybrid Electr ic V ehicles

(H EV)P ow ertr ain T est Bench[J].Jo ur na l o f T r affic

and T ranspo rtation Eng ineer ing,2001,1(2):32-36.

119

第6期邓元望,等:轻度混合控制策略下混合动力电动汽车能量优化与仿真

[5]蹇小平,张卫钢.电动汽车蓄电池参数集中/分布式检

测法[J].长安大学学报:自然科学版,2007,27(5):

103-106.

JIA N Xiao-ping,ZH A N G We-i gang.Centr alized/dis-

tr ibuted Detecting M etho d Battery P arameter s in

Electric V ehicle[J].Journal o f Chang p an U niv ersity:

Natur al Science Editio n,2007,27(5):103-106.

[6]K A T RA SN IK T.Hy bridizatio n of P ow ertr ain and

Dow nsizing o f IC Eng ine:Analysis and Par amet ric

St udy-Part2[J].Energ y Conver sion and M anag e-

ment,2007,48(5):1424-1434.

[7]P HI LL IP S A M.F unctional D eco mpo sition in a Ve-

hicle Contr ol Sy stem[C]//IEEE.P roceedings of t he

Amer ican Co nt ro l Co nfer ence.A ncho rag e:IEEE

Press,2002:3713-3718.

[8]T Z ENG S,H U A NG K D,CHEN C.O pt imizatio n of

the Dual Energ y-int eg r at ion M echanism in a Par alle-l

type H ybrid V ehicle[J].A pplied Ener gy,2005,80

(3):225-245.

[9]麻友良,陈全世,齐占宁.电动汽车用电池SOC定义

与检测方法[J].清华大学学报:自然科学版,2001,

41(11):95-97.

M A Y ou-liang,CHEN Quan-shi,Q I Zhan-ning.R e-

search on the SOC Definitio n and M easur ement

M etho d of Batter y Pack U sed in EV s[J].Jo urnal of

T singhua U niv ersity:Science and T echnolog y,2001,

41(11):95-97.

[10]马宪民.混合动力电动汽车高频交流控制系统[J].长

安大学学报:自然科学版,2002,22(4):59-61.

M A X ian-min.A H igh Fr equency AC Contro l System

for Hy brid Electric Vehicle[J].Jour nal of Chang p an

U niversit y:N atural Science Edition,2002,22(4):59-

61.

[11]陈晓东,何仁,杨正林.混合动力电动汽车性能仿真

软件研究与开发[J].交通运输工程学报,2002,2(1):

114-117.

CH EN Xiao-dong,H E R en,Y A NG Zheng-lin.Deve-l

o pment of H ybrid Electric V ehicles(H EV)Perfo rm-

ance Simulation Soft war e[J].Jo urnal o f T r affic and

T ranspo rtat ion Eng ineering,2002,2(1):114-117. [12]邵海岳,钟志华,何莉萍,等.电动汽车用N iM H电池

建模及基于状态空间的SO C预测方法[J].汽车工

程,2004,26(5):534-537.

SH A O H a-i y ue,ZH ON G Zh-i hua,HE L-i ping,et al.

M athemat ic M odel fo r N iM H Batter y in Electric V e-

hicle and I ts SOC Estimat ion Based o n State Space

M ethod[J].Automo tiv e Engineer ing,2004,26(5):

534-537.

[13]SH EN W X,CH A N C C,L O E W C,et al.A daptiv e

N euro-fuzzy M odeling o f Batter y Residual Capacity

fo r Electr ic V ehicles[J].IEEE T r ansactio ns on Indus-

trial Electr onics,2002,49(3):677-684.

[14]M A RK OL F R,O HM S D,M U LL ER G,et al.Invest-i

gat ions into a Battery M anagement for H ig h Po wer

N ickel M etal H ydride Batteries[J].Journal of Po wer

Sources,2006,154(2):539-544.

[15]张卫钢,蹇小平,耿莉敏,等.基于燃油汽车改制的电

动汽车试验[J].长安大学学报:自然科学版,2006,26

(5):74-78.

ZH A NG We-i g ang,JI AN X iao-ping,G ENG L-i min,

et al.T est of Electric V ehicle R eformed from O i-l fu-

eled Auto motiv e[J].Journal of Chang p an U niver sity:

N atural Science Edition,2006,26(5):74-78.

[16]邓元望,王耀南,陈洁平.混合动力驱动系统及其在越

野车中的应用[J].农业机械学报,2006,37(10):38-

41.

DEN G Yuan-wang,WA N G Yao-nan,CH EN Jie-ping.

H ybrid Drivetrains and I ts Application in Off-r oad

V ehicle[J].T ransact ions o f t he Chinese Society o f

A g ricultura l M achinery,2006,37(10):38-41.

[17]邓元望.并联式混合动力电动汽车能量总成控制系统

研究[R].长沙:湖南大学,2005.

DEN G Y uan-wang.A St udy on the Energ y Co ntr ol

System o f the Parallel H ybrid Electr ic V ehicle[R].

Chang sha:Hunan U niv ersity,2005.

[18]DEN G Yuan-wang,WA N G Yao-nan,CH EN Jie-ping.

A Study on t he Distr ibut ed Ener gy of the CFA6470

H ybrid Elect ric V ehicle Based o n the M etho ds o f the

M A T L A B[C]//IEEE.P roceedings of t he Eig hth

Internatio nal Conference on Electr ical M achines and

Systems.Nanjing:IEEE Pr ess,2005:853-856.

[19]邓元望,王耀南,陈洁平.基于神经网络的混合电动汽

车发动机特性研究[J].湖南大学学报:自然科学版,

2005,32(5):61-65.

DEN G Yuan-wang,WA N G Yao-nan,CH EN Jie-ping.

Study on the Engine Per for mance of the H ybr id Elec-

tric V ehicle w ith the N eur al N etw o rk M et ho d[J].

Journal o f H unan U niversit y:N atur al Sciences,2005,

32(5):61-65.

120中国公路学报2008年

制动能量回馈系统协调控制

制动能量回馈系统协调控制 张俊智，张鹏君，陆欣，陈鑫 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室，北京，100084 【摘要】本文为混合动力电动汽车设计了分层控制的制动能量回馈系统，该分层结构主要包括驾驶员意图识别、能量管理和元件协调控制三个部分。分层控制结构的采用，将复杂的制动能量回馈系统简化为若干部分，降低了控制难度，为研究提供了便利。所设计的系统已在一款串联混合动力客车上实现，并根据中国城市公交循环工况进行了道路测试。 【关键词】混合动力电动汽车，制动能量回馈系统，分层控制结构，协调控制 Coordinated Control for Regenerative Braking System Zhang Junzhi, Zhang Pengjun, Luxin, Chen Xin State Key Lab. of Automotive Energy and Safety, Tsinghua University, Beijing, China, 100084 Abstract: This paper presents a design of regenerative braking system(RBS) for hybrid electric vehicles using hierarchical control structure and method. The hierarchical model is mainly composed of three modules for driver intent identification, energy management and coordinated control based on components control. As a consequence, RBS, a complicated hybrid dynamic system, is successfully decomposed by several simple modules. The control system and strategies are carried out on a typical serial HEV bus, and tested on road based china typical urban cycle.. Key words: hybrid electric vehicles, regenerative braking system, hierarchical control structure, coordinated control 1 介绍 车辆的动能通过制动能量回馈系统可转化为其它形式能量储存起来，并进一步用于车辆驱动。研究显示，在城市驾驶循环中，发动机发出能量的大约1/3至1/2被制动过程所消耗[1，2]。因此，回馈制动是车辆提高燃油经济性并降低排放的有效方法，有助于缓解能源危机和环境污染。

电动汽车能量回馈的整车控制(1)

2005005 电动汽车能量回馈的整车控制 张　毅,杨　林,朱建新,冒晓建,卓　斌 (上海交通大学汽车电子研究所,上海　200030) [摘要]　以4种典型循环工况为例对电动汽车进行能量分析,设计了基于常规汽车制动系统的整车能量回馈控制方式,研究了控制策略,完成了车辆道路试验与标定优化。试验表明,整车能量回馈控制方式与控制策略安全、可靠,且柔顺性良好;利用能量回馈技术,蓄电池能量消耗可减少10%,能有效延长电动汽车的一次充电续驶里程。 关键词:电动汽车,能量回馈,控制策略 The Control Strategy of Energy Regeneration for Electric Vehicle Zhang Yi,Yang Lin,Zhu Jianxin,Mao Xiaojian&Zhuo Bin Instit ute of A utomotive Elect ronic Technology,S hanghai Jiaotong U niversity,S hanghai200030 [Abstract]　The energy consumption in four typical vehicle testing cycles(FTP,HWEFT,ECE2EUDC and J P1015)is analyzed for EV.Based on the traditional vehicle braking system,a new regenerative braking scheme and its control strategy are designed.The road testing,calibration and optimization are performed.T est results show that the control scheme and strategy is safe,https://www.wendangku.net/doc/c19726976.html,ing the regenerating scheme,the energy consumption of battery can re2 duce by10percent and the driving range of EV in one charge can increase effectively. K eyw ords:Electric vehicle,E nergy regeneration,Control strategy 原稿收到日期为2003年12月29日,修改稿收到日期为2004年3月8日。 1　前言 电动汽车采用了新型的汽车动力,如何充分提 高车辆行驶能量效率,进而延长车辆续驶里程,是电 动汽车需要解决的一个关键问题。能量回馈是解决 该问题的主要技术措施。 能量回馈包括车辆制动能量回馈与车辆滑行能 量回馈两种。此时,驱动电机按发电机运行,将车辆 行驶动能转化为电能,可以起到3个作用:辅助制 动;回收能量给动力蓄电池充电,从而延长车辆续驶 里程;在车辆有供热需求时,直接利用这部分电能供 热取暖。 能量回馈制动与电动汽车其它电气制动方式 (主要有能耗制动、反接制动[1])比较,无须改变系 统硬件结构,回馈电流可柔性控制,可使制动效果与 能量回收效果综合最佳。因此,能量回馈是最适合 电动汽车的电气制动方式,其关键是能量回馈的过 程控制。电动汽车的能量回馈控制由整车控制与电 机控制交互作用而实现,作者在电动汽车制动能量 分析的基础上,设计一种能量回馈的整车控制方式, 并进行相应控制策略的研究。 2　制动能量分析 为了进行电动汽车能量回馈控制,需首先探明 其在各种用途中的制动能量回馈潜力。作者分别以 美国F TP工况、高速公路HFET工况、欧洲城市循 环ECE2EUDC工况和日本J P10154种循环工况为 例,进行制动能量的分析。 4种循环工况的驱动与制动能量如图1所示, 可见在这4种循环工况中,制动能量都占了不小的 比例,其中J P1015工况为2517%,ECE2EUDC工况 为18%,HFET工况为6%,F TP为25%。 回馈能量还与制动方式和回馈系统各环节的效 率因子有关[2]。电动汽车的制动方式包括:电气制2005年(第27卷)第1期 汽　车　工　程 Automotive Engineering 2005(Vol.27)No.1

纯电动汽车制动能量回收技术

纯电动汽车制动能量回 收技术 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998

纯电动汽车制动能量回收技术 电动汽车制动能量回收技术是利用汽车在踩动刹车进行减速时将制动效能转变为电能储存并回收到电池当中，摩擦能量没有被浪费掉而是变相扩充了电池的容量，增加了纯电动汽车的续航里程，并且减少了刹车系统耗材的磨损。 电动汽车在“新能源”话题备受瞩目的今日已经不是个陌生词语，但是电动汽车的历史比大多数人想像得要长很多。1896年还推出了为电动车换电的服务，也就是我们今天所说的“充电桩”的雏形[仇建华，张珍，电动汽车制动能量回收方式设计[J].上海汽车.2012，12.]；在十九世纪末二十世纪初的交通大变革中，电动汽车作为一种新型事物快速成长但又迅速陨落。有社会环境的影响也有自身条件的限制。 目前常见的纯电动汽车，其动力电池组、电池变换器和电动机之间为电气连接，电动机、减速器和车轮之间为机械连接。 纯电动汽车制动能量回收技术研究背景 ?动车从登上历史的舞台开始，续航性能如何提升一直是人们争议很大的点。从根本上来说，续航能力可以通过

改进蓄能和驱动方式来提高，除此之外，制动能量回收也是重要的方式之一。 制动能量回收，简单来说，就是把电动汽车的电机组中无用的部分、不需要的部分，甚至有害的惯性转动带来的动能转化为电能，并返回给蓄电池，与此同时产生制动力矩，使电动机快速停止惯性转动，这整个过程也就成为再生制动过程[叶永贞，纯电动汽车制动能量回收系统研究[D].山东：青岛理工大学，2013.]。 电动汽车发展至今，已有大部分安装了类似装置以节约制动能，经过研究发现，在行驶路况频繁变化的路段，制动能量回收技术可以增加20%左右的续驶里程。 制动能量回收方法 制动能量回收方法有常见三种： 飞轮蓄能。特点：①结构简单；②无法大量蓄能。 液压蓄能。特点：①简便、可大量蓄能；②可靠性高。 蓄电池储能。特点：①无法大量蓄能②成本太高。 电动汽车制动能量回收系统的结构 无独立发电机的制动能量回收系统。①前轮驱动制动能量回收系统；②全轮驱动能量回收制动系统。有独立发电机的制动能量回收系统。 系统传动方式

纯电动汽车制动能量回收技术

纯电动汽车制动能量回收技术 电动汽车制动能量回收技术是利用汽车在踩动刹车进行减速时将制动效能转变为电能储存并回收到电池当中，摩擦能量没有被浪费掉而是变相扩充了电池的容量，增加了纯电动汽车的续航里程，并且减少了刹车系统耗材的磨损。 电动汽车在“新能源”话题备受瞩目的今日已经不是个陌生词语，但是电动汽车的历史比大多数人想像得要长很多。1896年还推出了为电动车换电的服务，也就是我们今天所说的“充电桩”的雏形[仇建华，张珍，电动汽车制动能量回收方式设计[J].上海汽 车.2012，12.]；在十九世纪末二十世纪初的交通大变革中，电动汽车作为一种新型事物快速成长但又迅速陨落。有社会环境的影响也有自身条件的限制。 目前常见的纯电动汽车，其动力电池组、电池变换器和电动机之间为电气连接，电动机、减速器和车轮之间为机械连接。 纯电动汽车制动能量回收技术研究背景 ?动车从登上历史的舞台开始，续航性能如何提升一直是人们争议很大的点。从根本上来说，续航能力可以通过改进蓄能和驱动方式来提高，除此之外，制动能量回收也是重要的方式之一。 制动能量回收，简单来说，就是把电动汽车的电机组中无用的部分、不需要的部分，甚至有害的惯性转动带来的动能转化为电能，并返回给蓄电池，与此同时产生制动力矩，使电动机快速停止惯性转动，这整个过程也就成为再生制动过程[叶永贞，纯电动汽车

制动能量回收系统研究[D].山东：青岛理工大学，2013.]。 电动汽车发展至今，已有大部分安装了类似装置以节约制动能，经过研究发现，在行驶路况频繁变化的路段，制动能量回收技术可以增加20%左右的续驶里程。 制动能量回收方法 制动能量回收方法有常见三种： 飞轮蓄能。特点：①结构简单；②无法大量蓄能。 液压蓄能。特点：①简便、可大量蓄能；②可靠性高。 蓄电池储能。特点：①无法大量蓄能②成本太高。 电动汽车制动能量回收系统的结构 无独立发电机的制动能量回收系统。①前轮驱动制动能量回收系统；②全轮驱动能量回收制动系统。有独立发电机的制动能量回收系统。 系统传动方式 液压混合动力系统的系统传动方式有四种：串联式；并联式；混联式；轮边式。 串联式混合动力驱动系统。串联式混合动力驱动系统，动力源有：发动机和高压蓄能器。 这种方式只适合整车质量小、车速不能过高的小型公交车等。 并联式混合动力驱动系统。并联式混合动力驱动系统动力源是发动机和高压蓄能器。但并联式车辆在制动能量再生系统不工作或出故障时可以由发动机单独直接驱动车辆。 并联式系统的驱动路线有两条，一条是由发动机传给变速器，

电动汽车电机驱动控制策略研究

本科毕业设计（论文） () 论文题目：电动汽车电机驱动控制策略研究 本科生姓名：关海波学号：201211318 指导教师姓名：赵峰职称： 申请学位类别：工学学士专业：电力工程及管理 设计(论文)提交日期：（小四号楷体加黑）答辩日期：（小四号楷体加黑） 本科毕业设计(论文)

电动汽车电机驱动控制策略研究 姓名：关海波 学号：201211318 学院：新能源及动力工程学院专业班级：电力工程及管理1201班

指导教师：赵峰 完成日期： 兰州交通大学LanzhouJiaotongUniversity

摘要 本论文首先介绍了异步电动机的数学模型，通过坐标变换，得到了异步电动机的空间矢量等效电路。并由理想逆变器的8种开关状态入手，得到了理想逆变器的数学模型，建立了空间电压矢量的定义。并在此基础上对定子磁链和电磁转矩及空间电压矢量之间的关系进行了分析，阐述了六边形磁链轨迹和近似圆形磁链轨迹异步电动机直接转矩控制系统的结构和工作原理。 根据异步电动机直接转矩控制的工作原理，本论文在的平台下，分别搭建了六边形磁链轨迹和圆形磁链轨迹直接转矩控制系统模型。并对仿真结果进行了相应的分析，验证了异步电动机直接转矩控制策略的可行性。而且，对两种磁链轨迹直接转矩控制系统的优缺点及应用范围进行了比较。 本论文以电动汽车的电机驱动部分为研究对象，对于异步电动机的直接转矩控制技术进行了较为深入的理论研究，在电动汽车及其他相关领域的应用具有一定的参考价值。 关键词：电动汽车；电机驱动；直接转矩控制

, . . , . . , . a , a , . . ：，， 目录 摘要错误!未指定书签。 错误!未指定书签。 1 绪论错误!未指定书签。 1.1国内外电动汽车的发展及现状错误!未指定书签。 2 电动汽车电机驱动系统分析错误!未指定书签。 2.1电动汽车驱动电机的特殊要求错误!未指定书签。 2.2电动汽车电机驱动系统的分类及选择错误!未指定书签。

纯电动汽车整车控制器的设计

纯电动汽车整车控制器的设计 发表时间：2019-07-05T11:27:03.790Z 来源：《电力设备》2019年第4期作者：王坚 [导读] 摘要：随着社会的发展与科技的进步，各个城市的汽车使用户喷井式增加。 （柳州五菱汽车工业有限公司广西柳州 545007） 摘要：随着社会的发展与科技的进步，各个城市的汽车使用户喷井式增加。传统的内燃机汽车消耗石油，排出大量废气，使得城市的空气质量不断下降。纯电动汽车由于不使用传统化石能源，对环境不造成污染，受到人们的青睐。随着科技的进步，电动汽车的核心技术不断地革新与突破，逐渐完善的城市基础设施提供了有利的帮助，电动汽车已经成为潜力股，逐步取代传统汽车变为可能。本文从汽车结构出发，结合整车信息传输过程，设计了整车控制器的软硬件结构。 关键词：纯电动汽车；整车控制器；硬件设计；软件设计 纯电动汽车作为新能源汽车的一种，以其清洁无污染、驱动能源多样化、能量效率高等优点成为现代汽车的发展趋势。整车控制器（vehicle control unit，VCU）作为纯电动汽车整车控制系统的中心枢纽，主要实现数据采集和处理、控制信息传递、整车能量管理、上下电控制、车辆部件控制和错误诊断及处理、车辆安全监控等功能。国外在纯电动汽车整车控制器的产品开发中，积极推行整车控制系统架构的标准化和统一化，汽车零部件厂商提供硬件电路和底层驱动软件，整车厂只需要开发核心应用软件，有利的推动了整车行业的快速发展。虽然国内各大汽车厂商基本掌握了整车控制器的设计方案，开发技术进步明显，但是对核心电子元器件、开发环境的严重依赖，所以导致了整车控制器的国产化水平较低。本文以复合电源纯电动汽车作为研究对象，针对电动汽车应有的结构和特性，对整车控制器的设计和开发展开研究。 一、整车控制系统分析与设计 （一）整车控制系统分析 复合电源纯电动汽车整车控制系统主要由整车控制器、能量管理系统、整车通信网络以及车载信息显示系统等组成。首先纯电动汽车整车控制器通过采集启动、踏板等传感器信号以及与电机控制器、能量管理系统等进行实时的信息交互，获取整车的实时数据，然后整车控制器通过所有当前数据对驾驶员意图和车辆行驶状态进行判断，从而进入不同的工况与运行模式，对电机控制系统或制动系统发出操控命令，并接受各子控制器做出的反馈。 保障纯电动汽车安全可靠运行，并对各个子控制器进行控制管理的整车控制器，属于纯电动汽车整车控制系统的核心设备。整车控制器实时地接收传感器传输的数据和驾驶操作指令，依照给定的控制策略做出工况与模式的判断，实现实时监控车辆运行状态及参数或者控制车辆的上下电，以整车控制器为中心通信节点的整车通信网络，实现了数据快速、可靠的传递。 （二）整车控制系统设计 复合电源的结构设计，选择了超级电容与DC/DC串联的结构，双向DC/DC跟踪动力电池电压来调整超级电容电压，使两者电压相匹配。为了车辆驾驶运行安全，同时为了更好地使超级电容吸收纯电动汽车的再生制动能量，在复合电源系统中动力电池与一组由IGBT组成双向可控开关，防止了纯电动汽车处于再生制动状态时，动力电池继续供电，降低再生制动能量的吸收效率。 整车CAN通信网络设计，由整车控制器（VCU）、电机控制器（motor control unit，MCU）、电池管理系统（battery management system，BMS）、双向DC/DC控制器以及汽车组合仪表等控制单元（Electronic Control Unit，ECU）组成了复合电源纯电动汽车的整车通信网络。 二、整车控制器硬件设计及软件设计 （一）整车控制器结构设计 整车控制器的硬件结构根据其基本的功能需求进行设计，如图1所示。支持芯片正常工作的微控制器最小系统是整车控制器的核心，基础的信号处理模块，CAN通信与串口通信组成的通信接口模块，以及LCD显示等其他模块分别作为它的各大功能模块。 图1 整车控制器硬件结构图 （二）整车控制器硬件设计 从功能上可以把整车控制器分为6个模块。 1）微控制器模块：本设计选用美国德州仪器公司TI的数字信号处理芯片TMS320F2812为主控芯片，负责数据的运算及处理，控制方法的实现，是整车控制器的控制核心。此芯片运算速度快，控制精度高的特点基本满足了整车控制器的设计需求。TMS320F2812的最小系统主要由DSP主控芯片、晶振电路、电源电路以及复位电路组成。 2）辅助电源模块：由于整车控制器的控制系统中用到多种芯片，所以需要设计辅助电源电路为各个芯片提供电源，使其正常工作，因此输出电平有多种规格。采用芯片LM317、LM337可分别产生+5V和－5V的供电电压。 3）信号调理模块：输入整车控制器的踏板信号是1～4.2V模拟电压信号，TMS320F2812的12位16通道的A/D采样模块输入的信号范围为0～3.0V，因此需要对踏板输入的模拟电压信号进行相应的调理运算，以满足DSP的A/D采样电平要求。选用德州仪器的OPA4350轨至轨运算放大器，在输入级采用RC低通滤波电路与电压跟随电路以滤除干扰信号，减小输入的模拟信号失真。开关信号先经RC低通滤波电路滤除高频干扰，再作为电压比较器LM393的正端输入，电压比较器的负端输入接分压电路，将LM393的输出引脚外接光耦芯片，在起到电平转换作用的同时，进一步隔离干扰信号，提高信号的安全性与可靠性。 4）通讯模块：TMS320F2812具有一个eCAN模块，支持CAN2.0B协议，可以实现CAN网络的通讯，但是其仅作为CAN控制器使用。选用3.3V单电源供电运行的CAN发送接收器SN65HVD232D，其兼容TMS320F2812的引脚电平，用于数据速率高达1兆比特每秒（Mbps）的应

电动汽车的结构原理

电动汽车的基本结构电动汽车的组成包括电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。 1.电源电源为电动汽车的驱动电动机提供电能，电动机将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。目前，电动汽车上应用最广泛的电源是铅酸蓄电池，但随着电动汽车技术的发展，铅酸蓄电池由于比能量较低，充电速度较慢，寿命较短，逐渐被其他蓄电池所取代。正在发展的电源主要有钠硫电池、镍铬电池、锂电池、燃料电池、飞轮电池等，这些新型电源的应用，为电动汽车的发展开辟了广阔的前景。 2.驱动电动机驱动电动机的作用是将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。目前电动汽车上广泛采用直流串激电动机，这种电机具有"软"的机械特性，与汽车的行驶特性非常相符。但直流电动机由于存在换向火花，比功率较小、效率较低，维护保养工作量大，随着电机技术和电机控制技术的发展，势必逐渐被直流无刷电动机（BCDM）、开关磁阻电动机（S R M）和交流异步电动机所取代。 3.电动机调速控制装置电动机调速控制装置是为电动汽车的变速和方向变换等设置的，其作用是控制电动机的电压或电流，完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。 早期的电动汽车上，直流电动机的调速采用串接电阻或改变电动机磁场线圈的匝数来实现。因其调速是有级的，且会产生附加的能量消耗或使用电动机的结构复杂，现在已很少采用。目前电动汽车上应用较广泛的是晶闸管斩波调速，通过均匀地改变电动机的端电压，控制电动机的电流，来实现电动机的无级调速。在电子电力技术的不断发展中，它也逐渐被其他电

纯电动汽车的基本结构和原理

纯电动汽车的基本结构和原理 与燃油汽车相比，纯电动汽车的结构特点是灵活，这种灵活性源于纯电动汽车具有以下几个独特的特点。首先，纯电动汽车的能量主要是通过柔性的电线而不是通过刚性联轴器和转动轴传递的，因此，纯电动汽车各部件的布置具有很大的灵活性。其次，纯电动汽车驱动系统的布置不同，如独立的四轮驱动系统和轮毂电动机驱动系统等，会使系统结构区别很大；采用不同类型的电动机，如直流电动机和交流电动机，会影响到纯电动汽车的重量、尺寸和形状；不同类型的储能装置，如蓄电池，也会影响纯电动汽车的重量、尺寸及形状。另外，不同的能源补充装置具有不同的硬件和机构，例如，蓄电池可通过感应式和接触式的充电机充电，或者采用更换蓄电池的方式，将替换下来的蓄电池再进行集中充电。 纯电动汽车的结构主要由电力驱动控制系统、汽车底盘、车身以及各种辅助装置等部分组成。除了电力驱动控制系统，其他部分的功能及其结构组成基本与传统汽车相同，不过有些部件根据所选的驱动方式不同，已被简化或省去了。所以电力驱动控制系统既决定了整个纯电动汽车的结构组成及其性能特征，也是纯电动汽车的核心，它相当于传统汽车中的发动机与其他功能以机电一体化方式相结合，这也是区别于传统内燃机汽车的最大不同点。 1、电力驱动控制系统 电力驱动控制系统的组成与工作原理如图5.1所示，按工作原理可划分为车载电源模块、电力驱动主模块和辅助模块三大部分。 1)车载电源模块 车载电源模块主要由蓄电池电源、能源管理系统和充电控制器三部分组成。

(1)蓄电池电源。蓄电池是纯电动汽车的唯一能源，它除了供给汽车驱动行驶所需的电能外，也是供应汽车上各种辅助装置的工作电源。蓄电池在车上安装前需要通过串并联的方式组合成所要求的电压一般为12V或24V的低压电源，而电动机驱动一般要求为高压电源，并且所采用的电动机类型不同，其要求的电压等级也不同。为满足该要求，可以用多个12V 或24V的蓄电池串联成96～384V高压直流电池组，再通过DC／DC转换器供给所需的不同电压。也可按所需要求的电压等级，直接由蓄电池组合成不同电压等级的电池组，不过这样会给充电和能源管理带来相应的麻烦。另外，由于制造工艺等因素，即使同一批量的蓄电池其电解液浓度和性能也会有所差异，所以在安装电池组之前，要求对各个蓄电池进行认真的检测并记录，尽可能把性能接近的蓄电池组合成同一组，这样有利于动力电池组性能的稳定和延长使用寿命。 (2)能源管理系统。能源管理系统的主要功能是在汽车行驶中进行能源分配，协调各功能部分工作的能量管理，使有限的能量源最大限度地得到利用。能源管理系统与电力驱动主模块的中央控制单元配合在一起控制发电回馈，使在纯电动汽车降速制动和下坡滑行时进行能量回收，从而有效地利用能源，提高纯电动汽车的续程能力。能源管理系统还需与充电控制器一同控制充电。为提高蓄电池性能的稳定性和延长使用寿命，需要实时监控电源的使用情况，对蓄电池的温度、电解液浓度、蓄电池内阻、电池端电压、当前电池剩余电量、放电时间、放电电流或放电深度等蓄电池状态参数进行检测，并按蓄电池对环境温度的要求进行调温控制，通过限流控制避免蓄电池过充、放电，对有关参数进行显示和报警，其信号流向辅助模块的驾驶室显示操纵台，以便驾驶员随时掌握并配合其操作，按需要及时对蓄电池充电并进行维护保养。 (3)充电控制器。充电控制器是把电网供电制式转换为对蓄电池充电要求的制式，即把交流电转换为相应电压的直流电，并按要求控制其充电电流。充电器开始时为恒流充电阶段。

新能源电动汽车回收系统

现代汽车电子技术 题目：电动助力转向系统 摘要 本文从全球环境污染和能源短缺等严峻问题阐述了发展电动汽

车的重要性和必要性，着重分析概括了电动汽车制动能量回收系统的研究现状 关键字电动汽车制动能量回收系统 1 引言 目前，普通燃油汽车在国内外仍占据绝大部分汽车市场。汽车发动机燃烧燃料产生动力的同时排放出大量尾气，其成分主要有二氧化碳（CO2）,一氧化碳（CO）,氮氧化合物(NO X)和碳氢化合物（HC），还有一些铅尘和烟尘等固体细微颗粒物，虽然现代汽车技术已经使汽车尾气排放降到很低，但由于汽车保有量持续高速增加，汽车排放的尾气还是会对人类的生存环境造成很严重的影响，例如近年来不断加剧的温室效应，光化学烟雾，城市雾霾等大气污染现象。 内燃机汽车消耗的能源主要来自石油，石油属于不可再生资源，目前全球已探明的石油总量为12000.7亿桶，按现在的开采速度将只够开采40.6年左右，即使会不断发现新的油田，但总会有消耗的一天。全球交通领域的石油消耗占石油总消耗的57%，由于汽车的保有量持续快速增长（主要来自发展中国家），到2020年预计这一比例将达到62%以上，2010年我国的石油对外依存度已达到53.8%，到2030年预计这一比例将达到80%以上，可见石油资源的短缺将会直接影响我国的能源安全，经济安全和国家安全，不利于我国长期可持续的发展，因此探索石油以外的汽车动力能源是21世纪迫切需要解决的问题。 电动汽车具有无污染，已启动，低噪声，易操纵等优点，相关的技术研究已趋成熟，是公认的未来汽车的主流。自1997年10底丰田推出混合动力车型Prius 以来，电动汽车越来越受市场的欢迎，近年来不少国内外汽车生厂商已向市场推出不少种类的电动汽车，在混合动力汽车领域，日本的丰田和本田不管从技术研发还是在市场销售，宣传等方面已经走在世界的前列，推出了诸如Pius，Insight，Fit，Civic 等量产化混合动力车型，其他国外汽车制造商在本田和丰田之后也相继推出相应的车型，例如宝马3系，5系，7系，8系都推出了相应的混合动力车型，大众途锐的混合动力版，特斯拉推出的MODEL S 纯电动车，国内汽车生产商比亚迪在电动汽车领域已经走在前列，相继推出包含“秦”在内的许多种混合动力车型。

混合动力电动汽车控制策略优化

混合动力电动汽车控制策略优化 混合动力电动汽车其中一个非常重要的技术是控制策略，文章对混合动力汽车控制策略进行了分类及分析，指出混合动力汽车的控制策略的缺点和不足，需要进一步优化，整车性能会受到动力系统匹配参数和控制策略参数二者的共同影响，提出一种结合了遗传算法和模拟退火算法二者的优化算法。 标签：混合动力电动汽车；控制策略；优化 1 概述 对于不同类型的混合动力汽车，已经研究出来很多不同种类的控制策略，但是对于所有类型的混合动力汽车来说，控制策略的参数优化有着很大的共通。一般情况下，都是根据以往的经验来设定一套大概的值，然后进行参数的微调找到最合适的参数。然而这种尝试的办法很难锁定最佳的参数搭配方案，因此在参数优化的过程中就使用优化算法来解决问题。 2 控制策略的分类 2.1 基于规则的能量管理策略 2.1.1 逻辑门限值控制方法。通过阈值的设置来限制发动机的有效工作范围，控制发动机和电池在高效率范围内工作。该算法简单易实现，应用较普遍。此种策略中要提前设置阈值，所以造成控制系统较难随时匹配实际的情况和参数的改变，同时也忽略了电机的效率情况，所以这种静态控制策略并不是最优的。 2.1.2 基于模糊控制的智能型控制策略。该策略来源于人类的思维方式，提取被控系统的定性和定量信息，通过推理来控制一些很难模型化的系统。由于不能够模型化，所以设计者通过自己以往的经验来提炼规则。 2.2 瞬时优化控制策略 对于不同的功率分配以及地点，该策略实时监控发动机和电动机的消耗燃油量和排放量，通过这些数据得到最适合该混合动力系统的工作模式以及地点。该策略目前并未广泛使用。 2.3 全局优化控制策略 全局最优控制策略是根据最优化方法和最优控制理论而得到的策略，用于分配混合驱动动力。若想使用该策略最重要的前提是清楚汽车的行程，由于这一点的限制，该策略目前尚未投入实用阶段。所以，可以说全局最优控制策略仅仅称得上是一种控制策略设计的方法。

电动车控制器原理图解

电动车控制器原理图解 单片机PICl6F72是目前电瓶车控制器主流控制芯片，配合2只 74HC27(3输入或非门电路)；1只74HC04D(反相器)；1只74HC08D(双输入与门)和一片LM358(双运放)，组成一款比较典型的无刷电瓶车控制器，具有60°和120°驱动模式自动切换功能，其基本组成框图见图l。实物测绘原理图见图2(图中数据除注明外，均为开锁停车状态数据)。 一、电路简介与自检 开通电门锁，48V电瓶直流电经电门锁线输入到控制器，一路经R3、R13、R4等送入U6的③脚作电瓶欠压检测用，另一路送入U13、U14、

U15输出+15V和+5V给IC和末级驱动供电。单片机PICl6F72的⑨、⑩脚外接16MHz晶体，①脚外接R13、C25组成复位电路，电门锁开锁，单片机得电工作后即进入初始化自检状态，它主要检测：1．由R3、R73、R4、R11、C2l等组成的电池欠压检测电路(典型值U6的③脚输入3.8V)。 2．由R5、R6、U1等组成的末级电流检测和过流保护电路(正常值Ul的⑦脚输出0V，①脚输出约3.6V)。 3．转把复位信号(正常值U6的⑥脚输入约0.8V的低电平)。 4．刹车复位信号(正常值U6的⑦脚输入4.8V高电平)。 5．电机霍尔元件检测到的无刷电机相位信号(正常时至少有一根霍尔线输入为4.1V，其他为0V)。 自检后的状态由LED2显示结果，以下是参照值(具体显示与单片机的程序设计有关)。 闪l停l--自检正常通过 闪2停l--欠压 闪3停l--LM358故障 闪4停1--电机霍尔信号故障

闪5停l--下管故障 闪6停l--上管故障 闪7停1--过流保护 闪8停l--刹车保护 闪9停1--手把地线断开 闪10停1--手把信号和手把电源线短路 闪l停11--上电时手把信号未复位 若自检正常通过，当转动转把时，U6根据转把输出电压的大小，将相应脉冲宽度的载波信号与三路驱动上下管的换相导通信号混合，从而达到控制无刷电机速度的目的，不同的速度对应不同的电机电流，同时行驶速度与电机换相频率成正比。 电路中，末级功率管V1和V2，V3和V4分别为无刷电机U相的上、下路驱动管；V5和V6，V7和V8分别为无刷电机V相的上、下路驱动管；V9和V10，Vll和V12分别为无刷电机W相的上、下路驱动管。U2为下管驱动IC，U4为上管驱动IC；U3、U5为上、下管R55、R56(康铜丝)串接在末级功率管的地线上，因而末级功率管的电流变化会在R55、R56上产生压降，所以由R5、R6和Ul等组成的电流检测电路可以随时检测无刷电机电流的大小，避免过流损坏电机。由R3、R73、R4、R11、C21、

电动汽车制动能量回馈研究开题报告

学院 毕业设计开题报告 学生姓名：学号： 专业： 设计题目：电动汽车制动能量回馈研究 指导教师： 年月日

1．本课题的研究意义，国内外研究现状、水平和发展趋势 目前用于车载的电储能装置主要是蓄电池储能装置，储能装置既可以作为驱动系统提供能量，又可以作为回馈系统回收制动能量。 制动能量的回馈已经应用于少数豪华跑车，作为噱头，真正的效果并不尽如人意。但是这是一个必然的发展趋势，节能减排是整个世界的共同主题。从1990年起，世界各地的大型汽车公司如美国的通用、福特，日本的本田、丰田与日产等都加大了对电动汽车研究的资金投入。这些公司很快就制造出了概念电动汽车及电动汽车，而且很多概念车在当时就配置了制动能量回馈系统。 可持续发展是人类社会的共同目标。为了解决日益匮乏的原油煤炭资源以及尾气排放等问题，混合动力型汽车是现在及以后需大力发展及推广的重要举措。如今混动汽车，纯电动公交车已经推广至社会中的大街小巷。然而电动汽车在频繁的制动过程中有许多能量流失浪费，本次设计的任务就是在现有的技术基础上，研究电动汽车在行车制动时能量的回馈吸收，使能量得到进一步的利用，延长行驶里程。首先阐释如今电动汽车的能量运转方式，分析制动能量回馈的可行性，在现有技术基础上展开研究，阐述先进性。

2．本课题的基本内容，预计可能遇到的困难，提出解决问题的方法和措施 主要内容 1．电动汽车制动能量回馈的研究现状。 2. 电动汽车制动能量回馈的主要关键技术有哪些。 3．现有电动汽车能量回馈系统及回馈控制方法有哪些，各有什么特点。 4．熟悉电动汽车制动能量回馈的工作原理。 5．提出一种电动汽车制动能量回馈系统，阐述所提出系统的先进性。 可能遇到困难： 1. 供电电源的电压必须大于电机的感应电动势。当电机的感应电动势较大时，供电电源的电压较高，使得电源系统体积较大，成本较高。 2. 在电机的转速变化范围较大的场合，从电机的感应电动势到电源电压的变换范围较大，使得变换效率较低。 3. 在制动能量回馈系统中，当制动速度较低时，产生的感应电动势较小，由于功率变换器具有一定的变压比，感应电动势无法升压到电源电压，从而不能回馈能量，在频繁低速制动的城市公交车中，回馈效率低或几乎不能回馈能量。 4. 利用电机绕组电感作为升压电感，使得电感电流波动较大，产生的热量较大，增加了电机本身的损耗，且当电机绕组电感较小时，需要串联电感以平滑电流的波动，使得结构复杂。 5.电池寿命短。 为了解决上述问题，需要我们多多查阅资料，利用相关软件进行模拟设计，在不

增程式电动汽车控制策略的优化

增程式电动汽车控制策略的优化 摘要：增程式这类电动汽车有着自身的运转模式，同时也要配备最合适的控制策略。循环系统要在最大范围内减低损耗的总能量，在这种基础上结合实情探析了最优的控制策略。对此可选取外部优化，借助仿真软件以此来调控并优化给定的参数。优化程序设有非支配算法及精英策略，优化探析得出的结论表明：优化的新式算法拟定的参数可覆盖全局，从整车入手减低了运行汽车损耗的循环能量，因而更能吻合新形势下的节能思路。 关键词：增程式电动汽车；控制策略；优化思路 在现今状态下，生产电动汽车日渐受到多样的要素约束，例如电池本体的密度、耗费的总成本、可运转的年限。在这些要素制约下，电动汽车常规的产品将很难拓展现存的市场。增程式新的电动车配备了混合特质的内在动力，这种纯电动车可拓展继续行驶的总体路程。历经长期探究，针对于这类汽车设定的控制策略日趋成熟，然而仍没能给出最完备的控制思路。为此有必要预设合适的优化目标，在根本上优化现存的控制方式。 1 新式汽车构造 增程式电动汽车有着新式的构架，这是由于增程式车身

添加了发电配备的机组及发动机。增程式汽车拥有纯电动汽车固有的特性，同时又增添独特性。相比于供应混合动能的传统汽车，增程式车身减低了发动机附带的功率，电池及电机提升了固有的功率。同时，增程式电池还可随时补充电网缺失的电能[1]。增程式车身设定为串联的，驱动装置设为电机。发动机在各时段都可运转，在拥挤城区行进的电动车常常会频繁停止及启动，为此增程新式的车型更能适用。 2 增程式配备的控制策略 2.1 总的控制方式增程式电动汽车依循新式的工作模式。详细来看，初期电动车在行进时，电池充满了电能。动力电池可供应整车必备的功率需求，但发动机可暂停运转。在这种状态下，纯电动车相比于增程新型车辆显现了不足。电动汽车行进的过程中电池组将会持续耗电。起动发动机时，发动机会协同动力电池一并运转，这种状态下增程式及混合性车型二者是等同的[2]。 增程电动车设有持久可供应的动能，减低了消耗掉的电池成本。运用增程式车型可避免行驶至中途的暂停，免去驾驶员额外的担忧。若电池现有电能并不充足，那么启用辅助类的供应电能。在这种设置下，发动机不必供应行驶路径中的一切动能，在最大程度减低了根本的发动功率。（见图1） 2.2 增程式运转的新模式纯电动车增程车身配备双重的 动力源：增程装置即发电机组、动力供应性的电池组。在两

电动汽车整车控制系统介绍

电动汽车整车控制系统介绍 本文主要探讨纯电动汽车整车控制系统功能及研发流程。根据用途,整个电气系统可分为动力系统、能源系统、底盘电子控制系统、照明指示系统、仪表显示系统、辅助系统、整车综合控制系统、空调系统和舒适性安全系统等子系统。其中很多功能模块都需要和整车综合控制系统相关。整车电气系统列出如表1所示。 整车综合控制系统根据驾驶员的操作指示(油门、刹车等),综合汽车当前的状态解释出驾驶员的意图,并根据各个单元的当前状态作出最优协调控制。 1 整车控制器系统配置 整车控制器与整车其他电气系统连接如图1所示。整车控制器通过CAN总线与电池ECU、电机ECU、电源分配ECU、ABS系统、中控门锁、仪表显示系统连接。与其余的电气系统通过IO端口连接(也可使用CAN通讯)。下面分别对各电气单元的功能要求分别叙述。 1.1 动力系统提供整车的动力输出,其核心是驱动电机和电机驱动ECU 电机驱动ECU通过CAN总线与整车综合控制器通讯。应能提供电机转速、转矩、功率、电压、电流、水温、工作模式等参数。并应该能接受整车控制器发来的控制命令。 1.2 能源系统包括电池、电池管理单元和电源分配系统 与整车控制器通讯的有电池管理ECU和电源分配ECU。 电池管理ECU对电池进行充放电管理及保护。它应能提供电池组总电压、电流、单体电池电压、温度、剩余电量、电池健康状态、故障类型等信息。 电源分配ECU应能提供各个子电源的电压、电流和工作温度以及故障类型等信息。 1.3 ABS系统应能提供各个车轮的转速、液压系统状态、各个制

动阀的状态以及自身的工作状态等信息 1.4 中控门锁,应提供各车门状态等信息 1.5 仪表显示系统,应向整车控制系统提供所显示信息的全部内容 1.6 照明指示系统,可以通过CAN总线来控制,也可以通过IO来指示照明指示系统的运行状态 1.7 转向助力、制动助力、变速箱需提供档位位置、液压压力、工作状态等信息 可以是简单的开关量也可以用CAN总线通讯。 1.8 驾驶员的油门踏板和制动踏板经信号调理后接入到整车控制器内 2 整车控制器详细功能 纯电动汽车的整车控制器的主要功能包括:汽车驱动控制、制动能量的优化控制、整车的能量管理、CAN网络的维护和管理、故障的诊断和处理、车辆状态监视、行车记录等。整车控制器功能框图如图2所示。整车控制器通过CAN总线和IO端口来获得如加速踏板开度、电池SOC、车速等信息,并根据这些信息输出不同的控制动作。 下面分别介绍各部分实现的具体功能。 2.1 汽车驱动控制 根据司机的驾驶要求、车辆状态等状况,经分析和处理,向电机控制器发出指令,满足驾驶工况要求。包括启动、前进、倒退、回馈制动、故障检测和处理等工况。 2.2 整车能量优化管理 通过对电动汽车的电机驱动系统、电池管理系统、传动系统以及其它车载能源动力系统(如空调)的协调和管理,以获得最佳的能量利用率。 2.3 网络管理 整车控制器作为信息控制中心,负责组织信息传输,网络状态监控,网络节点管理等功能,网络故障诊断和处理。

混合电动汽车整车控制策略研究及发展趋势探讨

混合电动汽车整车控制策略研究及发展趋势探讨 张嘉君 武汉理工大学汽车工程学院，湖北武汉 430070 E-mail：941ai@https://www.wendangku.net/doc/c19726976.html, 摘要：混合电动汽车整车控制策略是电动汽车的灵魂。本文综述了当前混合电动汽车控制关键技术，分析了应用于电动汽车的主要控制理论，提出了整车控制策略研究的重点和突破方向，对混合动力整车控制策略设计与开发具有指导和借鉴意义。 关键词：混合电动汽车，控制策略，关键技术 1 引言 混合电动汽车（Hybrid Electrical Vehicle, 简称HEV)是指同时装备两种动力来源——热动力源（由传统的汽油机或者柴油机产生）与电动力源（电池与电动机）的汽车。通过合理复合动力系统，灵活调控整车功率流向，使发动机保持在综合性能最佳的区域工作，从而降低油耗与排放。美国的PNGV (Partnership for a New Generation of Vehicles)、欧洲的“The Car of Tomorrow ”计划、日本的“Advanced Clean Energy Vehicle Project”以及我国的“清洁汽车行动”都正是基于HEV而制定的战略计划。刚刚闭幕的“十一五”规划着力自主创新，混合动力技术可能是我国汽车行业自主创新的最大突破口，而在HEV关键技术中，整车控制策略占据着核心灵魂位置，因此，科学深入研究混合动力汽车的整车控制策略显得必然重要。作者对混合电动汽车的控制理论及技术现状作了系统分析，并指出了HEV控制策略研究关键技术和发展方向。 2 概念与结构 混合动力汽车主要有串联（SHEV）、并联（PHEV）和混联（SPHEV），和传统汽车的主要区别在于其多了电动机或发电机，不同混合动力之间的结构区别主要在于起能量流向的不同，图1和图2给出了串联和并联混合动力汽车的能量流向。抽象的混合动力控制策略，就是通过合理规划整车在具体行使工况中的不同动作，使整车能量高效、合理流动，达到整车经济性、动力性、排放等各项指标达到最佳结合点。 由于各种混合动力电动汽车结构上的差异，因而需要不同的控制策略来调节和控制功率流从不同元件的流进和流出，采用不同控制策略的目的是为了实现不同的控制目标。具体来说，混合动力控制策略的控制目标主要有以下四个：燃油经济性；排放指标；系统成本；最驱动性能。 - 1 -

电动汽车电机控制器原理

电动汽车电机控制器 一、电机控制器的概述 根据GB/T 18488.1-2001《电动汽车用电机及其控制器技术条件》对电机控制器的定义，电机控制器就是控制主牵引电源与电机之间能量传输的装置、是由外界控制信号接口电路、电机控制电路和驱动电路组成。 电机、驱动器和电机控制器作为电动汽车的主要部件,在电动汽车整车系统中起着非常重要的作用,其相关领域的研究具有重要的理论意义和现实意义。 二、电机控制器的原理 图1汽车电机控制器原理图 电机控制器作为整个制动系统的控制中心，它由逆变器和控制器两部分组成。逆变器接收电池输送过来的直流电电能，逆变成三相交流电给汽车电机提供电源。控制器接受电机转速等信号反馈到仪表，当发生制动或者加速行为时，控制器控制变频器频率的升降，从而达到加速或者减速的目的。 三、电机控制器的分类 1、直流电机驱动系统 电机控制器一般采用脉宽调制(PWM)斩波控制方式，控制技术简单、成熟、成本低，但效率低、体积大等缺点。 2、交流感应电机驱动系统 电机控制器采用PWM方式实现高压直流到三相交流的电源变换，采用变频调速方式实现电机调速，采用矢量控制或直接转矩控制策略实现电机转矩控制的快速响应。

3、交流永磁电机驱动系统 包括正弦波永磁同步电机驱动系统和梯形波无刷直流电机驱动系统，其中正弦波永磁同步电机控制器采用PWM方式实现高压直流到三相交流的电源变换，采用变频调速方式实现电机调速；梯形波无刷直流电机控制通常采用“弱磁调速”方式实现电机的控制。由于正弦波永磁同步电机驱动系统低速转矩脉动小且高速恒功率区调速更稳定，因此比梯形波无刷直流电机驰动系统具有更好的应用前景。 4、开关磁阻电机驱动系统 开关磁阻电机驱动系统的电机控制一般采用模糊滑模控制方法。目前纯电动汽车所用电机均为永磁同步电机，交流永磁电机采用稀土永磁体励磁，与感应电机相比不需要励磁电路，具有效率高、功率密度大、控制精度高、转矩脉动小等特点。 四、电动控制器的相关术语 1、额定功率：在额定条件下的输出功率。 2、峰值功率：在规定的持续时间内，电机允许的最大输出功率。 3、额定转速：额定功率下电机的转速。 4、最高工作转速：相应于电动汽车最高设计车速的电机转速。 5、额定转矩：电机在额定功率和额定转速下的输出转矩。 6、峰值转矩：电机在规定的持续时间内允许输出的最大转矩。 7、电机及控制器整体效率：电机转轴输出功率除以控制器输入功率再乘以100%。 扩展阅读： WP4000变频功率分析仪应用于电动汽车电机试验 现行的电动汽车相关标准大全 如何选择电动汽车电池监测系统 hb