四驱混合动力汽车动力系统匹配和控制策略探究

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1、四驱混合动力汽车动力系统匹配和控制策略探究摘要：外充电式混合动力汽车是电动汽车较好的技术路线，也是当前研究的热点。构建了一辆前轮发动机驱动、后轮电动机驱动的外充电式四驱混合动力汽车模型，进行了电机、电池和发动机参数设计，设计了发动机最优工作曲线能量控制策略和电能消耗型能量控制策略，并用Matlab和AVLCruise软件对其进行了性能联合仿真。结果表明，所构建汽车模型可行，匹配动力系统参数设计达到预期目标，电能消耗型能量控制策略更有利于提高经济性。动力系统结构和能量控制策略易于产业化，可为样车开发提供借鉴。关键词：混合动力汽车；优化匹配；控制策略；仿真中图分类号:U469.7

2、2文献标文献标识码：A文献标DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2013.03.06由于作为动力源的电池在动力性、可靠性、经济性、安全性等方面远未能满足需要，纯电动汽车远未到达实用阶段。混合动力汽车是目前车辆节能降耗可行的技术路线之一，尤其是外充电式混合动力汽车，相比常规混合动力汽车,它的混合度可达50%,电池容量更大，纯电动行驶里程更长[llo动力系统参数的优劣决定了整车的动力性、经济性等性能［2］。整车开发的全部环节中，动力系统设计显得尤其重要。李骏［3］、刘炳国［4］等基于汽车理论对外充电式并联混合动力汽车参数进行了匹配，前者用Cruise软件进行

3、了整车性能仿真，后者进行实车试验；任永乐［5］、王杉［6］等分别为串联混合动力汽车设计了传动系能量均衡能源控制策略和以电为主能源控制策略；舒红［7］、左义和［8］等分别基于部件工作效率最优、动态规划法设计了混联混合动力汽车控制策略。以上所述都是针对两驱车辆。四驱车辆在通过性等方面比两驱车辆更有优势，结合了外充电式的四驱混合动力汽车动力系统参数设计、能量控制策略方面的研究并不多见。本文对一款外充电式四驱混合动力汽车进行了动力系统参数匹配，设计了工程上易于实现的能源控制策略，并用Matlab和AVLCruise软件对其进行了性能联合仿真，探讨了影响车辆动力性、经济性的因素。1整车

4、参数和动力系统模型参考有关资料，构建一辆四驱混合动力汽车，前轮发动机驱动，后轮设置电力驱动，前后驱动轴分别独立，电机由电机控制器控制，动力电池由电池管理系统控制，整车控制器控制发动机、动力电池和电机协同工作，实例样车的模型如图1所示。为了结构简单和便于优化发动机工作工况，发动机配置的发电机仅为车用电器（含空调）需求，发动机未启动时，车用电器由电池供电。电池电能的补充来自电网和制动能量回收。根据控制策略，车辆可以由发动机单独驱动、电机单独驱动或发动机和电机联合驱动。车辆设定纯电动模式使用于城市交通。美国私人交通调查报告显示[9],车辆日行驶里程60英里（约96.6km）以内概率

5、占60%,设定纯电动模式续行驶里程100km,考虑CJJ37-2012关于城市道路设计车速的规定，设定纯电动车速为60km/ho因动力电池质量未定，故整备质量需在匹配电机、电池和发动机后确定。表1列出了混合动力汽车样车整车参数。2后驱系统设计与分析后驱系统由电池、电动机、差速器和轮系以及相关控制系统组成，可以看成纯电动系统。由于电动机有低速恒转矩、高速恒功率的输出特性[10],事实上，汽车在起步或爬坡等工况车速较低时需要较大转矩，高速行驶时要求较大功率，电动机正好符合此要求。而且电动机的转速可以实现从每分钟几十转到一万多转的变化，因此，本文后驱系统不设置变速器，仅在与差速器连

6、接处设置了减速齿轮，从而简化了机械传动装置。2.1电机参数设计设计中，期望最高车速确定了动力系统应有的功率[2],此功率也应满足汽车的最大爬坡度和加速性能要求。按国家标准GB/T19752-2005规定，计算需求功率时取试验质量mt=l880kgo传动效率nT、路面滚动阻力系数f、风阻系数CD、迎风面积A、最高车速umax、爬坡车速ua、加速车速ub、爬坡角度a和0-100km/h加速时间t的值见表2。(1)满足最高车速的功率(2)满足最大爬坡度的功率(3)满足加速性能的功率由计算可知，动力系统能提供87kW的动力即可满足汽车最髙车速、爬坡度和加速性能要求。根据本文动力系统的

7、结构，由发动机和电动机共同提供最大需求功率，且根据外充电式混合动力汽车的混合度设计规律，两者各提供约50%。最高车速需要用额定功率满足，最大爬坡度和加速性能可以使用峰值功率，考虑了车用电器消耗的总功率约3kW和发动机启动马达的功率1.4kW,据GB/T18488.1-2001规定的电机功率等级，选取额定功率Pmr=45kW的电机。根据CJJ37-2012,城市行驶最高速度为100km/h,爬坡度为9%,45kW功率也满足此要求。为得到较高的效率，本文后驱动系统不同于前驱系统而设置主减速比为5.4,为达到