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1、增程式电动客车能量管理策略仿真研究摘要：针对增程式电动客车节油问题，设计并对比了三相不可控桥式整流和整流后直流升压两种发动机-发电机组(APU)结构，提出了电池组恒荷电状态(stageofcharge,S0C)模糊控制、发动机目标转速分级控制的能量管理测试，在Matlab/Simulink环境中搭建了两种结构下的?程式动力系统仿真模型，并结合城市公交工况进行能量管理策略仿真分析。仿真结果表明，发动机-发电机组采用整流后直流升压结构和所提出的能量管理策略，能使发动机节油率提高8%,验证了结构方案的合理性和能量管理策略的有效性。关键词：能量管理；发动机-发电机组；模糊控制；DC-
2、DC变换器屮图分类号：U469.72文献标文献标识码：A文献标D0I：10.3969/j.issn.2095-1469.2013.06.08增程式电动车以动力电池组为主动力源，发动机为辅助动力，可工作在纯电动模式和混合动力模式［1］。选择合理的发动机-发动机组的结构，可以节省燃油消耗。本文设计了三相不可控桥式整流和整流后直流升压两种发动机-发电机组结构，采用理论模型和试验数据相结合的建模方法，在系统仿真软件Matlab/Simulink环境中分别建立了两种结构下的?程式电动校车的动力系统仿真模型。通过仿真对两种发动机-发电机组结构进行对比，得出燃油消耗较低的发动机-发电机组结
3、构。1动力系统结构及仿真模型木文研究的增程式电动车是一种串联式混合动力车辆，其动力驱动系统结构如图1所示，图中虚线框内为发动机-发电机组。本文设计了两种结构：一种是由高速柴油机、永磁同步发电机和三相不可控整流桥组成[2]；另一种是在前者的基础上增加了DC-DC变换器（Boost电路）。动力电池组采用猛酸锂电池，驱动电机釆用永磁同步电机，变速器为两挡行星齿轮变速器。在Matlab/Simulink环境中建立两种发动机结构下的？程式动力系统仿真模型，如图2、图3所示。整车参数见表1。2发动机-发电机组控制策略两种发动机-发电机组结构下的增程式电动车都采用电池组恒S0C模糊控制策略
4、。增程式电动车以纯电动行驶为主，主要动力來自动力电池组,需要满足一定纯电动续驶里程要求，使电池组S0C在较低水平时APU系统才投入工作。APU系统控制的目标是在动力电池组S0C恒定在一个合理范围前提下，降低发动机的燃油消耗率。木文选择将电池组SOC维持在0.3附近。2.1模糊控制器结构木文采用模糊控制器（图4）对电池组S0C进行限定，输入变量为S0C和S0C的增量ASOC,输出为电池组电流期望系数COEFo因为SOC在某种程度上也间接反映了直流母线电压值，而SOC的变化率表征了流过电池电流趋势，所以根据SOC和SOC变化率，通过模糊控制，确定APU系统期望电流，控制电池组SO
5、C维持在一个合理范围内。被控对象是发动机-发电机组，负载IL作为扰动量引入。首先根据模糊控制器输出的电池组期望电流得出发电机期望电流Tgexp（式1）,再根据直流母线电压得到发动机-发电机组期望功率Pgexp（式2）,最后通过电池组初始SOC和发动机期望功率Pgexp确定目标转速n_goalo系统通过控制发动机转速来调节发电机输出电流，结合负载需求间接调节了电池组输出电流［3］。OO2.2模糊控制器隶属度函数及控制规则设计一个好的模糊控制器除了耍有好的模糊控制规则外，合理选择输入变量的量化因子和输出变量的比例因子是非常重要的［4］。模糊控制器的输入变量为SOC及其增量ASOC
6、,输出为电池组电流期望系数COEFoSOC划分为：NB、NS、Z、PS、PB5个模糊状态，其论域为［0.25,0.275,0.3,0.325,0.35］,如图5所示，量化因子Kc=l；AS0C划分为N、Z、P3个模糊状态，其论域定义为［-1,0,1］,如图6所示,量化因子Ke=l000；COEF被划分为BC、SC、Z、SD、BD5个模糊状态，其论域为［T,-0.5,0,0.5,1］,如图7所示，比例因子Ku二400。3个变量都采用三角隶属度函数。根据试验总结得出控制规律，见表2o采用Mamdani推理方法，用if-then语句形式表示。如果SOC和ASOC,那么COEF模糊量
7、清晰化过程采用重心法，一般认为重心法获得的结果是相当理想的，稳态性好，在可以保证实时性的情况下被广泛使用。2.3转速控制策略发动机转速控制采用多点转速切换控制方式，即将发动机的工作转速划分若干个不同的转速，根据模糊控制器得到的发动机-发电机组期望输出功率Pgexp在不同的转速之间切换，在较低功率需求时使发动机工作在低转速，而高功率需求时就将转速提至高转速工作区。发动机转速多点控制可以更好地满足发动机动态功率跟踪的控制目标[5]o图8所示为发动机-发电机组多点转速切换工作模式的原理图，系统的功率需求分为3
