增程式电动汽车动力传动系统参数匹配及性能仿真

硕士学位论文增程式电动汽车动力传动系统参数匹配及性能仿真VEHICLE哈尔滨工业大学密级：公开工程硕士学位论文增程式电动汽车动力传动系统参数匹配及性能仿真导学究生：秦昀师：崔胜民教授位：工程硕士科：车辆工程所在单位：汽车工程学院授予学位单位：哈尔滨工业大学DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringVEHICLEAffiliation：-I-），为主要驱动能源，发动机为辅助动力源的一种新型电动汽车。其动力系统主要动机完全关闭，处于纯电动模式，该模式完全可以满足城市日常上下班行驶需到较低水平时，发动机启动作为主动力源，补充车辆行驶所需的电能，多余的电能对动力电池进行充电。增程式电动汽车的参数匹配对整车性能具有至关重要的作用，动力传动系统部件参数的优化匹配可以使各部件运行在最佳工作区域，提高整车能源利用率。通过对整车动力性、经济性及排放性能进行仿真分析，可以验证参数匹配和控制策略的合理性、有效性，缩短车型的开发周期，节约成本，充分发挥增程式电动汽车的优点。本文以参数匹配和性能仿真为重点，对比分析了增程式电动汽车与现阶段的各种新能源汽车的特点，并对增程式电动汽车的增程器结构进行了分析，根据动力性能要求，对动力传动系统关键零部件进行选型和匹配计算。根据增程式电动汽车的运行特点、动力性和经济性的要求，制定了增程式电动汽车的控制策略。纯电驱动与增程模式的切换采用基于SOC值的逻辑门限控制策略，增程模式下采用恒功率和功率跟随相结合的控制策略，根据蓄电池SOC和需求功时在模型中设置Matlab控制模块，在Matlab/Simulink搭建，并在Sateflow中建立了不同工作模式下的状态转换流程图，根据模型编仿真结果表明，参数匹配结果满足整车的经济性和动力性设计要求，制定的能量分配控制策略能够有效地提高整车的车的开发提供了有效的参考。关键词：增程式电动汽车；传动系统；参数匹配；控制策略；仿真-II--III--IV- I II 1 11.2增程式电动汽车的国内外研究现状 2 31.3本课题主要研究内容 5第2章增程式电动汽车结构与原理 62.1增程式电动汽车结构 6 82.2.1按布置位置分类 8 92.3增程式电动汽车原理 2.4增程式电动汽车的特点 第3章动力传动系统部件参数匹配 3.5增程器参数匹配 3.6动力传动系统部件参数优化 -V- 3.6.3优化算法编程和优化结果 第4章增程式电动汽车的控制策略 4.1增程式电动汽车控制策略方法概述 4.2增程式电动汽车控制策略设计 4.2.1增程式电动汽车控制策略要求 4.2.2纯电驱动模式控制策略 4.2.3增程模式控制策略 第5章动力系统建模及联合仿真 5.1.2部件间的信息连接 5.2联合仿真模块的开发 5.3工况仿真及结果分析 参考文献 哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明 汽车作为当今出行必不可少的现代化交通工具，为人类的社会活动带来了很汽车作为当今出行必不可少的现代化交通工具，为人类的社会活动带来了很大的便利。但近年来，汽车保有量的急剧上升，带来了一些负面的影响，最突出的问题是能源危机和环境污染。纯电动汽车与传统汽车相比，具有节能环保、整车轻量化、运行成本低等优势。因此发展电动汽车，推动汽车领域的节能减排，对于缓解能源压力和改善环境具有重要意义，发展纯电动汽车将会成为汽车产业的最终选择，也是未来汽车业的必然发展趋势。目前纯电动机驱动汽车行驶，尤其在长途行驶中优势更加明显。虽然这种车型配备有发动机，但是由于驱动汽车行驶的动力完全由驱动电机供给，发动机发电机组的作用是对称为增程式电动汽车[2]。据美国交通部的个人交通运输测量数据，采用累计频率来表示每天驾驶行程每日驾驶行程分布和累计频率如小于或等于横坐标上所指示行驶距离的百分比[3]。由图1-1可知，若设计车辆的纯电动行驶里程为64km，该车辆可以纯电动行驶里程占总行驶里程的1/2[4]。因此设计的增程式电动汽车可以使用小型的蓄电池100km。蓄电池组个数的降低，可以有效的减轻整车质量，降低开发成本。本课题所提到的增程式电动汽车概念是源于电动汽车驱动系统的发展，在电动汽车上增加一个小型发电机组，增程式电动汽车兼备纯电动汽车和传统发动机汽车的优点，其动力系统的特殊性使得传动系统选型和参数匹配具有重要的意义。合理的参数匹配能使车辆在保证动力性的前提下，使各个部件在最佳状况下协调工作，达到电能和燃油消耗的最低点，同时保持行驶平顺性。性能仿真是基于软件对已匹配的参数建立整车模型，并在不同的工况和任务下进行仿真，通过对分析仿真结果，可以为评价实车性能提供有效的参考，加快增程式电动汽车的开增程式电动汽车作为一种新型的电动汽车，得到了国内外汽车企业的高度重视和政府的大力支持，纯电动汽车对增程式电动汽车在技术方面有很好的继承性，国内外对增程式电动汽车车型的开发进程较快，部分已经投入量产，分别从动力研究。但是对增程式电动汽车传动系统匹配方面的研究资料和技术文献较少。从车型开发和传动系统匹配及性能仿真方面对国内外研究现状进行总结。国外新能源汽车起步较早，新能源汽车技术比较先进，部分企业已经实现了部分新能源车型的量产。目前国外在混合动力汽车参数匹配技术方面，主要通过两个节能机理和途径[5]研发和使用小型发动机，提高发动机的负荷率，进而提高整车能源利用率对电能和发动机热能两动力源进行合理的耦合匹配。对增程式电动汽车在车型方面的开发进程比较快，比较突出的有美国通用、日本美国通用汽车于2010年8月率先推出了全球首款增程式电动汽车——雪佛兰Volt，有两种驱动模式：电池纯电驱动和增程式电驱动。其动力传动系统的参数配置如下：车辆的能量全部来自一个T形16kW·h的锂离子电池组[6]，使其纯电动行驶里程达到70km，可以满足日常用车的一般为发动机发电机组及电动机三个集成一体的动力系统，动力系统配有两台电机，动力源[8]动力源[8]。此外还有功率为62kW的1.4L直列四缸汽油发动机，不需要与电驱动进行耦合，而是用于带动发电机发电。我国石油资源匮乏，电动汽车的研发起步早，在纯电动汽车技术上与国外的差距相对较小。年，专门制定实施了混合动力电动汽车国家标准，更加规范日本的新能源汽车技术比较先进，致力于研究和发展新能源汽车技术、混合动力汽车动力系统的匹配与混合动力源的耦合技术，从1997年丰田公司推出第一款混合动力轿车Prius开始，丰田公司已经相继推出双能源驱动；而高速行驶时控制器会使发动机单独驱动；电力不足时，发电机进入发电模式。缺点是高速下坡时，电机没有发挥出作用，发动机大部分时间在低负荷下工作，负荷率低。第二代本田Insight采用了第四代IMA轻度混合动名的车型是其开发的Insight[10]。的CVT无级变速器，动力系统可以在高效又经济的状态运行[11]。所用的IMA混合动力系统在发动机和无级变速器之间装有一台低速运转的小型驱动电动机，电机主要在自动启停时充当起动机的角色，也在启动和中、低速巡航状态下提供车辆驱动力。电池组由三洋提供的86块电池单体组成，能量密度高。了混合动力汽车的发展路线，促进企业和高校的合作，有利于形成良性可持续发展产业链[12]。目前对增程式电动汽车开发和研究工作主要集中于对车型的开发，而对动力系统设计、参数匹配的相关研究相对较少，主要有上汽集团、同济大学、中国汽奇瑞汽车在电动汽车的研发方面处于国内领跑地位。年，奇瑞自主成功研发了增程型电动汽车，有效解决了电动汽车的续驶里程难题，打破了电池电量工作局限性的缺陷[13]。奇瑞公司先后有纯电动汽车产品投放市场，推动了我国新车公司“更安全、更环保、更节能”的设计理念，并为消费者设计了多种行驶模式可供选择。瑞麒M1-REEV纯电动汽车配装了转子发动机的增程系统，在增程器技术中，发动机的管理系统是增程系统上最核心的技术之一，增程式电动汽车采用的是转子发动机，此款发动机采用缸内直喷技术[14]，可实现低震动噪音、高效节能。整到350km，是当前世界上已知续航里程最长的纯电动汽车之一[15]。同济大学的周苏、牛继高等对增程式电动汽车的动力系统进行了主要参数匹配[16]，并基于AVLCruise/Simulink进行了联合仿真数进行优化，只对初步匹配的参数进行了仿真验证。宋珂、章桐重点对动力系统的结构和能量管理策略进行了详细分析，提出了电动汽车动力部件的设计要求，电动汽车与其他车型进行了对比分析，指出了增程式电动汽车的优势[17]。广汽集团的喻皓等人借助于Cruise软件，对增程式电动汽车做了仿真匹配分析，并将工作区域划分为纯电动运行、非电动机经济区运行、发动机高负荷运行和制动能量回收4个工作模式进行仿真，分析的结果可以为E-REV的研发提供有效的参考[18]。中国汽车工程研究院的胡平和张浩重点研究了发动机的控制策略，并仿真分析了不同控制策略下的百公里燃油消耗、排放、电能消耗量，最后基于用户接受度，评价了控制策略的优缺点[19]。总的来说，在增程式电动汽车的研究方面并没有提出关于动力传动系统参数匹配和优化的比较全面的措施，考虑因素比较单一。本文重点对增程式电动汽车的复杂系统进行参数匹配优化和性能仿真。课题研究内容可以分为以下几个部分：()对增程式纯电动汽车的结构形式进行分析，总结E-REV与传统意义上的纯电动汽车及插电式电动汽车的区别，对动力传动系统参数设计匹配的原则和()提出本课题的整车性能指标，对E-REV电动汽车传动系统部件进行选型匹配，并对此增程式纯电动汽车动力传动系的主要参数进行合理的匹配和优化。()根据增程式电动汽车运行模式的特点，制定控制策略，以提高整车能量利用率为目标，选择合适的控制策略方法，重点分析增程模式下的控制策略。按照控制策略确定控制系统硬件构型，编制控制算法框图，为建模仿真奠定基础。()在AVLCruise软件中建立增程式电动汽车整车模型，根据匹配的关燃油经济性和排放性能进行仿真验证和结果分析。图2-1增程式电动汽车的动力系统二维示意图图2-1增程式电动汽车的动力系统二维示意图组成。电驱动系统是由驱动电机及牵引力驱动控制装置组成，发动机到驱动电机之间没有机械连接，而是首先通过发电装置，将燃油的化学能转化成三相交流电，然后发电机驱动控制器将交流电流转化成直流，并通过发电机驱动控制装置到达功率分配装置，根据工况需要做出牵引力驱动控制的功率分配。发动机作为主要动力源时的动力传输为在需求功率比较大的时候，功率分配装置会直接将电能传递给驱动力控制装置，驱动车辆行驶，不经过电池管理系统。根据车辆功率需求，驱动力控制系统中的逆变器将直流电转化成三相交流电，驱动电动机运第章增程式电动汽车结构与原理增程式电动汽车是一种纯电驱动行驶的混合动力汽车，以蓄电池为主要动力，小排量发动机为辅助动力，其发动机不直接驱动汽车，而仅用于带动发电机发电，因此，结构和动力性能都接近于纯电动汽车，启动后的发动机可在最佳燃油经济区输出功率和扭矩，提高了整车燃油经济性。增程式电动汽车首先依靠自身的动力电池行驶，此时发动机不启动，当电池电量下降到一定程度时，启动发动机驱动发电机发电，所产电能直接参与车辆的驱动，若产生的电量有富余可以存储到本课题研究的增程式电动汽车的动力系统二维示意图如图2-1所示，其中粗线转。转。在增程模式下如果增程模块提供的电能有剩余，则多余的电能将为蓄电池充电，蓄电池在增程模式下，起到平衡系统的充电和放电作用，稳定系统电压。 ()停车时，可以通过外接充电装置为蓄电池充电。此外，动力系统提供的电能要满足附件功率的需求[20]，在示意图中用散热器、风扇、空调压缩机等表示。各个系统之间的数据传输由CAN总线完成，实现控制单元之间的信息传递和命令执行，根据驾驶员施加给加速踏板或者制动踏板的位置指令，获取需求功率信息，传递给主控制器，主控制器根据目前行驶状况和车辆的状态进行判断，确定当前E-REV的运行模式，将控制指令传递给部件控制器，如牵引力驱动控制器、E-REV的增程器及主动力系统在底盘的布置如图2-2所示。动力系统中驱动电机及其控制系统集成在发动机舱，一般将电池及其管理系统集成一个T字型，布置在车身底盘下方的位置。由于省去了普通燃油汽车的变速箱和机械传动系统，个增程器系统，增程器是增程式电动汽车驱动系统的关键组件，发动机发电机系无关，因此可控制发动机运行在其转速—转矩平面上的任意点。通常应控制发动机使其运行在最佳工况区，此时发动机的油耗和排放降到最低程度，由于发动机系统的运行模式和控制策略密切相关。图2-2增程式电动汽车动力系统底盘布置增程器只提供电能，电能用来驱动电动机或者为动力电池充电，增加电动汽车的行驶里程，发动机到驱动电机之间的动力传动路线没有机械连接，可以将电的能量传递损失。增程式电动汽车的控制策略目的在于在动力电池电能充足的情况下，保持在纯电动工作模式，将有害物质排放降到最低。这种模式下的控制策略与纯电动汽车类似，增程模式下的控制策略要保证增程器和动力电池得到最佳的匹配，获得最优的整车系统效率。目前增程式电动汽车处于开发阶段，增程器是增程式电动汽车最重要的组件之一，它与车辆的性能、油耗、燃油替代、原始成本和运行成本密切相关，对增程器的实现方法处于探索阶段，增程器可以按以下进行分类。增程器包括发电装置和辅助能量存储装置，根据增程器与汽车的安装关系，即增程器的安装位置可以分为挂车式、插拔式和车载式三种[21]。()挂车式增程器这种增程器安装在拖车上，根据行驶距离的不同来决程器适时提供能量；市区短途行驶时取下拖车，此时完全变为一辆纯电动汽车使用。这种形式由于其结构的特殊性，实用性不高，更多的是应用于室内场馆车。其优点是增程器输出功率能够根据需要设计，增程器可以使用多种辅助燃料。但是缺乏使用的灵活性，拖车质量和体积都比较大，不易倒车。在不确定是否需要长距离行驶时，或者有突发性事件的时候，都为驾乘者造成了很大的不方便，限制了随意驾驶的自由度。()插拔式增程器将增程器设置为可插拔的模块，考虑到短途行驶时，包括控制器和DC/DC转换器集中在一起，做成一个方便拆卸的独立单元。在日常短途行驶时，将增程器系统整体从车上拆下，此时只用蓄电池的电能驱动车辆行驶时，将增程器模块通过机械及电气接口与整车动力系统相连，增加续驶里程。该种形式增程器对设计要求较高，并需要与动力部件及传动系统合理的匹配，在匹配的基础上要求的控制策略非常复杂，并解决振动噪声等附加问题，所以目前的增程式电动汽车价格偏高。()车载式增程器与纯电动汽车的动力系统固定在一起，结构形式简单，动力系统可以方便的实现结构布置，提高了整车的空间利用率，与插拔式增程器相比，不需要在出行前对出行距离进行预估，也不需要频繁的对增程器进行拆卸和安装，是目前应用最多的增程器系统。本课题设计的增程式电动汽车选用这种技术比较成熟的车载式增程器。按照增程器的结构将目前已有的增程器分为以下几种[22]：()大容量蓄电池采用这种增程器的优点是便于统一标准和规格，研发周期短，成本低，容易实现量产。但是由于这种增程器是基于传统的蓄按照增程器的结构将目前已有的增程器分为以下几种[22]：()大容量蓄电池采用这种增程器的优点是便于统一标准和规格，研发周期短，成本低，容易实现量产。但是由于这种增程器是基于传统的蓄电池，所以不可避免的存在能量密度较低、体积偏大、成本高等缺点。短距离行驶时的优()燃料电池增程器为了达到尽量避免使用燃油、实现零排放的目标，燃料电池增程器成为一种新的选择。可以采用功率为5-10kW的小型燃料电池作为增程器，与车载主动力电池协同工作，延长电动汽车的续驶里程，燃料电池增程燃料电池及其控制系统子模块图2-4燃料电池增程器系统整体结构布置氢气系统子模块以用氢燃料电池的增程器为例，把燃料电池增程器分为电源及其管理系统、氢气系统、燃料电池及其控制系统三个模块。其中电源系统及管理系统子模块主减压阀集成。燃料电池系统及其管理系统子模块由电堆、电堆控制器、电池阀、单片检测接头、电堆输出端导线、燃料电池风扇DC-DC组成。可以很方便的实现拆装。采用模块化布置法的氢燃料电池增程器系统整体结构如图2-4所示。统子模块第二种工作模式为增程模式RE，能量传递路线如图2-6所示。在电池的电量目前燃料电池增程器处于开发阶段，从整车集成方面的要求来讲，需要克服的技术问题比较多，要求空压机体积小，重量轻，并需要良好的散热装置。要求较大的压缩机空气压缩比，同时保证输出的空气流量相对较小，所以要使燃料电池增程器能够成熟的运用于增程式电动汽车，需要克服以上技术问题，目前在增程式电动汽车的应用还处于研发阶段。()发动机发电机组增程器这种方法可以采用多种发动机与发电机进行组合成为增程式系统，可供选择的发动机有传统的火花点火式发动机、转子发动机、小型燃气轮机等。由于这种增程系统的电能由发动机提供，经历了发动机—发电机的能量转换过程，因此发电机功率要大于增程系统功率，发动机到发电机之间存在能量损失，要求发动机功率大于发电机功率，在满足以上结构和配置的基础上，保证发动机和发电机都工作在转矩转速高效率区内。发动机发电机组的增程系统是目前应用最多和技术最成熟的增程系统。增程式电动汽车的动力系统在组成上与串联插电式混合动力汽车的动力系统相似。特殊之处在于增程式电动汽车的能量传递路线体现出两种动力系统，但是结构上，增程式电动汽车是在纯电动汽车的基础上开发的电动汽车，增程器的布置对原有车辆的动力系统结构影响较小。之所以称之为增程式电动汽车是因为车辆追加了增程器，而为车辆追加增程器的目的是进一步提升纯电动汽车的续航里程，使其能够尽量避免频繁地停车充电。电机无关，电池是唯一的动力源，这种工作模式与纯电动汽车一样，相当于一辆装备大量的蓄电池组，电池的电量能够满足车辆起步、加速、爬坡、怠速，以及驱动汽车空调等附件。发电，一部分用于驱动车辆行驶，多余的电量，则为蓄电池充电。增程模式的发动机可以有多种工作方式，根据控制策略的不同，可以选择发动机恒功率模式、功率跟随模式、恒功率与功率跟随模式结合，此外有智能控制策略和优化算法控制策略等复杂控制策模式。当车辆停止的时候，可以利用市电为蓄电池充电。这是因为增程式发动机和发电机始终在高效率下工作，其发电的功率能够满足车辆在一定速度范围内稳定行驶[24]，最初纯电动行驶时，发动机完全关闭，动力蓄动机能量利用率低的现象，提高了燃油经济性[25]。此外，电池组的能量存储较大，能够有效地回收再生制动能量。与传统汽车不同的是，增程式电动汽车发动机不为驱动电机控制系统提供电能。增程式纯电动汽车可以随时在加油站加油。在相同行驶里程条件下增程式电动汽车的电池组比较小，电池容量只需要是纯电动汽车的30%-40%，无需配备大容量可在停车场进行市电充电，不需要建立充电站、大量的换电设施和人员，降低了成本。这就是增程式电动汽车与其他新能源汽车相比的最大优势。与插电式混合动力汽车相比，增程式电动汽车比插电式混合动力汽车更接近一辆纯电动汽车。此外，增程式电动汽车增程器的部署基本不会影响到原有车辆的动力系统结构。而插电式混合动力汽车的前身由于是混合动力汽车的关系，故而保留了较多的传统机械部件，结构上要较增程式电动汽车更复杂，原有混合动力系统的优化设计要求很高，成本也略高。池转换效率高，对环境无污染。随着燃料电池技术的进步和配套设施的成熟，开发和使用成本也会相应降低。因此，可以选取一个小功率燃料电池系统作为增程与并联式混合动力电动汽车相比，增程式电动汽车发动机一直在最佳燃油经济性工况下运行，在燃油经济性方面有很大优势[28]。综上可见，增程式驱动结构的确是现阶段解决新能源汽车技术问题最切实可行的方案之一。鉴于增程器工作条件的特殊性，对电动汽车的增程系统提出了以下的要求：()增程系统要稳定可靠，可以立刻启动并进入正常工作状态。当长时间不用的时候要定期开启发动机运转，以使得各个部件得到良好的润滑和维护。作点工作，因此控制器非常关键，通过控制策略和优化措施，在保证整车动力性前提下提高经济性和效率。类。详细介绍了增程式电动汽车的工作原理，两种工作模式的能量传递路线。将增程式电动汽车与目前发展比较迅速的几种新能源汽车进行对比分析，得出E-REV在燃油经济性上高于串联插电式混合动力汽车，在行驶距离上高于纯电动汽车，在成本上又低于燃料电池汽车，是目前最有发展前景的新能源汽车车型。并指出增程模式下的控制策略要保证增程器和蓄电池得到最佳匹配，以获得整车从技术性能上看，直流电机需要换向器和电刷，使得电机的可靠性降低，不第章动力传动系统部件参数匹配新能源汽车开发流程主要步骤有前期概念设计、部件选型及参数匹配、部件开发、部件试验及标定、控制策略及算法、计算机离线仿真、系统试验及标定、整车试验等等。其中参数匹配是在整车的车型确定了的基础上，根据设计初期对整车动力性和经济性的要求，选择合适的部件种类和部件的参数，然后制定该车型的控制策略，并结合控制策略进行仿真分析，所以动力传动系统的参数匹配是一个多目标、多变量的复杂因素课题，动力系统的匹配直接关系到整车的动力性、本文所匹配的增程式电动汽车，由于其特殊的运行模式，发动机与传统的发动机不同，发动机只用来发电，要求电机的特性满足车辆所有行驶工况的功率、转矩需求，所有这些参数设计基本上取决于牵引电机的转速—转矩特性。驱动电机系统是增程式电动汽车的关键零部件。与传统汽油机车不同，电动汽车的电机要求能够频繁的启动停车、加减速、低速爬坡时的高转矩、高速行驶时的低转矩。增程式电动汽车对电机及驱动系统提出更高要求：高效率、耐高温、可以应用于增程式电动汽车的驱动电机分类如图3-1所示，可以分为直流电机电机的优势、劣势和应用情况比较分析如表3-1所示。直流电机交流感应电机永磁同步电机开关磁阻电机应用情况面临逐步淘汰在交流驱动应用直流电机交流感应电机永磁同步电机开关磁阻电机应用情况面临逐步淘汰在交流驱动应用是未来驱动电机的发展方向应用范围受限结构简单、电磁转矩控制特性佳价格低、体积小、易维护控制器简单易引起电磁干扰、维护困难、体积重量大控制装置结构复杂成本高适合电动汽车的高速和免维护运行[29]；与有刷直流电机相比，交流感应电机效率高、功率密度高、可靠性高、运行成本低及免维护，但是异步电机的控制难以达到预期的目标，在恒功率区和轻载时，效率很低。开关磁阻电机的优点是结构简单、转矩—转速特性好，目前需要克服对控制和设计的精细要求。永磁同步电机采用永磁体替代励磁绕组，不需要电子换向，可以在正弦交流电源或者脉宽调制电源下运行，比较符合电动轿车对高功率、大密度电机的要求[30]。根据以上的对比分析，本文的驱动电机采用永磁同步电机。表3-1电动汽车用主要驱动电机的对比分析电动汽车用动力电池主要有铅酸电池、燃料电池、锂电池镍、氢电池、镍镉电池等。动力电池有能量型与功率型两种，的纯电动模式行驶时间最长，配时优先满足能量要求，即动力电池应具有较大的电池容量，并且匹配的动力电池容量还须符合电动汽车用蓄电池标准，并通过对()铅酸电池的材料容易获取、价格低、技术成熟，但是使用寿命太短、比能量低，因此对于增程式电动汽车这种电能为主要能源的车型，电池的质量和体积太大，会增大整车燃油消耗，不适合作为增程式电动汽车的动力电池。()燃料电池属于化学电池，与蓄电池相比基本上能够达到零排放，结构简求比较高，以氢燃料电池为例，氢气的制取、存储、运输，都比较复杂，需要大汽车的辅助能源。()锂离子电池与其他蓄电池相比更适合电动汽车，优点有：高电压、高比效率高、控制灵活非线性特性环保，易于控制成本并实现大规模批量生产，所以设计中选择磷酸铁锂蓄电池。增程式电动汽车动力系统的参数设计和系统零部件之间参数的匹配，是按照设计初期的目标来完成的，运用汽车系统动力学知识和汽车理论知识进行分析，能量、低自由放电率、无记忆效应、充放电寿命长、工作温度范围广、安全可靠等，是电动汽车最理想的动力源。与镍氢电池相比，输出相同能量的前提下，锂锂离子电池为动力电池[33]。()镍氢电池正极材料是镍氢，负极活性材料为储氢合金，优点有比能量高、充放电速度快、功率大、无污染，制约其在电动汽车上应用的因素有高温性能、循环寿命、热量管理等，同时镍氢管理系统控制复杂，因此制造成本高。()镍镉电池的结构与镍氢电池相同，比能量介于铅酸蓄电池和镍氢电池之在电动汽车上应用不多。锂离子电池正极材料产品技术路径丰富，但各有优劣势，当前几种主要的锂锂电池制备较复杂，容量在循环使用后下降。锂钴电池结构上的不稳定使其应用无法扩张。镍价格比较低廉，混合使用后还可提高环保性，所以镍钴锰三元材料密度高，在技术性能上最具优势，易于串联使用，与电动汽车匹配度最高。表3-2锂离子正极材料性能对比正极材料正常电压储存电容体积比能量循环寿命次安全性及环保磷酸铁锂锰酸锂非常不可接受钴酸锂稳定性极差三元复合材料优参数值参数值主减速比i滚动阻力系数f滚动半径r(m)迎风面积A(m传动系效率加上参数的修正过程，初步确定出动力传动系统参数。本文以某款纯电动汽车作()最大爬坡度i30%；据统计，国内55%的用户的平均日行驶里程不超过42km，本文将增程式电动汽车的纯电动模式下的行驶里程的设计目标定为60km。将有大于67%的用户日常出行中仅靠纯电动模式就可以满足每天的行驶需求，对于日行驶里程大于60km的增程式电动汽车的电驱动系统主要部件为驱动电机和电机控制器，电机的工时力矩达到最大，可满足车辆起步加速、爬坡工况下对转矩的需求；车辆起步完成后，随着电机转速的提高，电机进入弱磁区，电机功率达到最大，电机运行在恒功率区。电机沿着最大特性曲线工作时，电机主要发热为电机绕组。一般最大特性曲线上电机工作时间在半分钟以内，可满足车辆对加速和最高车速行驶的需求，同时要求具有较大的调速范围。需要确定的特性参数主要包括电动机的最高转速和基速、峰值功率和额定功采用原型车的主减速器，由最高转速由关系式nmax=vmaxi0/(0.377r)，及表3-4相关数据和设计目标数据，可得到电机的最高转速nmax=6735.5r/min；电动β=最高转速/额定转速[34]，高转速与额定转速的关系用扩大恒功率区系数β来表示，β值越大，转速越低，转矩增高，有利于提高车辆的加速和爬坡性能，稳定运行性易实现，则根据关系式n0=nmax/β,其中n0为电机的基速，确定该电动机的最高转速值。计算得到对应的基速n0=2694r/min。因此，取最高转速和基速分别为的后备功率也越大，加速以及爬坡能力越强，但同时也会增加电机本身的体积和率应该达到最高车速、加速时间以及爬坡性能分别对应的最大功率需求。()最高车速对应的电机功率需求为平坦路面满载运行时所需的电机功率：式中Pm1——最高车速的驱动电机峰值功率（kW）；）；tmax——最大坡度角(°);()加速时间对应的功率需求Pm3类似于纯电动汽车，电机驱动额定功率完全由车辆加速性能要求、电机特性和传输特性来决定。在设计之初，电机驱动器的额定功率可以预计，根据加速性能确定的电机功率由公式求得：AA驱动电机峰值功率()0驱动电机峰值功率()10a公式的第一二项分别代表克服轮胎的滚动阻力和空气阻力的平均功率，第三项功率代表用来加速车辆质量的能力。最高车速—功率曲线如图3-2所示，最大爬坡度—功率曲如图3-3所示，由图可以看出电机峰值功率取最高车速功率、最大爬坡度功率和加速时间功率值三者的最大值，可以满足最高车速和最大爬坡度的功率值，即：DAv3+(vfvb)车辆匀速行驶时的纯电动行驶里程)车辆匀速行驶时的纯电动行驶里程60km，用公式表示为：)峰值功率kW)额定功率kW)最高转速r/min)参数满足动力性能设计指标，驱动电机的主要参数如表3-4所示。TDAv2pi0()设计中，由于驱动电机的额定功率一般由最高车速确定，所以最高车速功率为32kW；综合考虑过载系数越大，电机设计的难度越大，电机额定输出功率的下限值要小于加速性能要求的电机峰值功率值的一半。因此对过载系数进行匹中对电机功率的规范，确定额定功率为42kW，峰值功率为103kW巡航行驶的功率需求也可以看出电机的峰值功率远远大于额定输出功率。对上述电机参数进行修正，需要满足的不等式为：纯电动汽车用蓄电池是整车的主要能量源，电池的参数匹配包括电池类型的系统的特殊性，要求电池的电压等级要与电动机电压等级相一致，且符合电动机PAEPAE——蓄电池容量（A·hd1——纯电动行驶里程（kmA单体个数磷酸铁锂电池额定电压单体电池电压-1。计算得CE63A·h，根据蓄电池规格，选取蓄电池容量为63A·h，根据国标电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸文献对锂离子动力蓄电池的规定，选择的蓄电发动机发电机发动机发电机本文设计的增程器采用车载式，与纯电动汽车的动力系统固定在一起，这样的系统结构形式简单，系统作用是为驱动电机提供冗余功率，在蓄电池SOC低于设定值的时候或者蓄电池出故障时应能保证车辆以平均行驶车速va匀速行驶，在增程模式下，发动机提供源动力，要求具有相当的动力性，故需要匹配发动机、发动机用来为发电机提供能量，不直接驱动车轮，在纯电动行驶里程结束后，蓄电池的SOC达到下限时，要求发动机仍然可以和普通串联混合动力汽车一样正RE标定输出功率（冗余功率）可表示为：CAv1表3-6动力系统参数匹配结果驱动电机永磁同步电机参数类型峰值功率kW)额定功率kW)磷酸铁锂蓄电池直列四缸发动机参数类型额定电压单体电池电压动力系统部件参数匹配的最终结果如表3-6所示。满足E-REV增程续驶里程所需的油箱容积V=d2fc/va，匀速行驶的车速va取是图3-4应用遗传算法的参数优化流程图将目标函数的可行解从解空间转换到遗传算法所能识别和处理否动力传动系统部件参数匹配仅从不同的工作状态对部件参数进行了初步设计，初步得出各个部件的参数，设计变量非常多，因此本文基于遗传算法选取易于控制且对整车动力性能和经济性能具有显著影响的参数进行优化设计。遗传算法是一种模拟自然生物进化的比喻的概率全局搜索和优化方法[35]，与古典算法的不同之处在于遗传算法通过对参数空间编码并用随机选择作为工具来引导搜索过程向着更高效的方向发展[36]。遗传算法的优化过程如下，具体流程如到下一代群体中，对父代个体进行适应性。()交叉运算从当前群体中选择两个较大概率的个体，把两个个体之间的部分染色体相互交换来得到新的染色体即下一代个体。()变异运算通过局部随机搜索，按某一较低的概率进行改变个体的某个或某些基因座上的值，从而产生新个体的运算。()计算适应度值通过惩罚函数将目标函数值转换为适应度值。对于只有一个主减速比的增程式电动汽车来说，影响整车动力性和经济性的动力系统参数主要有发动机功率Pe、驱动电机功率Pm、为了锁定搜索范围，对动力性中的加速性和爬坡性进行约束处理，一般情况下若汽车的加速性及爬坡性满足设计要求，其最高车速也将满足设计要求，所以此处只对爬坡度和加速度时间进行数学分析。2设汽车在水平良好的路面上加速行驶，电动汽车所受到的坡度阻力Fj为0，将公式两边作积分变换推导出电动汽车的加速度时间公式为：TU0FtmFfFw综上，根据式()(F)f电动汽车设计的性能要求，得出动力性约束为：、22Ft0MFfFw400300WiiDi3ie400300WiiDi3ie4000车速()以增程式电动汽车总的耗电百分比和燃油消耗之和为目标函数。两者之和越小，表明车辆续驶里程值越大，性能越好。由于纯电动行驶里程为60km，增程式行驶里程为40km，因此目标函数中两者权重为6：4。式中Ui——车辆在每个状态的电行驶速度（km/hi——车辆在每个状态的消耗的功率（kWU——单个蓄电池的电压（VeiUUUUitiW——蓄电池的放电深度（%）MduMgfMgiCA考虑到蓄电池通常以高于额定电流I的电流I放电，所以电池的总能量要有所eIk1WiIiIIeIIeeIIWWWi增程模式行驶时，驱动力由发动机提供，在万有特性曲线图上，可以确定发动机在一定转速n、发出一定功率Pe时的燃油消耗率b。因此，根据万有特性曲线上的发动机最优工作曲线，可以计算发动机在一定功率时的最低燃油消耗率，从而计算出该车速对应的瞬时单位时间内的燃油消耗量():式中b——燃油消耗率（g/(kWh)。——燃油的密度（kg/L）等效折算成等速百公里燃油消耗量为将多目标优化问题，通过加权法，简化为单一目标，因此优化目标公式为式中x——包含了增程式电动汽车动力系统参数的向量。编辑好的适应度函数导入GUI界面，并进行初始值的设置。由于遗传算法的一些缺点：越接近最优解寻优速度越慢以及过早收敛等。调整交叉、变异和选择操作按钮，结合工具箱中的遗传算法对设计变量进行寻优。优化前后的部件参数结果充电转矩放电转矩充电转矩放电转矩00转速()表3-7动力系统参数优化结果优化前优化后驱动电机额定功率磷酸铁锂电池单体个数磷酸铁锂电池SOC范围()本文选用的永磁同步电机电机特性图如图3-6、3-7所示。图3放电转矩特性图，图3-7为不同转速下的转矩和效率的关系曲线图。本文选用的电，，在其高速区域（高于基速），电机具有恒功率特性。图中的两条曲线分别表示充电转矩特性和放电转矩特性，模型中将转矩特性进行了简化。转矩()耗的燃油容积的物理量表示能量消耗，本文的油消耗曲线与转速和转矩关系是基于Cruise中建模的需要而进行的数据处理，将燃油体积单位进行转换得到的。转速耗的燃油容积的物理量表示能量消耗，本文的油消耗曲线与转速和转矩关系是基于Cruise中建模的需要而进行的数据处理，将燃油体积单位进行转换得到的。转速2燃油体积(本章首先对增程式电动汽车的关键部件进行了选型，由于增程式电动汽车的特殊性，选择了永磁同步电机为驱动电机，磷酸铁锂电池为动力电池。发动机的作用是发电，与常规的发动机特性不同，选取直列四缸发电用发动机，与发电机组成增程系统的动力源，根据设计要求，分别对四个动力部件关键参数进行了匹配，应用遗传算法的优化理论，综合考虑电能消耗和燃油消耗总和最小为优化目标，对影响动力性和经济性的设计变量进行了优化。0转矩(图3-8发动机燃油消耗量与转速和扭矩关系1第章增程式电动汽车的控制策略增程式电动汽车各动力部件的参数在满足整车的动力性前提下，整个动力传动系统中机械部件和电气部件的协调工作是影响整车经济性的一个关键因素。为使整个动力传动系统中机械部件和电气部件协调工作以及满足增程式电动汽车在不同工作模式下的切换，制定一个简洁高效的控制策略是本项研究工作的重点。基于增程式电动汽车的结构，将增程式电动汽车的工作模式分为纯电动工作模式和增程工作模式，在本项研究工作中，增程式电动汽车两种工作模式的切换采用了基于逻辑门限值的控制策略。增程模式下采用将恒功率和功率跟随控制策略结合起来的控制方法，在不同的工作模式下能分别体现出两种控制方式的优点。本研究中将增程模式工作区域划分为6种工作状态，与纯电动模式和制动能量回4.1增程式电动汽车控制策略方法概述增程式电动汽车的控制策略是服务于车辆控制器的一种算法，车辆控制器接收来自于驾驶员的指令，并采集当前车辆行驶工况信息，以当前车辆状态作为反基于增程式电动汽车的特殊运行模式，在纯电动模式下仅靠电池的能量驱动电量为电池充电，因此增程模式下能量管理控制策略的好坏不仅直接影响到整车的动力性和经济性[40]，亦对新车型的设计研发具有直接的影响。增程模式下的控制策略主要有以下几种：发动机恒功率模式控制策略[41]、发动机功率跟随模式控制策略、将恒功率模式与功率跟随模式结合起来的控制策略、优化算法控制策略和智能控制策略[42][43]。其中发动机的功率跟随控制策略又可以分为发动机在三个功率点运行的点跟随控制策略和发动机沿固定曲线段运行的线跟随控制策略[44]。恒功率控制策略又称为单点控制策略，增程器启动后，发动机在预设的工作点按恒定功率输出，输出功率不随工况的变化而变化，该工作点可以是最佳功率点，亦可以是保证动力性前提下的最低油耗点，工作点的选取应兼顾发动机的燃油消耗、功率及转速。该控制策略下发动机的输出功率优先用来驱动车轮行驶，当车辆驱动需求功率较小时，剩余的发动机输出功率将用来为蓄电池充电。此外，为了在电池SOC最低的情况下也能提供足够的电能，满足各种行驶工况的需要，就要求发动机能够在较高的转速下工作，发动机恒功率运行的工作过程应持续到使蓄电池组充电的SOC达到最大，之后再关闭增程器或使发动机怠速运行。恒功率控制策略的优点是发动机可以工作在低油耗或者高效率区，可以提高整车的燃油经济性，缺点在于蓄电池放电电流会随着工况的频繁变化而产生较大波动，使蓄电池经常处于深度充放电循环状态，因此这种控制模式虽然控制策略简单，采用这种控制策略，会降低蓄电池的使用寿命。()三点功率跟随控制策略三点功率跟随工作区域的发动机功率值，可以根据不同的工况环境及驾驶员驾驶意图来确定相应的工作点，这样发动机的工作点增加，与恒功率控制策略相比，有两个优点：第一，大部分的发动机功率可以经过动力传递路线，传给驱动电机，驱动汽车行驶，这样降低了能量由化学能—电能—化学能—电能的多级转换，降低了电机功池过放电，提高了蓄电池的寿命和使用稳定性。着固定曲线变化，可以连续的改变发动机的功率值，一般选择最佳燃油经济性时候的发动机功率曲线为目标跟随曲线。该控制策略是由车辆行驶工况决定的，发最低燃油消耗率点的数值。因此当蓄电池的SOC值达到最低限制时，发动机发电机组开启，并沿着最低燃油消耗率曲线运行，这种控制模式下，发动机能够提供给蓄电池充电的功率很少，降低了化学能和电能之间的二级转化，极大的提高了瞬时优化控制策略多用于混合动力汽车中以消耗燃油为主的动力系统，燃油消耗是电池电能间接消耗燃油与发动机直接消耗燃油之和，在计算时将动力电池消耗的电能等效成燃油消耗量。可以有效的结合燃油消耗和排放，对消耗做出一个准确的评估，同时通过计算过程可以看出这种优化方法的计算量大，自适应控制策略的目标是将整车的燃油消耗和排放两种不同的量纲进行统一其中i其中i(x[45]，过定义权重系数的大小，来突出降低整车的燃油消耗或者降低排放两种控制车辆的行驶工况环境来确定各因子的权值。（）排放值目标PM排放值加速目标值)是各个因子所对应的权值，通过改变权值大小，可以调整不同的因子对车辆的影响大小，进而可以调整相应的控制策略，发动机不同性能的最佳图4-1发动不同转速下的最佳工作区域这种控制策略的优点是驾驶员灵活性较好，驾驶员可以根据环境或者自己的意愿来调整自己的驾驶目标，由于该策略同时将动力性和经济性作为影响因子，首先要将电机的电量消耗等效折算成燃油消耗量和排放量。模糊逻辑控制策略的优点是不需要建立明确的数学模型，而是通过实验数据模糊逻辑控制策略的优点是不需要建立明确的数学模型，而是通过实验数据来进行分析和处理，将采集到的信号数据做模糊化处理，作为模糊计算的输入数据，根据预设的推理方法和知识规则，得出模糊结论[46]。缺点是要有大量的工程实验数据作为模糊计算的参考依据，此外，基于实验得到的数据处理模糊算法规段，不能制定有效的复杂的系统的控制策略。4.2增程式电动汽车控制策略设计跟随模式具有更好的燃油经济性和动力性，因此在不同的车辆运行模式下，分别势得以充分发挥。增程模式下的控制策略是将恒功率定点控制策略和最佳燃油消耗曲线的功率池的频繁启停和过放电；当车辆行驶需求功率较小，则根据SOC值划分出不同的工作模式。策略以发动机最高效率区域和最低燃油消耗为目标，由模糊控制器和处理器组成，模糊逻辑控制器驱动发动机工作，如图4-2所示。控制器又由模糊化接口和反模糊化接口、模糊推理、知识库四部分组成，如图4-3所示。器模式下，发电机为蓄电池充电，使电池SOC模式下，发电机为蓄电池充电，使电池SOC值升高，在未达到SOC最高值时，不会启用纯电动运行模式，而是将多余的电量存贮在蓄电池中，直到SOC达到最高限值后，发动机将再次关闭，汽车再次进入纯电动运行模式。增程式电动汽车的总体运行模式如图4-4所示，图中纵坐标分别为蓄电池的SOC值和发动机开启或发动机开行驶距离()增程式电动汽车主要利用电能为驱动能源，增加一个发动机发电机组作为增程器，在蓄电池的SOC达到最低限制的时候，启动增程器，在最佳的状况下工作，多余的电能用来为蓄电池充电，具有低排放甚至零排放，当车辆运行在日常的城因此，增程式电动汽车的控制策略可以分为两部分，一部分与纯电纯电动行驶时候的控制策略；另一部分是增程模式下的控制策略，此时的控制策略要最大限度的降低能量转化带来的能量损耗，在保证动力性的前提下，达到燃油经济性最佳的目标，提高能量利用率，同时兼顾蓄电池的充放电和循环使用寿命，提高整车的工作效率。为了使两种能源得到最佳的组合和协调运行，应在保证动力性和驾驶性的基汽车行驶过程中，工况是多变和不可预测的，因此控制策略应可以根据不同的路况以及车辆的运行需求，适时合理的分配其能量流及做出合理的反应。综上，对E-REV控制策略的要求如下：(()在启动增程模式下运行后，发动机的启停控制要合理。当发动机为蓄电池充电电量达到一定值的时候，才可关闭发动机发电机组，继续用电能驱动，这样能量多级转化的损失非常大。但是如果发动机启动后提供给蓄电池的电量比较小，就切换到纯电动运行模式，则需要频繁的启动发动机，必然对发动机的寿命受到影响，也不利于降低排放的设计要求。()发动机长期不用的时候，要能够设置在蓄电池SOC最低的时候，也能运行的特殊控制模式，以使长期不用的发动机发电机组得到维护保养。辆运行过程中，电池是唯一动力源，驱动电机的功率也完全是由蓄电池提供的，SOC降低到最低限制的时候，发动机发电机组开始工作，此时切换到电量保持CS该模式下发动机发电机组产CD模式代表蓄电池电能耗尽后的增程运行模式，生的能量若有剩余，则会为蓄电池提供电量，使蓄电池处于充电状态，故在CD模下的转换判断图应是单向起作用。如图4-6所示，当CD模式下，发动机发电机组为蓄电池充电SOC值达到0.8时，发动机关闭，转为纯电动行驶，此时仍为CD功率()功率()式下。在CD模式下，当需求功率Preq£0时，设置为制动能量回收模式，将一部电池为车辆提供行驶动力，横坐标以下区域为制动时候的制动能量回收模式。径，需求功率经过发电机的转化后传递给驱动电机，经过这样的能量转化后的发块开启，进入增程模式运行，在功率跟随模式下，发动机工作在最低燃油消耗率一条路线是经过为蓄电池环节的能量传递，路线为发动机—发电机—蓄电池—电动机。为了比较两条能量传递路线的动力性和经济性，设在传动系统的最末端驱动机能量利用率较高，发动机输入功率为：第二条能量传递路径是在发动机作为动力源且有剩余功率时，剩余的能量转化成电能存储在蓄电池中，这种情况下发动机发电机组提供的电能非常充足，也就是说发动机机所提供的功率可以满足所有工况需求，当车辆行驶所需的功率或者扭矩较小时，发动机富余能量提供给蓄电池，此时的发动机输入功率[47]：P式中g——发动机到发电机的效率。由公式可以看出，在发动机的输出功率一定的情况下，第一条能量传递路线的经济性更好。由于蓄电池的充放电效率相对较低，所以第二种能量传递路线的能量损失大。但从整车运行工况来看，如果只采用第一种能量传递路线，所对应的发动机运行状态与传统发动机一样，能量利用率非常低。所以应根据不同的工况分析这两条不同的能量传递路线。电池放电效率与电池的放电功率和电池内部存储的功率有关，根据发动机的万有特性曲线，标记出发动机燃油经济性的最优工作区，并计算蓄电池的充电效PPPUPtttreq——汽车需求功率（kWUdis——放电电压（V）。通过以上的计算公式，结合表3-6和表3-7匹配优化得到的部件参数，得出两种能量传递路线的发动机临界值为5.4kW。发动机高效区域在2000r/min到为了减少电池的充放电损失，提高能量转换效率，蓄电池SOC的工作区间应该在有效延长电池寿命。为了保证车辆运行时电池能够随时高效地输出和接受电能以及保证电池的安全性，能量管理策略需要维持蓄电池SOC的平衡，电池的SOC工作范围与需要主动充电的SOC工作区间如图4-7所示，图中内阻值为单个模块的通过对发动机工作区域的划分以及蓄电池最优充放电SOC区域值的划分，将表4-1增程模式工作状态的状态，定义为制动能量回收阶段。工作状态蓄电池单独工作蓄电池单独工作发动机单独驱动发动机和蓄电池联合驱动发动机驱动发电表4-1增程模式工作状态的状态，定义为制动能量回收阶段。工作状态蓄电池单独工作蓄电池单独工作发动机单独驱动发动机和蓄电池联合驱动发动机驱动发电发动机单独驱动图4-8增程式电动汽车的状态转换逻辑框图本章首先对增程式的控制策略做了全面的分析和总结，提出了增程式电动汽车控制策略的总体设计要求和设计目标，分析了恒温式控制策略和功率跟随式控制策略两种比较常用的控制策略的特点和优势。并提出了基于逻辑门限和功率跟随相结合的控制策略。根据控制策略要求，以燃油经济性为目标，在保证动力性的前提下，合理的划分了工作区域，确定了增程模式下的工作方式及转换条件。根据以上的工作状态划分，得出控制流程状态转换逻辑框图如图4-8所示。NYYNYNYN发动机单独驱动发动机驱动发电YNNY发动机单独驱动Y发动机和蓄电池联合驱动主减速器第章动力系统建模及联合仿真本章通过建模仿真来模拟增程式电动汽车的实际运行工况，预测车辆在各种主减速器第章动力系统建模及联合仿真本章通过建模仿真来模拟增程式电动汽车的实际运行工况，预测车辆在各种条件下的动力性能，既能够方便的对参数进行合理优化，调整设计方案，又能减燃油经济性和排放性能，在软件中建立的模型可以非常直观的表示部件的结构布置，计算过程快速准确。在设计阶段，通过对整车的匹配优化，可以提高汽车整体性能。大大的缩短设计周期和设计成本，降低试制和试验成本，缩短反馈链。Cruise的典型应用是在车辆开发周期中对动力传动系统的研究，为实车的动力能、制动性能以及传动系的振动生成载荷谱等。根据匹配出的动力系统数据以及已知的整车参数，在Cruise建立电机模块、蓄电池模块、驱动电机模块、主减速器、差速器、制动模块，用于整左前轮转速()Simulink控制模型以及Stateflow状态转化模型中的参数定义都是与这些接口模块倒拖转矩模块的参数是根据所设计的动力传动系统部件和已有车型来确定的。对各个部件进行设置，以准确实现对匹配好的参数进行仿真分析。包括基本参数和性能参数的输入，模型的输入可以采用手工输入、从已有模型中调入数据、从已有数据文件中导入数据和拷贝与粘贴方式输入数据。其中发动机模块的发动机外特性曲线按照发动机的选型结果来输入，分别输部件之间的信息连接包括三种连接：机械连接、电气连接和总线信息连接。模型中实现的是整车系统中的机械连接和信号连接，其中机械连接又叫物理连接，电气连接实现了发电机和蓄电池以及蓄电池和电动机之间的连接。最后要设置模型中的总线信息连接，例如发动机连接图5-4所示，通过控制模块进行发动机的启停控制，采集信号、以及将信号传递到控制模块输入端口，控制模块根据做好的控制策略进行判断，做出发动机的启停控制。总线信息连接其中最左边一栏列出来的是需要从别的零部件获得信息的部第二栏中定义了这个部件中所有需要的参数值，例如节气门位置。这一列中第三栏中列出了可以传递这种参数或者变量信息的部件，例如驾驶室，驾驶7123789ISG_switchE7123789ISG_switchETM_trq_maxTM_trq_maxTm_switchMatlab的联合仿真分析（在前台，而Matlab处在被调用状态）(成其中第一列为整车模型中Matlab控制模块的十四个接口，实现与Matlab的连接，以实现接口的识别，第一列为子系统参数模型，定义了从Cruise中采集的接口参数与其他参数之间的关系。其中发动机的转矩曲线是需要从Cruise中整车系统采集的数组模型。最右边为对应于Cruise软件中模型参数的七个输出接口：电发电机开关、制动压力输出控制。TM_max_trqTm_trq_dmd1发动机的Simulink模型如图5-6发动机的输出扭矩、发动机最大转矩、最小转矩和由软件所采集监测到的发动机发动机的Simulink模型如图5-6发动机的输出扭矩、发动机最大转矩、最小转矩和由软件所采集监测到的发动机13发动机和蓄电???????????蓄电池充电图5-7状态转换条件及转换时候的控制Stateflow模块由图形对象和非图形对象构成，模型中用方块表示系统的运行模式，带有方向箭头的线条表示状态转化的流向，每个运行模式状态都有执行条件和跳出条件，分别写在带箭头的线上。六个工作模式的状态转化条件如表5-1所示，同时加入了车辆启停状态控制和制动能量回收模块。池联合驱动24值蓄电池单独驱动???动机单独驱动41[11]制动模式Brake池单独驱动开关信号以及制动力矩模型，如图5-8所示，其中制动力矩是与Cruise中车辆模型对应的，以实现不同软件中信号的识别。7BrakeTorque开关信号以及制动力矩模型，如图5-8所示，其中制动力矩是与Cruise中车辆模型对应的，以实现不同软件中信号的识别。7BrakeTorque(Nm)BrakePressure|u|7图5-8开关信号以及制动力矩顶层模型135153246264工作状态1转换到蓄电池单独驱动2跳出状态13发动机单独驱动4跳出状态35发动机和蓄电池联合驱动6跳出状态57发动机驱动和为蓄电池充电8跳出状态79蓄电池单独驱动跳出状态9()爬坡性能分析(()稳态行驶性能分析(()满负荷加速性能分析((()爬坡性能分析(()稳态行驶性能分析(()满负荷加速性能分析(()最大牵引力计算(()巡航行驶工况(()制动滑行反拖性能分析()为了更加准确的仿真出增程式的动力性、经济性、燃油消耗和排放等性能，对以下工况进行了仿真分析循环行驶工况仿真，分别设置一个循环()()工况和多工况循环下的燃料消耗量和排放性能试验仿真[48]。爬坡性能仿真。因此纯电动行驶里程满足最初的设计目标。从电机功率曲线图上可以看出电机功率跟随工况的变化情况，由于NEDC前面为多变的四个城市工况循环，电机的功率变化较大，当功率为负的时候，为功率消耗区，负的功率为制动能量回收所增加的功率，可以看出在车速下降刹车减燃油消耗和排放都为0，由于循环工况结束SOC为0.72，所以此工动行驶，发动机和发电机不启动。为了更好的观测纯电动行驶和增程模式的整个工况过程，选定3个NEDC工由三个图比较可以看出多工况下，蓄电池SOC降低到放电限值时，时间为蓄电池SOC变化曲线也开始升高，此时的蓄电池功率有非常大的跳转，由放电时蓄电池的电能单独驱动汽车行驶。发动机功率()发动机转速爬坡度爬坡度读取3个NEDC工况时的re所示，可以看出增程式电动汽车由于首先采用纯电动模式行驶，在长途行驶的时候，发动机发电机组才启动，驱动汽车行驶，在增程模式下，当需求功率较小的时候，也采用关闭发动机发电机组的控制策略，因此燃油经济性高，排放性能好。循环周期3燃油消耗率总燃油消耗怠速油耗加速油耗常速油耗减速燃油消耗爬坡度仿真结果如表5-3所示，爬坡工况的电机转矩和功率图5-15所示，可以看出增程式电动汽车在不同车速时候的爬坡度，爬坡性能远远超出了预期的设最高车速任务仿真，所得的仿真结果即为此增程式电动汽车的最高车速为最高车速任务仿真，所得的仿真结果即为此增程式电动汽车的最高车速为与预期的设计目标相比，加速能力的余量不大。本章首先介绍了仿真软件Cruise建模平台的特点、模型的组成部分。然后根据制定的控制策略在Matlab/Simulink中搭建了控制模型，共设置了十