混合动力车辆建模及优化控制分析研究车辆工程管理专业.docx

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1、目录摘要3Abstract4第一章绪论51.1混合动力汽车发展的历史背景和意义51.2混合动力汽车简介51.3国内外发展现状61.3.1国外发展现状61.3.2国内发展现状61.4论文的主要研究内容7第二章混合动力汽车和模糊控制策略概述82.1 混合动力汽车的定义82.2 Simulink技术简介92.3 模糊控制理论简介92.4 本章小结10第三章混合动力汽车的模型建立103.1 混合动力汽车的传动结构模型103.2 混合动力汽车动力学建模113.3 驾驶员模型133.4 传动系统建模133.4.1 发动机模型133.4.2 电机模型143.4.3 电池模型163.4.4 变速箱模型173.

2、5 本章小结19第四章模糊控制策略的制定204.1 引言204.2 模糊控制器的设计204.3 模糊控制规则库的建立214.4 仿真结果分析234.5 本章小结25第五章总结与展望265.1 总结265.2 展望26参考文献27致谢错误！未定义书签。摘要在当今日益严峻的环境污染和资源紧缺的问题挑战下，由于混合动力汽车既具有传统汽车的动力优势又具有纯电动汽车的节能环保的功能，混合动力汽车便成了人们日益关注的焦点。混合动力汽车的研究离不开仿真建模和控制算法的制定。本文以优化发动机的工作区间和提高燃油性为目的，对混合动力汽车的建模以及控制策略的选择与制定展开了详细的研究。本文先是介绍了一些相关的基本

3、理论，选择了本文所研究的混合动力汽车类型和选用的控制策略。其次，本文根据汽车各部件的工作特性曲线、万有特性曲线和各部件的实验数据，在MATLAB/Simulink中建立了仿真模型，包括整车、发动机、电机、电池、变速箱和驾驶员的模型。再次，本文基于模糊控制理论的定义与特性，建立了一个由双模糊控制结构组成的模糊控制器，分别建立输入变量为电池荷电状态SoC和需求转矩，输出变量为油门开度的模糊控制器1和输入变量为油门开度和油门开度变化率，输出变量为转矩系数的模糊控制器2.并在发动机提供主要动力，电机辅助发动机驱动汽车的原则下，根据汽车在各情况的行驶状况和动力需求相应制定了各自的模糊规则库，用FUZZy

4、工具箱建立模糊控制器模型并加入到整车模型当中完成仿真，并对仿真结果进行分析，总结出本文制定的模糊控制算法能够有效的完成对混合动力汽车的优化控制。关键词：混合动力模糊控制仿真建模能量管理AbstractIntodaysincreasinglyseverechallengesofenvironmentalpollutionandresourcescarcityhybridvehicleshavebecomethefocusofincreasingattentionashybridvehicleshaveboththepoweradvantagesoftraditionalvehiclesandth

5、eenergysavingandenvironmentalprotectionfeaturesofpureelectricvehicles.Researchonhybridvehiclescan,tbeseparatedfromtheformulationofsimulationmodelingandcontrolalgorithms.Inthispaper,thepurposeofoptimizingtheenginesworkingrangeandimprovingfuelperformanceistoconductadetailedstudyonthemodelingofhybridve

6、hiclesandtheselectionandformulationofcontrolstrategies.Firstly,thispaperintroducessomerelatedbasictheoriesthatmakeupthereasonfortheselectionofthetypesofhybridvehiclesstudiedandcontrolstrategiesinthispaper.Secondly,basedontheuniversalcharacteristiccurveandtheexperimentaldataofeachcomponentofthecar,th

7、ispaperbuildsasimulationmodelinMATLAB/Simulinkincludingmodelsoftheentirevehicle;engine;motor;battery;transmissionanddriver.Thirdly,basedonthedefinitionandcharacteristicsoffuzzycontroltheorythispaperestablishesafuzzycontrollercomposedofdualfuzzycontrolstructuresandestablishesfuzzycontroller1withbatte

8、rystateofchargeSOCanddemandtorqueasinputandacceleratoropeningasoutputrespectively,andthefuzzycontroller2withthethrottleopeningandthrottleopeningchangerateastheinputtorquecoefficientastheoutput.Intheprinciplethattheengineprovidesthemainpowerandthemotorassiststheenginetodrivetheautomobile,thefuzzyrule

9、sdatabasewasformulatedcorrespondingtothepowerdemand,accordingtothecarinvariousconditionsdrivingconditionsTheFuzzycontrollerwasusedtoestablishthefuzzycontrollermodelwhichwasaddedtothevehiclemodeltocompletethesimulation.Thesimulationresultswereanalyzedandtheconclusionofthepaperwasobtained.Keywords：Hyb

10、rid;FuzzyControl;Simulationmodeling;Energymanagement第一章绪论1.1 混合动力汽车发展的历史背景和意义当今世界的可持续发展仍然面对着环境污染和资源紧缺的考验1。地球上的资源是有限的,但是人们资源的用量却是越来越大。随着科技的发展，汽车逐渐成为人们主要的交通工具，如图1-1所示汽车保有量的逐年增加导致石油的用量也越来越大。然而减少汽车的使用显然是不现实的，不符合潮流的，于是许多国家便把目光转向研发纯电动汽车。但是目前的电池技术不够成熟，研发出电动汽车的性能满足不了人们的需求，短时间内电动汽车无法取代传统汽车，所以混合动力汽车便成了各国的研究重点

11、。混合动力车辆的耗油量较于传统燃料汽车的耗油量能够降低10%-40%左右，并且排放出的污染物和二氧化碳的总量也大大减少，为实现交通领域的健康可持续发展做出了卓越的贡献。在混合动力汽车的研究中不断突破，开发出新的节能技术，不断探索出更加环境友好的新的交通工具，实现人与自然的和谐相处，将中国建立成一个新型的环保大国。图1-1近年来全国汽车保有量近年来国内混合动力车辆的销量节节攀升，混合动力汽车广为人们所认可，是现代汽车研究的热点和主流。它不仅仅是一种过渡性的产品，而是未来汽车产品的风向标。在这种潮流的引导下，国内的汽车产业也逐渐跟国外联系起来。中外合资汽车企业越来越多，并且面临着巨大的竞争。混合动

12、力车辆正处于科研转向产业化的关键时刻，中国的混合动力汽车市场逐步进入快速发展阶段。1.2 混合动力汽车简介在当前的研究水平下，新能源汽车可以分为两大类：第一种称为燃料电池电动汽车,是用其他燃料例如：天然气，甲醇，乙醇等代替石油作为汽车的主燃料；第二种称为纯电动汽车、混合动力汽车等新型动力驱动汽车。其中混合动力汽车既继承了传统内燃机的优势，又有电动汽车的节能减排、效率高的优点，是目前的研究热点。现在的混合动力汽车主要是指燃油和电池共同驱动的汽车，其中发动机提供主要驱动力，电机辅助发动机驱动，并在一定情况下会有电机单独提供驱动力，控制发动机始终处于最优工作状态。电机和电池的加入还能够使汽车更多的消

13、耗电能，减少耗油量和污染气体排放。作为一种新能源汽车与传统汽车相比有以下好处：（1）采用复合动力后可以使汽车发动机始终工作在最优曲线，具有效率高、低油耗、排放小等优点。（2）汽车在电池的帮助下回收制动、下坡、怠速的能量变得十分方便，达到节能的目的。（3）在市区内可以关停内燃机，用电池单独驱动，达成环境友好的“零排放目标。（4）电池可以始终保持优良工作状态，提高了利用效率，减小电池损耗，寿命得到了延长，降低了许多成本。（5）内燃机解决了空调、取暖、除霜能耗过大的问题，使乘坐的舒适性得到了很大的提升。13国内外发展现状1.3.1 国外发展现状自1990年来，混合动力汽车的研究已经渐渐取代了传统汽车

14、的研究成为了世界各地各大品牌汽车生产商的发展重点。目前主要是美国、日本和各个欧洲汽车强国侧重于生产和研发HEV。由于混合动力汽车的研究与发展在日本国内受到极其大的重视，具有长期的计划，并且政府也大力支持这项技术的发展研究，出台了一系列的优惠政策与奖励措施，使得日本在混合动力汽车的发展上有着长远的规划和优势，所以目前日本在混合动力汽车上的研究是最为先进的。丰田公司的普锐斯4,作为世界上第一款大量投入生产的混合动力汽车，在循环工况中正常行驶36KM平均仅耗IL油，耗油量较传统汽车大大减少，在世界上一直畅销，至2011年其销量已经超过300万辆。本田公司的思域在相对于其传统款，燃油的消耗减少了大概4

15、0%,在欧洲地区十分受欢迎。虽然美国政府也在政策上提供了一定的帮助而且美国的汽车行业的巨头已经将混合动力汽车的研究开发放在了战略地位，最有名的是雪佛兰公司出品的混合动力汽车，但是限于技术研究的水平不足还无法将混合动力汽车投入大量生产，国内汽车巨头企业的混合动力汽车市场占有率十分低，距离产业化还有很大的距离，其市场主要还是被H本公司占领。总而言之，国外的混合动力汽车技术已经发展许久，并且取得了一定的成绩。各国的政府对于混合动力汽车的发展也十分重视，都颁发了不少扶持政策，全力推广混合动力汽车。混合动力汽车的普及与研究是全世界的潮流，各大汽车厂商都将混合动力汽车的产业化作为自身发展的重点。预计202

16、0年混合动力汽车的市场占额能够达到25%左右。1.3.2 国内发展现状其实我国从上个世纪90年代时就形成了混合动力汽车的概念，不过限于当时的发展水平和经济实力，没有能发展的足够充分。近年来，国内逐渐将生产力和开发的重点转向新能源汽车，国家也出台了许多支持新能源汽车产业发展的政策。例如，在2001年新能源汽车项目被正式列入“8638两个五年计划，并且规划了从混合动力车到氢动力车的大致发展道路。政府还推出了专属车牌，享有不限行、不需要摇号、免费停车等特权9。新能源汽车的发展成为了我国汽车行业研究的重点，得到了政府的大力支持，并且确立了以混合电动汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车为“三纵，以整车、电机、电池为三横10的研发布局，产学研相结合，混