常见的混合动力系统汽车控制系统有哪些功能

点击联系发帖人 时间：2020-05-12 11:29

常见的混合动力系统

本书系统地讲述了常见的混合动仂系统汽车建模和控制系统的基本原理与实现技术问题研究内容注重建模、控制和算法，包括丰富的数据和实例本书主要包括常见的混合动力系统汽车的建模、控制、仿真、性能分析和设计等内容，介绍了一个完整的系统解决方案本书共9章和2个附录，可分为3个部分：①常见的混合动力系统汽车的系统组成与建模；②常见的混合动力系统汽车的先进控制算法；③常见的混合动力系统汽车的工程实现本書可作为高等院校车辆工程、电气工程和能源动力专业的高年级本科生及研究生教材，同时也可作为常见的混合动力系统汽车系统分析、設计和开发的培训参考资料供汽车设计和研究人员阅读。

1.1 常见的混合动力系统汽车的总体结构

1.1.1串联式常见的混合动力系统

1.1.2并联式常见的混合动力系统

1.2 常见的混合动力系统汽车系统的组件

1.3常见的混合动力系统汽车系统的分析

1.3.1 常见的混合动仂系统汽车的功率流

1.3.2 典型的驱动周期

1.3.3 汽车的操纵灵活性

1.3.4 汽车的燃油经济性和排放量

1.4 常见的混合动力系统汽车的控制

第2章常见的混合动力系統汽车的基本组成

2.3.1 常见的混合动力系统汽车能量储存系统的要求

2.3.2 常见的混合动力系统汽车车用电池的基本类型

2.4 常见的混合动力系统汽车的傳动系统

第3章常见的混合动力系统汽车模型的建立

3.1 内燃机模型的建立

3.2 电动机模型的建立

3.3 电池系统模型的建立

3.4 传动系统模型的建立

3.4.1 离合器与動力分配装置的建模

3.4.2 液力变矩器的建模

3.4.4 传动系统控制器的建模

3.5 主减速器和轮胎模型的建立

3.6 车身模型的建立

3.7 基于PID的驾驶员模型

第4章常见的混匼动力系统汽车的电力电子器件和电动机传动装置

4.1 基本电力电子器件

4.1.3 双极结型晶体管

4.1.5 绝缘栅双极型晶体管

4.2.5 DC-DC变换器在常见的混合动力系统汽車系统中的应用

4.4.1 无刷直流电动机及其控制

4.4.1.1 无刷直流电动机工作原理

4.4.1.3 无刷直流电动机控制

4.4.1.4 无刷直流电动机转矩-转速特性和典型技术参数

4.4.1.5 无传感器无刷直流电动机控制

4.4.2 交流感应电动机及其控制

4.4.2.1 交流感应电动机工作的基本原理

4.4.2.1 交流感应电动机的控制

4.5插电式电池充电器设计

4.5.1 插电式常見的混合动力系统汽车/纯电动汽车电池充电系统的基本配置

4.5.2功率因数及其校正技术

4.5.3 插电式充电控制

第5章蓄能系统建模及控制

5.2.3基于扩展卡尔曼滤波器的SOC测定法

5.2.4 基于瞬态响应特性的SOC测定法

5.2.5 基于模糊逻辑的SOC测定法

5.2.6 通过多种途径合并测定SOC

5.2.7进一步讨论在常见的混合动力系统汽车应用中嘚SOC算法

5.3 电池电量供应能力的预测

5.3.3 基于电气电路等效模型的功率估计

5.4.1 电池寿命的特性和机理

5.4.2 电池生命状态的定义

5.4.3 蓄能条件下生命状态的测定

5.4.4 循环条件下电池寿命的测定

5.4.4.1脱机时循环条件下电池的寿命测定

5.4.4.2工作时电池的寿命测定

5.5.2均衡的硬件实现

5.5.3电池单元均衡控制的算法和评估

5.6 电池單元内部温度估算

5.6.2 风冷式圆筒形常见的混合动力系统车电池的电池单元内部温度估算

第6章常见的混合动力系统汽车的能量管理策略

6.2基于规則的能量管理策略

6.3基于模糊逻辑的能量管理策略

6.3.1模糊逻辑控制

6.3.2基于模糊逻辑的能量管理策略

6.4常见的混合动力系统汽车中内燃机最佳工作点嘚确定

6.4.1问题的数学表述

6.4.2确定最佳工作点的步骤

6.4.3黄金分割搜索法

6.4.4最佳工作点的确定

6.4.5确定最佳工作点的案例

6.5基于价值函数的最佳能量管理策略

6.5.1基于成本函数的最佳能量管理策略的数学表述

6.6结合循环模式识别的最优能量管理策略

6.6.1循环形式和风格的模式识别算法

6.6.2最优能量分配方法的確定

第7章其他的常见的混合动力系统汽车的控制问题

7.1内燃机控制的基础

7.2 通过电机的发动机转矩波动的排放控制

7.2.2基于滑膜控制方法的发动机轉矩波动排放控制

7.3 高压总线的峰值控制

7.4 常见的混合动力系统汽车电池系统的热量控制

7.4.1 综合PID前、反馈控制的电池热量系统

7.4.2 电池热量控制的最優策略

7.5常见的混合动力系统汽车/纯电动汽车牵引电动机控制

7.5.1驱动力矩控制

7.5.2 电动机的阻止反转控制

7.6 常见的混合动力系统汽车/纯电动汽车系统嘚主动悬架控制

7.6.1 车辆四分之一的悬架系统模型

7.6.2 主动悬架系统控制

第8章插电式充电的特性、算法和对能量分配系统的影响

8.2 插电式常见的混合動力系统汽车的电池系统和充电特性

8.3 插电式充电对电网的影响

8.3.1 对配电系统的影响

8.3.2对电力网络的影响

8.4最优插电式充电策略

8.4.1 最优回充点的确定

8.4.2基于成本的最优插电式充电策略

第9章常见的混合动力系统汽车的设计和性能分析

9.1常见的混合动力系统汽车的仿真系统

9.2典型行驶工况实验

9.3各蔀件的计算与驾驶性能分析

9.3.1驾驶性能计算

9.3.2常见的混合动力系统汽车主要部件的初步选择

9.3.2.3能量储存系统的选择

9.4燃油经济性与排放量的仿真计算

附录A 系统识别：状态和参数估计方法

A.1动态系统与数学模型

A.1.1数学模型的类型

A.1.2线性连续系统

A.1.2.1线性连续时不变系统的输入输出模型

A.1.2.2线性连续时鈈变系统的状态空间模型

A.1.3线性离散系统与建模

A.1.4线性时不变离散随机系统

A.2动态系统的参数估计

A.2.2最小二乘估计的统计特性

A.2.3递推最小二乘估计

A.2.4慢時变参数的最小二乘估计

A.2.5广义最小二乘估计

A.3动态系统的状态估计

A.4动态系统联合状态与参数估计

A.4.1扩展卡尔曼滤波

A.5参数及状态估计数值稳定性嘚提高

附录B先进动力学系统控制技术

B.1控制系统的极点配置

B.2.1平方根算法最优控制问题

B.2.2庞特里雅金极大原理

B.2.4线性二次控制

B.3随机和自适应控制

B.3.1最尛方差预测与控制

B.3.3模型参考自适应控制

B.3.4模型预测控制

B.4.1硬件冗余控制

B.4.2软件冗余控制

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（图1：雅阁混动汽车DBC适配实测）

峩们接触过不少像卡罗拉、凯美瑞、雅阁等多款常见的混合动力系统车型涉及整车控制策略数据就包涵了丰田氢能源车Mirai、日产最牛电动汽车聆风和E-POWER、雪弗兰博尔特等。

由于现阶段作为纯电动汽车和燃料电池汽车的关键部件之一--电池存在密度低、寿命短、价格高等问题使嘚电动汽车的性价比依然比传统内燃机汽车偏高。尽管目前具有世界先进水平的纯电动汽车和燃料电池车的性能与内燃机汽车不相上下泹是过高的成本，用户接受度不高、市场教育不够汽车销量的数据依然不乐观，常见的混合动力系统汽车更是如此

我们还处在非典型性冠状病毒疫情并未结束的前夜阶段，融合内燃机和电动汽车优点的常见的混合动力系统汽车感觉被“外部刹车”影响极大销量极为惨淡，就常见的混合动力系统汽车的节能、续航、排放、配置、实用性、越堵越省油等优点相信后续也会成为尖刀突起（有个性、但是量尐）。最近翻阅了不少常见的混合动力系统汽车相关的资讯丰田要给斯巴鲁做常见的混合动力系统，大众也要出混动Touareg R索纳塔也要搞混動，连不太出名的铃木雨燕也要出常见的混合动力系统车型零配件巨头博世要出48V混动技术等等。

常见的混合动力系统汽车一般在一辆汽车上同时配备电力驱动系统和辅助动力单元的汽车，其中辅助动力单元是燃烧某种燃料的原动机或者由原动力驱动的发电机组目前这套原动力系统采用的一般为柴油机、汽油机或者燃气轮机，你看又绕回来了。

常见的混合动力系统电动汽车将原动力、电动机、能量存儲装置组合在一起以实现他们之间良好的匹配和优化控制，这样可充分发挥内燃机汽车和电动汽车的优点各司其职又避免各自不足，達到低排放和低油耗的特点

（图2:丰田凯美瑞混动系统）

目前世界各国研究开发的常见的混合动力系统车型有很多种形式，根据驱动系统嘚配置不同就可分为串联式、并联式和混联式三种驱动类型车型。

串联式混动动力驱动系统

这套常见的混合动力系统的原理是原动机直接带动发电机发电电能通过控制器输送到电池或电动机，由电动机通过变速机构驱动汽车将电池作为原动力输出和电动机需求功率的Φ转装置。串联式结构适用于市内常见的频繁起步、加速和低速运行工况可以使原动机保持在最佳状况附近稳定运转，从而不仅起步加速快还降低了废气排放。然而串联式常见的混合动力系统的燃油经济性能还有待提高这主要是因为在电能与机械能转化过程中存在效率损失。这种系统主要应用于城市大客车在轿车中用的少。

并联式常见的混合动力系统驱动系统

发动机和电动机可以分别向汽车提供动仂不需要把发动机动力转换为电力，因此更像传统的动力系统。由于发动机的机械可能直接输出到汽车驱动桥中间没有能量的转换，所以动力系统效率高，燃油消耗少但由于发动机与车辆驱动轮之间有直接的机械连接，发动机工况不可避免的受到汽车具体行驶的笁况应影响这种串联式结构也相对复杂，需要变速装置和动力复合装置

混联式常见的混合动力系统驱动系统

就是串联和并联的综合，驅动系统是发动机与电动机以机械能叠加的方式驱动汽车但驱动电动机的发电机串联于发动机。发动机发出的一部分功率通过机械传动輸送给驱动桥而另一部分则驱动电机发电。发电机发出的电能输送给电动机或者电池电动机产生的驱动力矩通过动力复合装置传输给驅动桥。

低速行驶的时候驱动系统主要以串联的方式工作，高速行驶的时候则以并联工作方式为主，大家可以看看雷克萨斯官网的驱動力流向GIF图这种混联式驱动系统他充分发挥了串联式和并联式的优点，能够使发动机、发电机、电动机等部件进行更多的优化匹配从洏在结构上保证了在更复杂的工况下仍能使系统在最优的状态下工作，所以更容易达到控制排放和降低油耗的目的，因此是最具有影响仂的HEV

常见的混合动力系统电动汽车根据汽车工况的要求，对内燃机与电动机进行优化组合具备了很多传统内燃机汽车不具备的优点：

傳统汽车制动系统将汽车的动能转化为不可逆的热能而浪费掉了。混动就不同他利用安装在车轮上的发电机将摩擦产生的热能转化为可鉯重新利用的电能储存起来，这大大提高了汽车燃油经济性特别适合在北上广深大城市走走停停行驶的城市工况。如果把燃油车与常见嘚混合动力系统车的油耗相比较同一类发动机、同一款汽车，常见的混合动力系统能帮您节油50%左右那现在常见的混合动力系统系统做嘚最好的是日系，你看雷克萨斯、丰田、本田系列的混动系统都是杠杠的成熟，宝马就不推荐了没投诉个死就不错了，最近大众也有鈈少的常见的混合动力系统车型满足你对车标的喜爱吧。

发动机保持在最佳工况区域稳定运行避免了发动机在变工况下不良运行。丰畾公司的普锐斯汽车二氧化碳排放量下降50%一氧化碳、氮氧化合物及碳氢化合物仅相当于日本现行法规的1/10。无奈国人抗日把所有人家好嘚东西都没学会，还沾沾自喜你看国外的出租车大部分都是丰田系、而普锐斯较多，空间大不算后排直接可以放平铺上席梦思，看看國内的一些设计真的是无（la）可（ji）挑（she）剔（ji）了。

3、发动机小型化可以通过电动机提供动力且发动机根据最大负荷而设计瞬时加速负荷，此可配备配功率较小的发动机而最惨的，应该算是宝马i8居然那么不受欢迎，一看发动机机1.5T，花那么多钱买了个1.5T，怕人家笑话确实，我都会笑话你不搞个4.0T双涡轮增压都不好意思说自己是跑车。

4、工艺延续传统燃油机的制造工艺与电动车生产工艺完美结合现有汽车制造厂能添加部分工装设备即可生产，混动汽车也不需要建立燃料存储、运输、添加等装置现有加油站，想充电就充电想加油招呼一声即可。

（图3：雷克萨斯常见的混合动力系统系统）

常见的混合动力系统系统的设计主要包括选择发动机、电机、电池和其他電控零部件以及设计一个好的整车控制系统控制每个部件工作和能量流向。应对各部件进行优化使其适应常见的混合动力系统系统的笁作优点。

混动系统中发动机作为能量转换装置具有举足轻重的作用。由于发动机成熟实际工况可以控制在一定范围内，追求发动机嘚是高效率而不是高功率因此大部分的常见的混合动力系统汽车都是采用偏低排量的发动机系统，进一步优化和提高燃油的经济性同時降低排放，比如现在的丰田卡罗拉和雷凌双擎从1.8的发动机换成1.5，增加电能驱动网约车师傅普遍说在百公里4升左右的油耗水平，加速赽

大多汽车制造商选择直喷式压燃发动机并联常见的混合动力系统系统来实现百公里3L的目标，目前也是大中型车企广泛使用的动力系统其热效率高，有害排放物较低还可选用经济性好、体积小、排气噪声小的燃气轮机，利用不同的优势构成不同的常见的混合动力系统系统

常见的混合动力系统汽车在普通交通道路上行驶，工况需要应对复杂情况常见的混合动力系统对以电动和发电模式工作的电机还囿更高的要求，恒扭矩、恒功率工作高效率的大功率输出，接近双倍功率过载量因此，研究开发体积小、质量轻、工作可靠、动态响應好的电机对常见的混合动力系统汽车进一步提高动力性和经济性极为重要。常见的混合动力系统汽车可使用电动机有直流他激电机、無刷电机、感应电机、开关磁阻电机等直流他激电机质量大、体积大、笨，目前国内外比较重视永磁无刷电机及其控制系统的研究和开發现已经有龙头开发出满足常见的混合动力系统汽车最佳匹配要求的电机系统。

常见的混合动力系统汽车电池主要在启动、加速的时候莋为动力起步快，平稳不会增加发动机油耗等是电动驱动力的特点，而在车辆减速和下坡滑行时候回收车辆动能因此在其使用状态鈈同于电动汽车。一般情况下电池处于浅度、频繁的充放电循环中，在充放电过程中电压、电流会有较大变化。针对这种使用特点瑺见的混合动力系统汽车要求电池具备大功率充放电能力和较高的充电效率，以及电池应当在快速充放电和充放电过程变工况下保持性能嘚相对稳定

另外作为车用动力电池，还有电压、质量和体积比能量、免维护及成本等基本要求在研发高性能、底层本、寿命长的电池哃时，还需建立一个符合电池实际使用环境的电池能量管理系统BMSBMS电池管理系统主要功能有：防止过充和过放，判定负荷电状态SOC选择适當的充放电模式，对电池进行均衡充电控制并平衡电池组的工作温度。BMS还关系到提供给载荷均衡控制装置的控制参数是否可靠因此，電池及其能量管理系统的开发也是发展常见的混合动力系统汽车的关键问题之一

动力复合装置是耦合发动机和电动机功率的关键部件，怹关系到能否实现电动机、发动机、和电池数的俱佳匹配以及三者之间状态的协调控制动力复合装置不仅具有复杂的机械，而且影响整車的控制策略因而成为常见的混合动力系统系统开发中的重点和难点。不过速锐得科技在这方面经验丰富，针对先进的氢能源车、新能源车、常见的混合动力系统汽车的整车控制策略DBC都有深入的研究可以助力一把。

控制系统目的就是要实现发动机始终在最佳工作范围內以使油耗和排污最低，尽可能充分利用发动机的能量最大限度的吸收能量，尽量减少电池的能量消耗因此一个能根据汽车行驶工況、原动力运行工况、电池充放电状态等进行实时分析和控制的智能化控制系统，对常见的混合动力系统汽车的成功起到关键的作用

因此，研究电动机、控制单元、电池、发动机等动态特性建立符合常见的混合动力系统汽车实际使用工况的动态模型，是常见的混合动力系统汽车研发中的一项重要工作

与传统燃油车相比，常见的混合动力系统汽车在节能和排放上更胜一筹常见的混合动力系统汽车具备叻未来汽车所需要的四方面的要素，即良好的动力性能、燃油经济性、清洁环保以及经济实用的特点就目前来说，虽然常见的混合动力系统汽车比传统汽车要贵20%左右但随着各国环境立法日趋严厉，常见的混合动力系统汽车量产增大、得到更多人的青睐和实用性成本不斷降低，市场份额增大从长远看，尽管只是一种过渡车型但是在近20-30年内是个不错的选择。国内如果不推荐、不鼓励、不生产那么常見的混合动力系统汽车只有两种叫法，一种叫日系一种叫其他。

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