纯电动汽车整车控制的研究.docx

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1、纯电动汽车整车控制的研究本文着眼于在能源问题日益突出的背景下，如何将新能源技术应用于传统的汽车领域内，即以电动汽车为主要平台，并提出相应的控制策略。换言之，本文并不是讨论新能源的制备、存贮与传输环节，而是较之传统领域的供能方式，利用新能源作为供能，其控制策略与传统方式相比较其较为特别之处。我们选取了几种典型情景作为制定策略的前提，即启动模式、普通行驶模式等不同场合下的控制策略。此外，包括近来的新能源汽车在内，越来越多的车辆已经配备了制动能量回收机制，我们认为该技术在某些场合下若辅以适当的控制策略确实能起到能源二次利用的效果，具有重要的节能减排意义。最后阐述了现阶段推广新能源汽车对优化汽车产业结

2、构的重大意义，并对其未来发展前景持积极乐观态度。一、引言进入21世纪以来，寻找下一代更清洁、可持续开发的新能源已成为全人类的难题。然而现阶段仍然是以石油、煤炭等为主要供能原料,这就催生了一系列新能源的探索与推广，例如在一向被认为由于大量燃烧石油排放尾气加重环境污染的传统汽车行业，电动汽车就以其独特的节能环保的优势引起越来越多的国家的重视。发展以电能为核心能源的新能源汽车，制定合适的电动汽车控制策略已经成为未来汽车工业发展的一个重要方向。控制策略是纯电动汽车电驱动系统的灵魂，为了使电动汽车达到理想的性能,采用优良的控制方法可以大大改善驱动电机的性能，弥补电机设计的不足。电动汽车在行驶过程中，存在

3、车载能量源电压、道路状况和驾驶模式多变等因素,为保证良好的驾驶特性和乘坐舒适性,对于驱动系统及其控制策略的研究具有重要的理论意义和工程实用价值。整体控制策略结构简图如下：二、具体控制策略1 .启动模式纯电动汽车起步过程细分为预起步阶段、正常起步阶段和有驾驶员参与起步阶段三个阶段。其中，预起步阶段和正常起步阶段为车辆自动起步阶段。预起步阶段驾驶员松开手刹或者刹车踏板，电机处于自由状态。在坡度稍大路面时由于一开始电机无转矩输出不能克服起步阻力，因此，汽车出现轻微倒溜。电机会随着汽车的倒溜出现转速反转情况，此时可以识别在标定时间电机反转的转速得到电机转速的变化率正常起步阶段电机工作于转矩模式下，根据

4、识别电机反转的转速变化率，通过插值法可得到在此状态下可以克服起步阻力而需要的扭矩。此扭矩可阻止汽车继续倒溜实现汽车稳定起步或者使车辆前行在坡道小的路上怠速行驶。在正常起步阶段或预起步阶段之前，若检测到有加速踏板信号，则进入有驾驶员参与起步阶段，根据基本驱动控制策略确定电机转矩指令的大小。具体的起步策略见下图启动模式流程图。2 图二启动模式流程示意图3 .普通行驶模式普通行驶模式即启动模式结束后汽车正常行驶、加减速的过程。图三为纯电动汽车车速一电流双闭环驱动调速系统框图。所谓车速一电流双闭环驱动调速系统，即根据车辆运行环境和运行状况，驾驶员操作执行机构，控制器根据执行机构的动作判断驾驶员驾驶意图

5、，然后根据驾驶意图制定需求车速。需求车速与实际车速反馈信号比较后得到车速偏差值，车速调节器根据输入的车速偏差值输出电机的参考电流，参考电流与电机电枢电流比较后得到电流偏差值，电流偏差值经过电流调节器输出PWM信号，控制功率变换器的通断时间，从而控制纯电动汽车车速。其中采用模糊自适应整定P1D控制策略对车速进行控制，采用Bang-Bang控制策略对电流进行控制。图三车速一电流双闭环控制系统方框图也就是说,把车速调节器的输出当作电流调节器的输入,再用电流调节器的输出去控制变换器的触发线路。从闭环结构上看，电流调节环在里面,叫做内环车速调节环在外面,叫做外环。这样就形成了车速一电流双闭环控制系统。我

6、们知道电动汽车和传统汽车在动力系统和能源供应系统上有很大不同，其中一个很重要的改动是将燃油汽车的内燃机与油箱用匹配的蓄电池、电动机、调速器及相关设备来代替。但是从上述控制策略中可以看出，该双闭环系统是以电流为主要控制量，给电机相应的驱动信号，再结合闭环反馈的稳定性控制优势，实现较为平稳及迅速的车辆控制，使电动汽车获得良好的动力性能和经济性能。从参考文献中援引仿真结果图如下:叔Ss2032106080100120140160180()和遮板给定侑号02060O100120UO1601806040200020C6060100120140160180Mi1s(b)径*电原质时间变化热线SOC4003

7、00200100oo204060a)1oo120140160Ieoco电研电对a附网交化阍蛀图四车速电流双闭环系统方针结果图从上图也可以得出结论：采用饱和非线性控制,实现准时间最优控制，使得起动加速性能最优。在行驶过程中，由于车辆运行的振动等因素会导致踏板产生微小的位移,这种微小位移导致车辆在不停地以最大加速或减速进行驱动，其乘坐舒适性会降低，因此车速一电流双闭环控制策略特别适合于道路情况良好的巡航控制。4 .能量制动回收在城市循环工况下，汽车的平均时速较低，负荷率起伏变化大，需要频繁的启动与制动，汽车制动过程中的能量绝大部分以热能的形式散失到空气中，如果对该部分损失的能量加以回收利用，车辆的

8、续航能力会大大提高.制动能量回收是在保证车辆行驶稳定性的前提下，将电动汽车制动或减速时的一部分机械能经再生系统转换为其他形式的能量，并经功率转化装置存储于储能单元中，同时产生一定的制动阻力使车辆减速制动。反馈信息图五电动汽车制动控制逻辑框图一般而言，当电动汽车减速、在公路上放松加速踏板巡航或踩下制动踏板停车时，再生制动系统启动。正常减速时，再生制动的力矩通常保持在最大负荷状态；电动汽车高速巡航时，其驱动电机一般是在恒功率状态下运行，驱动力矩与驱动电动机的转速或者车辆速度成反比。因此，恒功率下驱动电动机的转速越高，再生制动的能力就越低。另一方面，当踩下制动踏板时，驱动电动机通常运行在低速状态。由

9、于在低速时，电动汽车的动能不足以为驱动电动机提供能量来产生最大的制动力矩，因而再生制动能力也就会随着车速降低而减小。电动汽车的再生制动力矩通常不能像传统燃油车中的制动系统一样提供足够的制动减速度，所以，在电动汽车中，再生制动和机械液压制动系统通常共同存在。不过应该注意的是，只有当再生制动已经达到了最大制动能力而且还不能满足制动要求的时候，液压制动才应该起作用。电动汽车在米用了再生制动技术后，一方面要满足制动效能、制动效能恒定性及制动时汽车的方向稳定性等基本要求；另一方面要最大限度地提高制动能量的回收程度。为满足这些性能要求，需要合理地进行再生制动控制策略的设计，并综合考虑再生制动技术应用的成本

10、和性能。典型的应用于电动汽车的再生制动控制策略包括：并行制动体系控制策略、最佳制动能量回收控制策略、理想的制动力分配控制策略等。四、该控制系统的特点1应用范围传统汽车的制动过程多依靠摩擦的方式消耗车辆行驶的动能而降低车速,其制动能量转化为热能散发到周围环境中去。而新能源汽车在制动时，可以将牵引电机转换为发电机，依靠车轮拖动电机产生电能和车轮制动力矩，从而在减缓汽车速度的同时将部分动能转化为电能储存起来，回收了能量，提高了汽车的续航里程。再生制动能量回馈系统的研究是新能源汽车开发中的一个重要环节，其设计开发需要综合考虑汽车动力学特性、电机发电特性、电池安全保证与充放电特性等多方面的问题。2.经济

11、成本自前几年始，国家有关促进电动汽车投入市场的各种政策措施便相继发布，包括大城市购买新能源汽车不限上牌，部分小排量汽车购置税减半等等。这些都可以看出国家大力发展新能源汽车、加快节能减排步伐的力度与决心。此外，根据参考文献的分析与计算。“随着化石燃料的减少、资源短缺局面的到来,国家将会面向消费者增加能源税的征收；同时，为了保护环境，国家面向企业的环境税也会提高，而企业则会把增加的成本转嫁给消费者，这将导致内燃汽车的全寿命周期成本增加。而且，从经济学理论出发，随着电动汽车的普及，规模效应将会出现，电动汽车的成本价格将会降低，加上技术效应的扩散，电动汽车的全寿命周期成本也会降低。”五、总结与前景展望

12、凭借其低污染、噪音小、部分能源可回收利用的特点，新能源汽车已经逐步走入大众的视野。此外，纯电动汽车在操控上也有一定的优势，比如其驱动电机，在固定的扭矩和功率范围内无减速齿轮，还可以在低速范围内生成需要的扭矩，而且在高速范围内，利用弱磁控制也可以在固定功率下工作。尽管电动汽车发展前景广阔，但目前电源技术无法满足电动汽车商业化发展的性能与成本要求，大规模配套基础设施需要系统筹划和巨额投资，而中国以煤炭为主的电力供应结构也决定了电动汽车的节能环保效益并不明显。电动汽车的发展前景主要取决于电池技术的突破，然而技术发明是不能被规划、计划的，电动汽车的产业化、商业化也要由市场需求推动，必须依靠技术进步和降低成本。从中长期看,即使电池技术进一步成熟，燃油汽车和电动汽车两条技术路线仍将并行，只是适用于不同的环境。电动汽车只有在其动力完全来自清洁能源时，其节能和环保优势才能得到充分体现。也许从现在的角度看，纯电动汽车无论在推广和驾驶体验上都无法与传统汽车媲美，但是近年来包括豪华品牌在内的越来越厂商纷纷推出或正在研发电动汽车，无疑也是对其未来发展潜力的认可。相信随着技术的不断进步，诸如电池续航、电机线性控制等现阶段难题会得到解决，彼时也才可以说是纯电动汽车真正“大行其道”之时。