1、硕士学位论文增程式电动客车辅助功率单元控制策略研究姓 名： 学 号： 所在院系：汽车学院学科门类：工学学科专业：动力机械及工程指导教师： A dissertation submitted toTongji University in conformity with the requirements forthe degree of Master of EngineeringDynamic Control Strategy Research for Auxillary Power Unit of Range-Extended Electric BusCandidate:Student Numbe
2、r:School/Department:Discipline:Major:Supervisor:School of Automotive StudiesEngineeringPower Mechinery and Engineering增程式电动客车辅助功率单元控制策略研究同济大学同济大学 硕士学位论文 摘要摘要近年来，汽车工业发展迅猛，世界范围内汽车保有量持续增加，能源短缺和环境污染等问题日益突出，一定程度上制约了传统汽车工业的发展。增程式电动汽车具有燃油消耗低、排放低等优势，同时又克服了纯电动汽车续驶里程短的弊端，越来越受到汽车研究机构和生产厂商的关注与重视。动态控制策略对增程式电动客车来
3、说很重要，它的好坏直接影响了整车动力性和舒适性。本文设计了基于转矩模型的动态协调控制策略，在保证辅助功率单元(Auxillary Power Unit，APU)切换过程工作在最佳等效燃油消耗曲线附近的前提下，缩短了工况切换过程的时间，降低了 APU 系统的转速超调量和转矩超调量。本文主要工作及研究成果如下：(1) 建立了增压中冷柴油机瞬态模型。选取 189 个稳态工况点对模型进行标定，保证在每个工况点的转矩、功率、有效燃油消耗率、涡前压力与温度、压气机压比，及进气质量流量与试验测量值的误差基本不超过 10%。在此基础上，通过对喷油系统和燃烧模型进行修改，建立了增压中冷柴油机瞬态模型。(2) 设
4、计了基于转矩模型的动态控制策略。通过 Simulink 与 GT-Power 联合仿真，分析了 APU 系统在加速加载切换过程和减速减载切换过程的动力学规律。结果表明，基于转矩模型的动态协调控制策略，能够快速稳定地实现三点式能量管理策略需要的切换过程。(3) 建立了用于验证上述动态协调控制策略的控制系统。基于 MotoHawk 快速原型开发平台，在动态协调控制策略 Simulink 模型的基础上，加入传感器、执行器及通信的软件接口模块，使用编译器自动生成代码，最终开发了一款基本的 HCU (Hybrid Control Unit)控制器和 APU 控制系统。(4) 通过 APU 台架对基于转矩
5、模型的动态协调控制策略和控制系统实物进行验证，并分析了 APU 在起动加速暖机、加速加载切换过程及减速减载切换过程的转速超调量和转矩超调量，以及 CO、HC、NO X 和颗粒物排放特性。结果表明：(a)可以通过提高发动机怠速转速的方法加速暖机过程，而且怠速转速的提高并不会引起发动机起动过慢的问题。起动过程中，CO、HC、NO X 和颗粒排放基本与喷油量正相关，喷油策略对排放的控制比较重要。(b)为了降低系统的油耗，可以在发动机起动初期适当降低喷油量甚至断油，而不影响发动机的起动性能。但不恰当的初始喷油量可能会带来 APU 系统转矩波动幅度大、起动过程偏慢等问题。(c) 本文提出的基于转矩模型的
6、动态协调控制策略能够保证 APU系统在工况切换时基本沿着最佳等效燃油消耗线附近运行，并且切换用时比较短，I同济大学 硕士学位论文 摘要转速超调量和转矩超调量比较低。(d) 在加速加载的切换过程中，发动机排放总体上会有所升高；而在减速减载的切换过程中，污染物排放总体呈下降趋势。加速加载过程中，缸内燃烧状态较差，空燃比也较低，CO、HC 和颗粒物排放较高，NOX 排放较低；减速减载过程中，缸内燃烧状态较好，CO 、HC 和颗粒物排放较低，NO X 排放较高。关键词：增程式电动客车，辅助功率单元，混合动力专用发动机，瞬态模型，动态控制策略IITongji University Master of E
7、ngineering AbstractABSTRACTWith the rapid development of automobile industry, vehicles possessive quantity worldwide has been increasing rapidly. Two major world problems including energy shortage and environmental pollution has been exacerbated increasingly, and they have already brought a certain
8、degree of restriction to the development of traditional automobile industry. Extended-Range Electric Vehicle (E-REV) has gained more and more attention both at home and abroad because of its high low fuel consumption, and low emissions, and it can also overcome the all electric range limitation of t
9、raditional pure electric vehicles. A torque model based dynamic control strategy is designed in this paper. Under this control strategy, the speed overshoot and torque overshoot of APU (Auxillary Power Unit) in the process of operation point switching is reduced and the switching time is shorter, wi
10、th the operation point along the best equivalent fuel consumption curve. The main work and research result in this paper is as follows:(1) A turbocharged inter-cooled diesel engine model has been built. Many parameters (torque, specific fuel consumption, pressure and temperature before turbine, pres
11、sure ratio of compressor, mass air flow) of the steady state engine model in selected 189 opearation points have been calibrated to the degree that the error between the simuliation value and test value of the important parameters in this engine are under 10 percent. On this base, the fuel injection
12、 system and combustion model has been modified to build the transient engine model.(2) The torque model based dynamic control strategy is designed. The co-simulation between Simulink and GT-Power is proceeded. The characteristics of dynamics and emission characteristics of APU on speed up and load u
13、p switchover process and speed cut and load cut switchover process are simulated and analyzed, under the above dynamic coordinated control strategy. It can be seen that the the torque model based dynamic coordinated control strategy can quickly and stably realize the switchover process needed by the
14、 three-point energy management strategy.(3) A control system for verifying the above dynamic coordinated control strategy is established. Based on MotoHawk rapid prototyping development platform, sensors, actuators and communication software module are added on the basis ofIIITongji University Maste
15、r of Engineering Abstractcontrol model in Simulink, and the code is generated automatically by compiler, and a basic HCU controller and APU control system are developed finally.(4) The torque model based dynamic coordinated control strategy and the controlsystem proposed is validated by the APU benc
16、h, and the dynamics characteristics, CO, HC, NOX, and particle emissions characteristics of APU on speed up and load up switchover process and speed cut and load cut switchover process are analyzed. It turns out: (a) The warm-up process can be accelerated by increasing the engine idlingspeed, and th
17、e increase of the idling speed does not led the engine to start too slowly. The CO, HC, NOX and particulate emissions are positively correlated with fuel injection during the diesel engine start-up, so the injection strategy for the start-up process is critical to emissions control. (b) In order to
18、reduce the fuel consumption of the extended-range electric vehicle, it is possible to reduce the fuel injection amount and even cut-off the oil at the beginning of the engine startup, without affecting the starting performance of the engine. However, it should be noted that, inappropriate initial fu
19、el injection may cause some problem, such as larger torque fluctuation range, and slower process of start and so on. (c) The proposed torque model based dynamic coordinated control system can ensure that the APU system runs in the vicinity of the best equivalent fuel consumption line and the oversho
20、ot of speed and torque is low, the time of switchover process is short. (d) In speed up and load up switchover process, emissions of the engine will be increased as a whole; while in speed cut and load cut switchover process, pollutant emissions will be reduced as a whole. In speed up and load up sw
21、itchover process, the combustion condition in cylinder is worse andthe air fuel ratio is lower, so that the CO, HC and PN emissions are higher and the NOX emissions are lower, while, in speed cut and load cut switchover process, thecombustion condition in cylinder is better and the air fuel ratio is
22、 larger, so that the CO, HC and PN emissions are lower and the NOX emissions are higher.Key Words: extended-range electric bus, auxillary power unit, engine dedicated for hybrid power system, transient engine model, dynamic control strategyIV同济大学 硕士学位论文 目录目录第 1 章 绪论 . 11.1 前言 . 11.1.1 环境问题 . 11.1.2
23、能源问题 . 21.1.3 新能源汽车 . 21.2 增程式混合动力汽车 . 31.2.1 混合动力汽车分类 . 31.2.2 增程式混合动力的定义 . 51.2.3 增程式混合动力的工作模式 . 51.2.4 增程式混合动力汽车发展现状 . 61.3 混合动力控制策略 . 71.3.1 能量管理策略 . 71.3.2 动态控制策略 . 81.4 控制策略研究现状 81.4.1 能量管理策略研究现状 . 81.4.2 动态协调控制策略研究现状 . 91.5 本文研究内容与研究方法 . 11第 2 章 柴油机仿真模型 . 132.1 增压柴油机稳态模型 . 132.1.1 中冷器模型 . 142
24、.1.2 喷油系统模型 . 142.1.3 燃烧模型 . 162.1.4 增压器模型 . 202.1.5 整机模型 . 252.1.6 稳态仿真结果 . 262.2 增压柴油机瞬态模型 . 312.2.1 燃烧模型 . 312.2.2 喷油量控制策略 . 312.3 本章小结 . 33第 3 章 控制策略 . 353.1 能量管理策略 . 353.1.1 增程式混合动力能量管理策略 . 353.1.2 CD/CS 控制策略 353.1.3 发动机开关策略 . 36V同济大学 硕士学位论文 目录3.1.4 工作路径 . 373.1.5 工作点 . 373.2 动态控制策略 . 393.2.1 传
25、统动态控制策略 . 393.2.2 基于转矩模型的动态控制策略 . 413.2.3 仿真结果分析 . 443.3 本章小结 . 47第 4 章 混合动力控制器及系统开发 . 494.1 控制系统框架 . 494.2 控制器 . 504.2.1 控制软件 . 514.2.2 自动代码生成 . 544.3 传感器 . 544.3.1 转速传感器 . 544.3.2 转矩传感器 . 554.4 执行器 . 554.5 CAN 通讯 . 574.5.1 CAN 通讯基本原理 .574.5.2 CANopen 协议 .604.5.3 CANopen 适配模块 RCAN-01 624.5.4 CAN 通讯
26、软件模块 .644.6 本章小结 . 64第 5 章 试验及结果分析 . 675.1 试验系统 . 675.1.1 试验系统总体概况 . 675.1.2 试验设备及原理 . 695.2 试验内容 . 735.3 试验结果分析 . 755.3.1 起动过程 755.3.2 怠速切换到 A 点 .815.3.3 A 点切换到 B 点 845.3.4 B 点切换到 C 点 895.3.5 C 点切换到 B 点 935.3.6 B 点切换到 A 点 965.4 本章小结 . 99第 6 章 总结与展望 . 1016.1 总结 .1016.2 展望 .102VI同济大学 硕士学位论文 目录致谢103参考
27、文献104个人简历、在读期间发表的学术论文及研究成果108VII同济大学 硕士学位论文 目录VIII第 1 章 绪论第 1 章 绪论1.1 前言1.1.1 环境问题随着社会的发展，环境问题日益突出 1。汽车尾气是大气污染的重要元凶，其含有一氧化碳(Carbonic Oxide，CO) 、碳氢化合物(HydroCarbon，HC)、氮氧化物(Nitrogen Oxide，NO X)、颗粒物(Particulate Matter，PM)等有害污染物。研究表明，大气污染物中许多来自汽车尾气排放 2，针对汽车尾气排放进行治理势在必行。近年来在全国范围内频繁发生雾霾现象，引起了全社会的广泛关注，有文献指
28、出，雾霾的形成与汽车尾气中颗粒物排放有关 3。大气中有很多颗粒物，直径比较大的颗粒物可以被人体过滤，而直径比较小的细颗粒或者超细颗粒则很难被呼吸系统过滤，这些细小颗粒一旦被人体吸入肺部，很容易引起广泛的呼吸系统疾病 4，另外，这些细小的颗粒物还会与多种致癌物质混合在一起 5，一旦吸入人体，有诱发身体组织癌变的风险。汽车尾气排放除了会带来颗粒物污染外，其他的污染气体也对人类健康和大气环境有很大影响。CO 与人体血液中的血红蛋白结合的能力大于氧气，当吸入肺部的 CO 气体浓度高于一定程度，血液输送氧气能力大大减弱，给人造成缺氧性伤害 6-7。HC 主要包括不完全燃烧产物、润滑油及其裂解和部分氧化产
29、物，在强烈的太阳光紫外线照射下，HC 和 NO X 会经过一些列的化学变化，形成光化学烟雾，烟雾中含有对人类及动物眼睛和咽喉有一定刺激作用的物质，危害严重 8。 NOX 除了会引起光化学烟雾外，还会对棉花等农作物造成伤害，对人类和动物的呼吸道和肺部产生刺激。而且，NO X 中的 NO 与血红蛋白的结合能力比 CO 还强，NO2 与空气中的水会发生化学反应，生成硝酸和亚硝酸，可能导致酸雨的形成 9。为此，世界多数国家都开始制定越来越严格的汽车排放法规，以对汽车尾气的排放加以限制。目前在汽车排放领域，主要有美国、欧洲、日本三大汽车排放法规体系 10。目前我国主要沿用欧洲排放法规体系，近年来，我国汽
30、车排放法规与欧洲排放法规推行时间越来越接近。北京上海已经于 2015 年 1 月开始执行国第二阶段标准，2018 年 1 月将在全国范围内执行国标准。2016 年 12 月1同济大学 硕士学位论文 增程式电动客车辅助功率单元控制策略研究23 日，环保部和国家质检总局联合发布轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段) ，法规要求十分严格，给汽车工业带来了新的挑战，汽车相关研究人员必须想办法降低汽车使用过程中的排放问题。1.1.2 能源问题能源是推动人类发展的重要动力。每一次能源革命，都给世界带来了深刻的变革。第二次工业革命以来，地球上多年储存的能量，伴随着化石燃料被人类快速利用，人类社会得
31、到了巨大发展。然而，随着人们对煤、石油、天然气等资源无节制的开采，世界范围内的能源短缺问题日益严重。根据 Rystad Energy 公司于 2016 年 7 月 5 日公布的信息，全球石油储量为 2.1 万亿桶，当前石油年产量为 300 亿桶/年，大约只能够全球使用 70 年。自从 1993 年以来，我国对石油进口量不断增加，对外依存度不断上升，给国家能源安全战略带来的挑战越来越大。中国石油公司发布的国内外油气行业发展报告显示，中国石油消费保持持续增长，2015 年对外依存度首次达到 60.6%，预计 2020 年中国石油对外依存度将达到 67% 11。根据权威部门统计，在世界能源消耗中，公
32、路运输约占石油消耗的 42%，占人类能源总消耗的 16%。随着汽车产业的蓬勃发展，汽车消耗的能源越来越多，占总能源消耗的比重也越来越大 12-14。国务院发展研究中心产业部预测，到 2020 年，我国机动车的燃油需求将占当年全国石油总需求的 57%。对于汽车行业研究人员，如何更加高效节能地利用有限的能源，变成了需要认真思考的问题。1.1.3 新能源汽车面对上述问题，越来越多的汽车厂商和研究机构开始注重新能源汽车的研究15。目前，我国主要有三种新能源汽车：纯电动汽车(Electric Vehicle，EV)、燃料电池汽车(Fuel Cell Electric Vehicle，FCEV)和混合动力
33、汽车(Hybrid Electric Vehicle，HEV) 16。纯电动汽车，是指使用电能作为唯一能源，来驱动汽车行驶的汽车。纯电动车在使用过程中不直接消耗石油能源，可以实现“零排放”。它还有能量利用率高、噪声低、动力结构紧凑等优势。但是，纯电动车也具有动力电池能量密度低、充电桩等基础设施不完善、充电时间长等重大缺陷 17-19。燃料电池汽车，是一种使用燃料电池替代普通电池或者内燃机来驱动的电动2第 1 章 绪论车。燃料电池使用空气中的氧气和压缩氢气在催化剂的作用下产生化学反应，将化学能转化为电能，供给驱动电机使用，进而推动车辆运行。相比于传统的内燃机汽车，燃料电池产生的污染比较小，其污染
34、主要来自于氢气的制备过程。相对而言，燃料电池汽车是具有现实意义的最为清洁的新能源汽车，而且具有能量利用率高、排放低等优势 20。但是由于燃料电池中一般使用贵金属催化剂，造成电池组成本较高，另外由于氢气的储存和运输技术尚未成熟，其安全性和稳定性也不高，短期内实现大规模产业化难度较大 21。混合动力汽车是介于传统内燃机汽车和纯电动汽车之间的一种汽车，它使用内燃机和电池两种动力源。内燃机和电动机都可以为整车提供动力，故混合动力汽车兼具有传统内燃机汽车和纯电动汽车的优点 22-23：一方面，混合动力汽车能够更加有效的利用现有的化石能源，降低汽车尾气的排放和能源的消耗 24-25；另一方面，它又能弥补纯
35、电动汽车续驶里程短、充电速度慢、成本较高、对环境敏感及安全性低等不足 26。综合来看，在未来几十年内，混合动力汽车是上述三种新能源汽车中最具有前景和市场的汽车，值得对其深入研究和探讨。1.2 增程式混合动力汽车1.2.1 混合动力汽车分类实际中，混合动力的实现形式多样，叫法也不尽相同。下面本文将从不同角度阐述混合动力汽车的分类。1.2.1.1 构型角度分类混合动力汽车根据动力系统的构型可以分为串联式混合动力汽车(Series Hybrid Electric Vehicle，SHEV)、并联式混合动力汽车(Parallel Hybrid Electric Vehicle，PHEV) 、混联式混合
36、动力汽车(Combined Hybrid Electric Vehicle, CHEV)几种形式。不同构型的混合动力系统各有优劣，在不同的应用环境、驾驶工况、成本等要求下，灵活选取恰当的动力系统方案 27。串联式混合动力汽车一般指只有一个能量转换装置可以为车辆提供驱动力的混合动力汽车。在串联式混合动力汽车中，一般情况下只有内燃机和电池两个能量源，它们可以单独或同时向其他方向输送能量。内燃机通过带动发电机进行发电，发电机输出的电能根据情况不同输送给动力电池或驱动电机；电池也可以3同济大学 硕士学位论文 增程式电动客车辅助功率单元控制策略研究根据不同情况的需要，向驱动电机和发电机输送电能。在制动能
37、量回收模式时，整车的动能经过转化可以输送给电池。串联式混合动力结构相对简单，控制也不复杂，比较适合市区工况使用；但是在郊区工况，一般情况下串联式混合动力汽车的效率不如传统内燃机汽车。串联构型系统一般体积和重量比较大，多应用于商用车。并联式混合动力汽车一般指具有多个能量转换装置可以同时直接给车辆提供驱动力的混合动力汽车。并联混合动力系统一般由内燃机、一个电机、电池和传统车辆机械传动装置构成。并联构型中电机一般具备驱动电机和发电机两种工作模式，既可以将电池中储存的电能转化为机械能输出到整车，也可以通过发电模式将机械能转化为电能储存在电池中。混联式混合动力汽车是串联式混合动力和并联式混合动力的综合，
38、它的主要特征是：(1) 至少包含两个电机；(2)可以并联能量混合，也串联能量混合。在低速时，串联模式具有更高的效率；在中高速时，并联模式在提高效率方面更有优势。混联式混合动力能量转化形式比较灵活，能够比较好地提高整车燃油利用效率；但是它控制相对复杂。1.2.1.2 能量角度分类根据混合动力汽车中使用电能和化石能源的比例，可以大致将混合动力分为重混、中混和微混。实际上，目前汽车行业对这种分类叫法尚未统一。英国咨询公司里卡多公司的叫法是直接起停(Stop/Start)、弱混(Micro Hybrid)、中混(Mild Hybrid)、全混 (Full Hybrid)；美国福特公司的叫法则是微混 (
39、Micro HEV)、微中混 (Mild HEV)、中混(Medium HEV)、全混(Full HEV)；德国咨询公司舍弗勒的叫法是弱混(Micro HEV) 、中混 (Mild Hybrid)、全混(Full Hybrid) 。实际上，混合动力汽车中使用电能和化石能源的比例，可以使用混合度 H 来衡量，即：PelecH = 100%Ptotal (1.1)式(1.1)中，P elec 表示的电系统的功率，P total 表示的是总功率。目前，根据混合度划分混合动力汽车的强混、中混和微混有很多个版本。一般认为混合度小于 10%是弱混，混合度在 10%25%范围内是中混，大于 25%的是强混。
40、4第 1 章 绪论1.2.2 增程式混合动力的定义增程式混合动力是指，带有功率辅助单元(Auxilliary Power Unit，APU，也叫増程器) 的电力驱动的汽车。大多数增程式混合动力使用的増程器是内燃机，也有燃料电池或者其他的动力形式。从混合动力构型的角度看，增程式混合动力多属于串联式混合动力。从能量角度看，它属于强混。增程式混合动力在电池储存的能量能够满足整车功率需求时，整车只使用电池为驱动电机供电；当电池的输出功率不能满足整车需求时，需要功率辅助单元辅助供应能量，此时増程器驱动发电机对电池充电以补充整车驱动电机的功率消耗。增程式混合动力汽车结构示意图如图 1.1 所示。发动机与车
41、辆传动机构之间没有机械连接，电力驱动是车辆的唯一驱动方式。发动机可以不受汽车运行状态的影响一直工作在燃油经济性高、排放低的区域。驱动电机 动力电池机械传动系统APU 发电机 发动机机械连接电气连接图 1.1 增程式混合动力汽车动力系统结构示意图1.2.3 增程式混合动力的工作模式增程式混合动力汽车根据不同情况会有四种运行模式：(1) 纯电动运行模式。当动力电池能量充足时，电池的输出功率能够满足整车功率需求，此时发动机不工作，车辆由驱动电池驱动运行。(2) 增程模式。当动力电池电量不足，输出功率不能满足整车功率需求时，増程器开始起动，发动机带动发电机发电，此时増程器和动力电池共同输出能量驱动车辆
42、；由于増程器输出的功率大于整车功率需求，多余的能量将存储到动力电池。(3) 制动能量回收模式。当车辆制动时，驱动电机给车辆施加反向力矩，驱动电机处于发电状态，给动力电池补充电能。(4) 驻车充电模式。在电池能量较低，并且整车处于驻车状态时，驱动电机5同济大学 硕士学位论文 增程式电动客车辅助功率单元控制策略研究停止工作，辅助功率单元(APU)发出的所有电能均储存在动力电池中。1.2.4 增程式混合动力汽车发展现状增程式混合动力兼具有传统内燃机汽车和纯电动车的优点，具有巨大的市场前景，引来了众多科研机构和汽车厂商的关注。1.2.4.1 乘用车美国克莱斯勒发布的串联混合动力式 Jeep EV 采用
43、集发电机于一体的小型发动机，纯电动行驶约 65 km，增程后的行驶距离可达 644 km，整体燃油经济性约为 21 km/L。在 2009 年的东京车展上，铃木展出了概念车“Swift Plugin Hybrid”，这是一款插电式混合动力车，构型为串联结构，纯电动续驶里程可达二十公里。英国莲花公司于 2010 年展出了概念车“Evora 414E Hybrid”，该车配备的增程器为 1.2L 汽油发动机，发动机曲轴直接连接于发电机转子，采用两点式能量管理策略，发动机可在高功率点和低功率点之间进行切换。ECU 可根据发动机舱内的温度进行控制，使发动机工作时所需的燃料消耗量降至最低。通用沃蓝达 V
44、olt是一款经典的增程式电动汽车，是雪佛兰较早实现实现实际投产的一款增程式电 动汽车 28。我国增程式混合动力汽车起步较早，但是仍然与欧美及日本等汽车强国在技术方面有很大差距。2010 年，奇瑞以 S18（瑞麟 M1）平台为基础推出了一款增程式纯电动汽车“X1-REEV” ，X1-REEV 配备了高效的 APU，可以达到 300 公里以上的长续航里程 29。江淮汽车也推出了和悦混合动力，可在纯电池驱动条件下行驶 50 公里，油耗仅为 3.2L/百公里 30。1.2.4.2 商用车1998 年在美国纽约就开始示范运营戴姆勒公司的 BAEOrion 混合动力公交客车，其构型为串联式，目前在纽约、多
45、伦多和旧金山等城市有大量此类客车运行。2009 年，戴姆勒公司开始量产串联式混合动力客车 Citaro G Hybrid。与原版柴油车相比，这款混合动力客车节油 30%左右。一台 4.8L、160kW 的发动机取代了原来的直列六缸发动机，减轻了大约 450kg 的重量，除发电机外，该车配备了 4 个轮毂电机，和功率达 320kW。由于没有机械连接的限制，可以采用低地板的设计锂离子电池组被安装在车顶上。客车上的某些部件也可以选择电驱动方式，如转向机助力泵、压缩机、客车车门和空调装置等。6第 1 章 绪论1.3 混合动力控制策略控制策略根据不同频率段分为低频的能量管理、中频的动态协调控制(或者叫转
46、矩协调控制)、以及高频的 NVH(Noise Vibration and Harshness) 31。这三者之间有一定的“Trade-Off ”关系，需要进行系统设计。一般来说，能量管理对应的是宏观的能量流动框架，需要首先确定；动态控制策略属于相对微观的策略，更为具体，它需要给能量管理提出一定的要求，同时又会有 NVH 方面的影响。1.3.1 能量管理策略所谓能量管理策略，是指在不同情况下，通过决定动力系统中各原动机、各储能设备间功率分配从而使车辆动力系统的总能耗最小的一系列规则或子策略的集合。能量管理策略主要解决如何在多动力源之间分配整车需求功率，使系统具备最佳的动力性、经济性和耐久性的问题
47、 32。根据国外的大量研究，能量管理策略基本可以分为基于规则的能量管理策略和基于优化的能量管理策略两大类 33-37。基于规则的控制策略的工作原理是：事先根据理论依据、工程经验和数学模型来设定若干车辆工作状态值，划分车辆工作区域。在实际工况中，根据车辆行驶状态判断车辆的工作区域，并采取相应的控制方式 38-39。基于规则的能量管理策略又分为基于确定性规则和基于模糊规则 40-43。基于确定性规则的能量管理策略包括开关式、功率跟随式和多点式 44-45，这种能量管理策略有明确的物理含义，相对比较直观，容易理解。基于模型规则的能量管理策略，是根据模糊理论确定的规则，这种能量管理策略没有明确的物理含
48、义，相对比较抽象。由于前者直观可靠，在对可靠性要求极为严苛的汽车领域应用比较广泛。基于优化的能量管理策略又分为全局优化和局部优化两大类 46-48。全局优化是指，在给定道路工况的前提下，将整车需求功率合理地分配给 APU 和电池，在满足发动机和电池的运行规律限制的前提下，使动力系统等效燃油消耗率最低或者系统功率损失最小。全局优化的解法有很多，主要有多目标数学规划 49、动态规划 50、最优控制理论的迭代算法、粒子群优化算法 51-52、 混沌优化算法 53-54、神经网络 55-56和遗传算法 57。局部优化算法，是在未知后续道路的前提下，根据当前的发动机状态、SOC状态及整车功率需求，决定能
49、量分配办法，保证动力系统的等效燃油消耗率最低。局部优化算法主要有随机动态规划、道路工况识别和自适应调节等。7同济大学 硕士学位论文 增程式电动客车辅助功率单元控制策略研究1.3.2 动态控制策略混合动力汽车存在多种运行模式，在不同的车辆行驶情况下会工作在不同的模式，在不同模式切换过程中，需要动态协调控制策略对个运动部件进行协调，以保证切换过程的顺利进行。所谓动态过程控制，指的是在混合动力模式切换过程中，各转动部件之间耦合时出现动力输出不平稳或转矩不足和超调等问题 58。动态过程控制的好坏，直接关系到混合动力汽车整车动力性和舒适性。1.4 控制策略研究现状1.4.1 能量管理策略研究现状Christopher M 和 Song Z 等人 59-60在他们的文章中利用恒温器策略进行整车能量管理，针对城市公交工况设计了增程器控制策略并在某些城市的串联式混合动力公交上得到广泛的应用。Masih-Tehrani M 等 61针对并联型混合动力汽车提出基于车速门限值的发动机“起-停” 模式控制策略。当车速低于门限值时，驱动电机单独驱动车辆，仅当整车需求功率超过了驱动电机额定功率时，发动机才开始起动并与电机协同工作；当
