摘 要

随着时代的发展，汽车对于人们的日常出行变得越来越重要。但是汽车在给人们带来便利的同时，也出现了能源消耗高、环境污染严重等问题。大气臭氧层空洞、酸雨以及最近几年出现较多的雾霾均与汽车尾气的排放有很大关系，在这种大环境下，混合动力电动汽车也就随之出现。而想要使混合动力汽车高效的工作，一种好的能量管理策略必不可少，对能量管理策略的研究能够使总能量在电机和发动机之间有一个合理分配。

本文以并联式混合动力电动汽车的能量管理系统为研究对象，建立混合动力电动汽车的电池模型、发动机模型、电机模型和汽车动力学模型，最后搭建出整车的模型。

然后设计出一种基于模糊控制理论算法，以电池荷电状态（Stage Of Charge，简称SOC）、汽车总需求转矩（T_req）为输入，汽车发动机实际需求转矩为输出（T_ice）的模糊逻辑能量管理策略。制定合理的模糊控制策略，选择适当合理的隶属度函数和根据相关专家经验制定适当的模糊规则。

最后，利用MATLAB/SIMULINK和Advisor对系统进行建模及仿真。将仿真结果与电辅助控制策略进行比较，可以看出模糊控制策略能够有效的改善整车效率、主要尾气的排放可以明显降低、电机效率提高、百公里油耗降低。

关键词：能量管理策略，混合动力电动汽车，模糊理论

ABSTRACT

With the development of the times, the car is increasingly important for people's daily travel becomes. But the car to bring convenience, but also the emergence of high energy consumption and serious environmental pollution and other issues. Atmospheric ozone hole, acid rain emerged in recent years more and haze have a great relationship with the vehicle exhaust emissions, in this environment, hybrid electric vehicles also appears. Hybrid vehicle power source provided by the motor and the engine. And you want to make hybrid vehicles and efficient work, a good energy management strategy is essential. Research on energy management strategy enables the total energy between the motor and the engine has a reasonable allocation.

In this paper, parallel hybrid electric vehicle energy management system for the study, the establishment of a hybrid electric vehicle battery model, the engine model, motor model and vehicle dynamics model, and finally build a vehicle model.

Then design an algorithm based on fuzzy control theory, the battery state of charge (Stage Of Charge, abbreviated SOC), total vehicle demand torque (Treq) as an input, the actual needs of automotive engine torque output (Tice) Fuzzy Logic energy management strategy. Fuzzy control strategy to develop a reasonable, appropriate and reasonable choice of membership functions and fuzzy rules based on the development of appropriate relevant expertise.

Finally, the use of MATLAB / SIMULINK and Advisor system modeling and simulation. The simulation results with electric auxiliary control strategies were compared, we can see that the fuzzy control strategy can effectively improve the efficiency of the vehicle, the main exhaust emissions can be significantly reduced, motor efficiency, reduce hundred kilometers.

Keywords: energy management strategy, hybrid electric vehicles, fuzzy theory

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究的目的和意义 1

1.2 国内外发展现状 2

1.2.1国外研究现状 2

1.2.2国内研究现状 2

1.3 关键技术的研究现状 2

1.4本文主要研究内容及章节安排 3

第2章PHEV的模型建立 4

2.1电机模型的建立 4

2.2发动机模型的建立 5

2.3电池模型的建立 5

2.4汽车动力学模型的建立 7

2.5建模方法 7

2.6整车模型的建立 8

2.7本章小结 8

第3章PHEV的能量管理策略 9

3.1电辅助式控制策略 9

3.2模糊控制理论以及发展现状 10

3.3模糊控制器设计 10

3.3.1模糊控制输入输出量化 11

3.3.2模糊化 12

3.3.3模糊规则的制定 12

3.3.4隶属函数的确定 13

3.3.5反模糊化 14

3.4本章小结 15

第4章PHEV的仿真 16

4.1能量管理系统仿真 16

4.1.1建立系统仿真模型 16

4.1.2 PHEV的仿真结果 19

4.2本章小结 23

第5章 结论与展望 24

5.1全文总结 24

5.2研究展望 24

参考文献 25

致谢 26

第1章 绪论

1.1 研究的目的和意义

从第一辆汽车问世至今已有百年历史，汽车成为现代生活的一个标志，人们对汽车的需求也逐年提高。汽车带来的问题也愈发严重。据有关资料统计，目前全球石油储量仅够使用 40 年左右，各国政府想尽办法争夺石油资源^[1]。石油的消耗必然会面临枯竭，汽车行驶产生的尾气排放带来的环境问题也将不可忽视。在日益减少的石油资源和越来越严峻的环境压力下，各种节能型汽车以及新能源汽车登上了历史的舞台。代用燃料汽车和电动汽车是汽车未来的发展方向，但是由于现阶段的电池技术还不够成熟，在未来一段时间内很难大量推广使用。

混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle，简称为HEV）合理的结合了纯电动汽车和以往内燃机汽车的优势，解决了电动汽车在续航能力和电池技术等方面的问题，也大大降低了传统内燃机的尾气排放问题和石油消耗问题。HEV在实现上的可能性并且节能环保等特点，所以成为现在缓解环境问题和能源消耗问题的一个真正可行的方案。作为兼有传统内燃机汽车和纯电动汽车两者特点的混合动力汽车，被认为是目前由传统内燃机汽车向电动汽车等新能源汽车过渡的最好选择^[2-3]。有关资料表明，混合动力汽车节油效率可达 20%-40%，尾气排放也可减少近 1/2^[2]。

相比于传统燃油汽车，HEV由于采用了混合动力装置，所以混合动力汽车可以使用较小排量的发动机，同时在整车控制系统的作用下，发动机和电机都能工作在最佳效率区，能有效降低车辆燃油消耗^[4-5]。HEV也有以往内燃机机车无法比拟的低污染，当车辆行驶在某些对汽车排放有限制的区域时，可以将发动机关闭，采用电力驱动方式行驶，达到不排放废气的效果。针对不同工况，HEV可以有不同的能量分配方式。当需要爬坡或者加速时，电机驱动系统和发动机驱动系统可以同时工作，也因为这样HEV的爬坡能力和加速能力要比传统汽车和以往纯电动车要出色。同时因为采用了发动机动能系统，使汽车懂得持续行驶里程得到大幅延长。混合动力电动汽车内部结构包含了热能、电能、机械能等能量之间的能量控制与转换关系, 其分类方式依据分类标准不同有多种。根据混合动力电动汽车的混合程度可分为微混式混合动力、轻混式混合动力和全混式混合动力^[6]。根据混合动力电动汽车的结构可分为串联式混合动力、并联式混合动力与混联式混合动力^[7]。