摘 要

由于传统燃油汽车存在着消耗不可再生能源以及污染环境问题，目前传统燃油汽车的发展受到一定限制。而混合动力汽车作为传统燃油汽车与纯电动汽车的中间产品成为目前的研究热点。混合动力汽车具有多个动力装置，动力系统结构复杂，为使车辆在不同工况下的动力得到合理分配，能量管理策略也更为复杂。因此相对于传统的燃油汽车，混合动力汽车的结构布置以及能量管理策略对燃油经济性有着关键性的影响。

本文以P2构型混合动力汽车为研究对象，首先基于Matlab/Simulink平台建立了整车模型，包括发动机，动力电池组，电机等几个关键部件的模型。然后通过对混合动力汽车能量管理策略的基本原则以及对不同工作模式动力系统的能量流动和工作状态的详细分析，制定了一种基于等效油耗最小原则（ECMS）的能量管理策略和串行再生制动控制策略并构建了整车控制模型。最后在NEDC循环工况下进行仿真并对仿真结果详细分析， 结果表明P2构型混合动力汽车在本文制定的控制策略下能够有效的改善整车燃油经济性。

关键词：混合动力汽车；P2构型；ECMS；经济性

Abstract

Due to the problems of consumption of non-renewable energy and environmental pollution in traditional fuel vehicles, the development of traditional fuel vehicles is currently limited to some extent. As an intermediate product between traditional fuel-fired vehicles and pure electric vehicles, hybrid electric vehicles have become a hot research topic. Hybrid electric vehicles have multiple power units, and the power system structure is complex. In order to reasonably distribute the power of vehicles under different working conditions, the energy management strategy is also more complex. Because of this, compared with traditional vehicles, the structural arrangement and energy management strategy of hybrid vehicles have a key impact on fuel economy.

In this paper, P2 hybrid electric vehicle is taken as the research object. Firstly, based on Matlab/Simulink platform, the whole vehicle model is established, including the models of several key components such as engine, power battery pack, motor, etc. Then through the detailed analysis of the basic principles of hybrid electric vehicle energy management strategy and the energy flow and working conditions of power systems in different working modes, an energy management strategy based on the principle of minimum equivalent fuel consumption (ECMS) and a serial regenerative braking control strategy are formulated and a vehicle control model is constructed. Finally, the simulation is carried out under NEDC cycle condition and the simulation results are analyzed in detail. The results show that the P2 hybrid vehicle can effectively improve the fuel economy of the whole vehicle under the control strategy formulated in this paper.

Key Words：hybrid electric vehicle；the P2 configuration；ECMS；fuel economy

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本文主要研究内容 3

第2章 整车模型构建 4

2.1 P2构型混合动力汽车结构分析 4

2.2 仿真方法分析 4

2.3 整车模型 5

2.3.1 发动机模型 5

2.4.2 电池组模型 7

2.4.3 电机模型 9

2.4.4 离合器模型 11

2.4.5 变速器模型 12

2.4.6 车轮和制动器 12

2.4.7 纵向动力学模型 13

2.4 驾驶员模型 14

2.5 控制器模型 15

2.6 本章小结 15

第3章 整车控制策略制定 16

3.1 能量管理策略的基本原则 16

3.2 工作模式分析 16

3.2.1 纯电机驱动模式 16

3.2.2 发动机单独驱动 17

3.2.3 行车充电 17

3.2.4 混合驱动 18

3.2.5 再生制动 18

3.3 驱动控制策略 19

3.3.1 ECMS策略 19

3.3.2 ECMS模型 20

3.4 再生制动控制策略 20

3.4.1 串行制动控制策略 20

3.4.2 再生制动控制模型 21

3.5 本章小结 21

第4章 整车仿真分析 22

4.1 循环工况 22

4.2 车速跟踪情况 22

4.3 发动机与电机工作情况 23

4.4 动力电池组工作情况 23

4.5 燃油经济性仿真结果分析 24

4.6 本章小结 25

第5章 结论 26

5.1 全文总结 26

5.2 工作展望 26

参考文献 27

致谢 28

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

汽车的发展有一个漫长的过程，经过不断的改进创新，相关技术已经相当完善。这种交通工具为人们所带来的交通便利性深深改变了人们的生活方式。但同时也带来了一些比较严重的问题，如不可再生能源的消耗以及环境污染。由于石油资源的逐渐减少以及人们对环境污染所带来的严重危害有了更清楚的认知，解决传统燃油汽车的油耗和排放污染问题成为当前的研究热点。为了解决此问题，当前有两种技术方案。一是在现有燃油汽车的技术基础上继续进一步发展，提高发动机的热效率及机械效率等；二是发展新能源汽车，采用清洁可再生能源作为燃料。

目前新能源汽车市场销售情况趋于平缓，其中纯电动汽车依旧存在较多问题。如：续航里程短，电池充电时间长且更换费用大，配套设施不健全等。而并联式混合动力汽车拥有内燃机和电动机两套动力装置，两者通过一定方式协调连接，使其不仅保证了与传统汽车可相比的动力性，同时使电动机与内燃机配合输出动力，减少了燃油消耗以及废气排放。而且可利用制动能量，进一步提高经济性。另外，并联式混合动力汽车对电池的要求较低，不需要匹配的充电设施。因此混合动力汽车逐渐成为汽车行业发展最快的市场之一。

根据电动机布置位置的不同，并联式又可以分为P0，P1，P2，P3，P4。P2构型中电机可作为发电机和牵引电动机，布置在离合器与变速器之间。本文将采用建模仿真方法，基于Matlab/Simulink软件建立P2构型混合动力汽车整车模型，在NEDC循环工况下进行仿真分析。验证P2构型混合动力汽车对燃油经济性的改善潜力。