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增程式电动汽车(EREV，Extended-Range Electric Vehicle)作为一种新能源汽车，通过增加辅助功率单元(APU，Auxiliary Power Unit)，简称增程器，来延长行驶里程。由于增程器结构复杂，且工作环境恶劣，极易出现故障导致失效，所以保证增程器安全可靠的工作极其重要。本文以增程式电动客车的增程器为研究对象，基于智能控制理论设计的模糊自适应PID算法对其控制策略进行了可靠性优化研究，提高增程器系统的安全性和可靠性，并改善了控制效果。
本文主要内容及研究成果如下：
(1)对控制器的硬件和软件进行了可靠性设计。硬件可靠性设计包括控制器选型，电源电路设计，转速传感器选型，油门信号输出电路设计以及CAN通讯电路设计，其中重点对CAN通讯电路进行了抗电磁干扰设计，保证了CAN通讯的安全可靠。在软件设计部分，基于MotoTron快速开发平台，采用模块化设计的思想，将增程器工作逻辑划分为起动、运行(工况切换)、停机过程，并分别进行了软件设计。
(2)设计开发了增程器转速模糊自适应PID控制算法。针对传统PID转速控制存在的局限性，通过结合智能控制和模糊控制理论，开发了增程器转速模糊自适应PID控制算法，并基于MATLAB模糊工具箱在Simulink中搭建了模糊自适应PID控制模型。
(3)对增程器的能量管理策略、起动策略、停机策略和工况切换控制策略进行了可靠性优化设计开发。其中，结合恒温器和功率跟随式能量管理策略的优缺点，开发了三点式能量管理策略；通过增大倒拖起动转矩和倒拖目标转速的方式开发了起动可靠优化策略；通过发电机增加负载转矩来增大旋转阻尼的方式开发了停机可靠优化策略；基于模糊自适应PID控制算法开发了增程器工况切换可靠优化策略。通过Matlab/Simulink搭建增程器模型，进行了工况切换仿真实验，仿真结果表明：相比于传统PID控制，模糊自适应PID控制显著降低了工况切换过程中的转速超调，控制效果优化明显。
(4)通过台架试验对所开发的可靠优化策略进行了试验验证研究，主要包括增程器起动可靠优化策略、停机可靠优化和增程器工况切换可靠优化策略的验证试验，并对试验结果进行了分析。试验结果表明，所开发的可靠优化策略保证了增程器安全可靠的运行，其中：增程器起动可靠优化策略相比于传统起动策略，在兼顾起动油耗和起动电耗的前提下，显著的降低了起动耗时和起动转速波动峰值，实现了增程器快速可靠起动。停机优化策略加快了增程器穿越共振区的速度，显著降低了增程器停机过程中的转速波动峰值和噪声峰值，如600r/min和300r/min共振点附近转速波动峰值最大分别降低88r/min和36r/min，噪声Peak峰值最大分别降低3dB(A)和2.7dB(A)。综合考虑切换平均BSFC和切换耗时，增程器工况切换过程的功率变化率宜选取11.5kW/s。增程器转速协调控制策略油耗和排放优于转矩协调控制和转矩混合控制策略。增程器转速模糊自适应PID控制相比于传统PID控制，显著降低了增程器工况切换过程中的转速和转矩超调，尤其是在降转速减转矩的工况切换3和切换4中，传统PID控制的转速和转矩超调率分别为5.3%、6.6%和-5.5%、-11.1%，而模糊PID控制的转速超调率大幅降低至2.8%和0.7%，同时转矩超调量很小，超调率都在0.8%以内。
本文主要内容及研究成果如下：
(1)对控制器的硬件和软件进行了可靠性设计。硬件可靠性设计包括控制器选型，电源电路设计，转速传感器选型，油门信号输出电路设计以及CAN通讯电路设计，其中重点对CAN通讯电路进行了抗电磁干扰设计，保证了CAN通讯的安全可靠。在软件设计部分，基于MotoTron快速开发平台，采用模块化设计的思想，将增程器工作逻辑划分为起动、运行(工况切换)、停机过程，并分别进行了软件设计。
(2)设计开发了增程器转速模糊自适应PID控制算法。针对传统PID转速控制存在的局限性，通过结合智能控制和模糊控制理论，开发了增程器转速模糊自适应PID控制算法，并基于MATLAB模糊工具箱在Simulink中搭建了模糊自适应PID控制模型。
(3)对增程器的能量管理策略、起动策略、停机策略和工况切换控制策略进行了可靠性优化设计开发。其中，结合恒温器和功率跟随式能量管理策略的优缺点，开发了三点式能量管理策略；通过增大倒拖起动转矩和倒拖目标转速的方式开发了起动可靠优化策略；通过发电机增加负载转矩来增大旋转阻尼的方式开发了停机可靠优化策略；基于模糊自适应PID控制算法开发了增程器工况切换可靠优化策略。通过Matlab/Simulink搭建增程器模型，进行了工况切换仿真实验，仿真结果表明：相比于传统PID控制，模糊自适应PID控制显著降低了工况切换过程中的转速超调，控制效果优化明显。
(4)通过台架试验对所开发的可靠优化策略进行了试验验证研究，主要包括增程器起动可靠优化策略、停机可靠优化和增程器工况切换可靠优化策略的验证试验，并对试验结果进行了分析。试验结果表明，所开发的可靠优化策略保证了增程器安全可靠的运行，其中：增程器起动可靠优化策略相比于传统起动策略，在兼顾起动油耗和起动电耗的前提下，显著的降低了起动耗时和起动转速波动峰值，实现了增程器快速可靠起动。停机优化策略加快了增程器穿越共振区的速度，显著降低了增程器停机过程中的转速波动峰值和噪声峰值，如600r/min和300r/min共振点附近转速波动峰值最大分别降低88r/min和36r/min，噪声Peak峰值最大分别降低3dB(A)和2.7dB(A)。综合考虑切换平均BSFC和切换耗时，增程器工况切换过程的功率变化率宜选取11.5kW/s。增程器转速协调控制策略油耗和排放优于转矩协调控制和转矩混合控制策略。增程器转速模糊自适应PID控制相比于传统PID控制，显著降低了增程器工况切换过程中的转速和转矩超调，尤其是在降转速减转矩的工况切换3和切换4中，传统PID控制的转速和转矩超调率分别为5.3%、6.6%和-5.5%、-11.1%，而模糊PID控制的转速超调率大幅降低至2.8%和0.7%，同时转矩超调量很小，超调率都在0.8%以内。