基于多参数优化的等效燃油消耗最小的混合动力汽车能量管理策略研究

摘要

随着能源短缺和环境污染现象日趋严重，作为主要能源之一的化石燃料给社会带来的诸多问题也逐日凸显。以消耗化石燃料为主的汽车，也就成为了技术变革的先行者。传统汽车以柴油或汽油为燃料，其燃油的利用率较低，且其排出的污染性气体也比较严重，而电能的使用带来了第二次工业革命，纯电动汽车也曾风靡全球，但由于过去很长一段时间里，电池技术没有实质性的突破，从而使得电动车的价格居高不下，制约了纯电动汽车的发展。结合上面列举的诸多的问题，混合动力汽车应运而生，混合动力汽车主要是利用电池的能量均衡控制作用，使发动机能工作在最优效率区，提升了发动机的的燃油效率，同时，利用发动机提供整车的需求功率，这样，电池不用进行频繁的充放电。本文针对实现这一控制过程，以此获得更好的燃油效率和排放性能，提出了基于多参数的等效燃油消耗最小的能量管理策略。
　　本文分析总结了混合动力汽车的国内外发展现状，并分析串联式、并联式、混联式结构，以及各种结构下混合动力汽车所选择的能量控制策略。为了实现多模式复杂工况下的能量控制，本文选用混联式混合动力结构。以系统理论为依据，建立了混合动力系统的数学理论模型，包括关键部件模型和整车的控制模型。基于等效燃油消耗最小的策略，将电池的能量消耗等效为发动机的燃油消耗，得到实际的发动机的燃油消耗，并采用线性加权的方法将发动机的燃油消耗和排放性指标构建为多参数的综合评价模型，从而达到综合的燃油和排放性能的最优化。
　　在Matlab/simulink平台上进行仿真分析，根据所制定的控制策略，在满足整车的功率需求的同时，控制发动机和电池的功率输出，以达到优化燃油消耗和排放综合性能的目标。结果显示所建立的模型基本正确，燃油消耗对比传统汽车有较大提升，排放性能对比传统ECMS控制策略汽车，有明显的提升。本文研究的内容对相关领域的发展具有一定的参考意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景和研究意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 混合动力汽车发展现状

1．2．1 国外发展现状

1．2．2 国内发展现状

1．3 混合动力系统能量管理控制研究现状

1．3．1 基于规则控制技术的能量管理控制策略

1．3．2 基于解析法最优控制技术的能量管理控制策略

1．3．3 基于数值化全局最优的能量管理控制策略

1．3．4 基于瞬时优化控制技术的能量管理控制策略

1．4 课题来源和主要研究内容

1．4．1 课题来源

1．4．2 本文主要研究内容

1．4．3 本文的技术路线

第二章 混合动力系统整车性能评价建模

2．1 引言

2．2 混合动力汽车的结构

2．2．1 混合动力汽车结构类型

2．2．2 串联式混合动力汽车结构

2．2．3 并联式混合动力汽车结构

2．2．4 混联式混合动力汽车结构

2．2．5 三种结构的综合分析

2．3 关键部件建模

2．3．1 整车动力学模型

2．3．2 发动机数值模型

2．3．3 电动机数值模型

2．3．4 发电机数值模型

2．3．5 电池数值模型

2．3．6 离合器和主减速器数值模型

2．4 整车仿真系统建模解析

2．4．1 驾驶员PID控制模型

2．4．2 前向控制模块

2．4．3 整车的工作模式

2．4．4 制动能量回收

2．5 本章小结

第三章 多参数优化的ECMS能量管理控制算法研究

3．1 引言

3．2 PMP极小值原理

3．2．1 最优控制理论

3．2．2 变分法和最优控制

3．2．3 极小值原理

3．3 ECMS控制算法

3．3．1 混联式混合动力等效燃油最小控制策略

3．3．2 等效因子值的确定

3．4 多参数多权重优化模型

3．4．1 多参数优化的引入

3．4．2 多参数评价指标归一化处理

3．4．3 综合性能评价模型的建立

3．5 本章小结

第四章 多参数优化ECMS能量管理控制仿真分析

4．1 引言

4．2 实际城市道路行驶工况选择

4．3 整车基本参数

4．4 燃油经济性与排放性仿真结果分析

4．4．1 整车仿真的模型图

4．4．2 仿真结果分析

4．5 本章小结

第五章 全文总结与展望

5．1 研究内容和结论

5．2 主要创新点

5．3 后续研究工作展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果