四轮独立驱动串联式混合动力汽车能量管理策略研究

摘要

混合动力汽车通过合理的动力系统匹配及能量管理策略控制驱动电机与发动机工作在较高的效率区和经济区，兼具了电动汽车的低排放、高比功率与传统内燃机汽车续航里程长的各自优点，同时轮毂电机驱动汽车具有结构简单、传递效率高、转矩独立可控及底盘智能化等优点，是未来汽车的发展方向，成为新能源汽车研究的热点。 本文以东风公司某型汽车作为研究对象，针对四轮驱动混合动力系统各结构方案特点，在提高整车动力性的需求及布置空间等约束条件下，采用四轮独立轮毂驱动串联式混合动力汽车动力系统。根据混合动力汽车的动力性指标，对动力系统进行选型及参数匹配计算，确定各动力部件的关键参数。 建立了四轮驱动混合动力系统分布式CAN通讯方案及控制架构，分析On/Off控制算法策略与负载跟随控制策略，基于该两种控制策略，提出了复合型能量管理控制策略，将On/Off控制算法嵌入到负载跟随控制策略中，达到了提高发动机燃油经济性与动力电池组充放电效率最优目标之间的平衡。并根据车辆负荷状况切换四轮驱动或两轮驱动，控制轮毂电机工作点分布在效率较高区域，提高了整车能量利用效率。 建立了基于前向模型的四轮独立驱动串联式混合动力汽车能量管理与控制系统结构框图。在Cruise仿真平台上建立整车仿真模型，并运用API接口模块实现与Matlab/Simulink信号交互。在Simulink环境下建立各动力部件控制器模型，并在Stateflow环境下建立复合型能量管理策略。 通过Cruise与Matlab/Simulink联合仿真，分别在NEDC循环工况和UDDS循环工况下对动力性与经济性进行仿真，仿真结果表明该能量管理策略能够有效地保证动力电池组SOC在最佳充放电区间内波动，提高了电池组充放电效率，同时很好地控制发动机与轮毂电机在高效区工作，提高了整车的燃油经济性。 最后，通过道路试验来验证本文控制策略有效性。试验结果显示：百公里加速时间减少4.3s，最高车速及最大爬坡度相较于原型车都有不同程度的提升，整车百公里油耗降低26.7%，表明了该能量管理策略在满足整车的动力性需求前提下，提高了整车的燃油经济性。

目录

声明

第1章 引言

1.1 课题研究背景及意义

1.2 四轮驱动混合动力汽车的发展概况

1.3 混合动力汽车的关键技术

1.4 混合动力汽车能量管理控制策略的研究现状

1.5 研究内容与研究方法

第2章 四轮独立驱动混合动力汽车动力系统设计

2.1 四轮驱动混合动力汽车动力系统分类

2.2 动力系统结构方案的确定

2.3 串联式混合动力部件选型与参数匹配

2.4 本章小结

第3章 复合型能量管理策略的制定

3.1 整车驱动系统CAN通讯方案及控制架构的确定

3.2 四轮独立驱动串联式混合动力系统工作模式的确定

3.3 四轮独立驱动串联式混合动力能量管理控制策略

3.4 本章小结

第4章 四轮独立驱动串联式混合动力汽车整车建模

4.1 混合动力汽车仿真平台概述

4.2 Cruise仿真环境下整车模型的建立

4.3 Simulink环境下动力部件控制器模型

4.4 Stateflow环境下复合型能量管理控制策略建模

4.5 本章小结

第5章 复合型能量管理控制策略仿真分析及道路试验验证

5.1 轮毂电机总成性能试验台架搭建与测试

5.2 仿真任务的建立

5.3 仿真结果分析

5.4 道路试验

5.5 本章小结

第6章 结论

6.1 研究总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果