复合功率分流式混合动力汽车能量管理控制策略研究

摘要

本文基于对新型复合功率分流式混合动力汽车机械结构和工作原理的介绍，研究了基于最小值原理的等效燃油消耗最小能量管理控制策略，通过Simulink进行模型建立和仿真环境构建，经系统仿真和整车转毂试验成功验证了该能量管理控制策略的正确性和有效性。本文研究的内容包括如下几个方面:
　　基于双行星排功率分流装置的工作原理，利用等效杠杆图研究分析了该混合动力系统结构方案与工作模式，并对关键动力部件进行选型。
　　基于功率分流装置与各部件的连接关系、功率分流装置固有的扭矩和转速关系和整车电功率平衡，建立该系统的数学模型。针对该系统，采用理论建模与试验建模相结合的方法，在Matlab/Simulink仿真平台上建立了各关键零部件物理模型、整车动力学模型和驾驶员模型，集成了完整的整车前向仿真模型。
　　基于整车需求扭矩，根据整车工作状态，解耦该混合动力系统的数学模型，得到动态扭矩的解耦算法。基于动态扭矩解耦算法，采用演绎归纳法，开发出整车不同驱动模式下的扭矩控制策略。根据最小值原理，设计了以电池，OC为状态变量、发动机转速为控制变量的算法方案。通过优化发动机模型，将发动机转速和发动机扭矩建立一维查表模型。通过控制策略与整车模型联合仿真建立了SOC与当量燃油消耗量之间的油电转化关系，并得到了等效燃油消耗的目标函数。针对NEDC工况，建立等效燃油消耗最小的能量管理策略。
　　根据等效燃油消耗最小算法所得仿真结果提炼逻辑规则，并依此优化整车逻辑控制策略，进行了整车转毂油耗试验。试验结果表明，优化后NEDC工况整车当量油耗下降了12.31％，燃油经济性有显著提升。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 混合动力汽车发展现状

1．2．1 国外混合动力汽车发展现状

1．2．2 国内混合动力汽车发展现状

1．3 功率分流式混合动力系统结构方案

1．3．1 输入功率分流式混合动力系统结构方案

1．3．2 输出功率分流式混合动力系统结构方案

1．3．3 复合功率分流式混合动力系统结构方案

1．4 混合动力汽车能量管理控制策略概述

1．4．1 基于规则的能量管理控制策略

1．4．2 基于优化算法的能量管理控制策略

1．4．3 基于智能算法的能量管理控制策略

1．5 本文的主要研究内容

第二章 复合功率分流式混合动力系统机构

2．1 动力系统结构

2．2 动力部件选型

2．2．1 发动机选型

2．2．2 电机选型

2．2．3 动力电池选型

2．3 动力系统效率分析及结构优化

2．4 动力系统工作模式划分

2．4．1 纯电动模式

2．4．2 发动机起动模式

2．4．3 混合动力模式

2．4．4 制动能量回收模式

2．5 本章小结

第三章 复合功率分流式混合动力系统建模

3．1 数学方程建模

3．2 物理模型建模

3．2．1 发动机模型

3．2．2 电机模型

3．2．3 镍氢动力电池模型

3．2．4 混合动力变速箱模型

3．3 整车行驶动力学模型

3．3．1 滚动阻力模型

3．3．2 空气阻力模型

3．3．3 坡度阻力模型

3．3．4 加速阻力模型

3．4 驾驶员模型

3．5 复合功率分流式混合动力汽车仿真模型

3．6 本章小结

第四章 基于最小值原理等效燃油消耗最小能量管理控制策略

4．1 整车需求扭矩的定义

4．2 动态扭矩解耦算法设计

4．3 扭矩控制策略设计

4．3．1 纯电动驱动模式

4．3．2 发动机起动模式

4．3．3 混合动力驱动模式

4．4 基于最小值原理等效燃油消耗最小能量管理控制策略设计

4．4．1 发动机模型优化

4．4．2 油电转换系数

4．4．3 基于最小值原理等效燃油消耗最小能量管理控制策略的设计

4．5 等效燃油消耗最小实时优化能量管理控制策略设计

4．6 本章小结

第五章 等效燃油消耗最小实时优化能量管理控制策略验证

5．1 等效燃油消耗最小实时优化能量管理控制策略仿真

5．1．1 仿真结果分析

5．1．2 能量管理控制策略实车应用的实现

5．2 实车转毂验证

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 不足与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文