基于CVT的插电式混合动力汽车控制策略和构型优化研究

摘要

面对日益严峻的环境问题，新能源汽车成为今后汽车发展的主要方向。其中，插电式混合动力汽车（Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV，）可通过外接电网充电，既可以提升续驶里程，又可以降低燃油消耗，综合了纯电动汽车和传统混合动力汽车的优点，是当前技术水平下，新能源汽车发展领域重点研究的内容之一。在此背景下，对插电式混合动力汽车开展控制策略研究和混合动力构型优化设计研究是十分有必要的。本文依托国家重点研发计划子课题“插电/增程式混合动力系统多物理场耦合机理与构型优化方法研究及软件工具开发”，围绕某公司的一款搭载CVT的单电机单行星排构型的插电式混合动力汽车开展了如下研究工作：　　（1）根据实验数据，依次建立发动机模型、电机模型和电池模型；在对该插电式混合动力系统结构和驱动模式分析基础上，建立了不同驱动模式下的整车动力学模型，并搭建整车仿真模型；根据整车工作模式，以需求转矩和SOC为模式切换条件，制定了基于逻辑门限值的整车能量管理策略。　　（2）基于主成分分析法优选出9个可以尽可能保留工况信息的工况特征参数用于工况识别；对已有典型循环工况采用复合等分法构建工况识别库；采用泛化回归神经网络搭建工况识别器，构建综合测试工况并对工况识别结果进行分析。建立基于工况识别的整车能量管理策略。基于Matlab对两种能量管理策略进行对比仿真分析，结果表明所提出的能量管理策略可以使整车经济性提升6.46%。　　（3）根据国标制定适应度函数统一整车电耗和油耗；以系统效率最优为目标制定不同模式下的换挡规律；基于等比级数法初步划分档位后，采用遗传算法对不同驱动模式下的档位数和各档位速比同时进行优化，得到了不同驱动模式下的CVT分级优化速比。仿真结果表明基于所提出的CVT速比分级控制策略可使整车能耗降低1.07%。　　（4）为进一步提升单电机混合动力汽车的综合行驶性能，提出一种单电机双行星排混合动力系统构型方案。采用一种表征动力源部件与行星排节点之间约束关系的拓扑设计方法，对所有可行的备选构型进行系统探索，并自动获得了所有备选构型的动力学关系。基于动态规划算法制定全局最优控制策略对备选构型的燃油经济性与动力性能进行了仿真测试，筛选得到了综合性能优异的单电机双行星排混合动力系统构型，相对于原有构型该构型可使整车能耗降低11.26%。

目录

1 绪论

1.1 本文研究背景及意义

1.2.1 插电式混合动力系统分类

1.2.2 国外发展现状

1.2.3 国内发展现状

1.3 插电式混合动力汽车控制策略研究现状

1.3.1 插电式混合动力汽车能量管理研究现状

1.3.2 插电式混合动力汽车CVT速比控制研究现状

1.4 混合动力构型优化研究现状

1.5 本文研究内容

2 插电式混合动力汽车系统部件建模

2.1 引言

2.2.1 插电式混合动力汽车构型方案

2.2.2 转速/转矩耦合机理

2.2.3 整车参数

2.3混合动力系统主要部件建模

2.3.1 发动机模型

2.3.2 电机模型

2.3.3 动力电池模型

2.3.4 整车动力学模型

2.4 插电式混合动力汽车不同模式下动力学建模

2.4.1 纯电动驱动模式1

2.4.2 纯电动驱动模式2

2.4.3 发动机单独驱动模式

2.4.4 转速耦合驱动模式

2.4.5 转矩耦合驱动模式

2.5 基于规则的能量管理策略

2.6 本章小结

3 工况特征参数优选与工况识别能量管理策略

3.1 引言

3.2 工况识别特征参数优选

3.2.1 主成分分析法

3.2.2 典型循环工况选取

3.2.3 工况识别特征参数选取

3.3 基于泛化回归神经网络的工况识别

3.3.1 GRNN学习算法

3.3.2 工况识别器的构建和性能评价

3.3.3 工况识别结果分析

3.4.1 基于工况识别的能量管理策略控制理论

3.4.2 仿真结果对比与分析

3.5 本章小结

4. 基于遗传算法的CVT速比分级控制策略

4.1 引言

4.2.1 CVT带轮运动关系

4.2.2 CVT液压系统流量与功率特性

4.3 遗传算法

4.3.1 遗传算法原理

4.3.2 适应度函数设计

4.4 基于等比级数的CVT速比初步分级

4.5 不同工作模式下速比分级优化

4.5.1 纯电动模式1下速比分级优化

4.5.2 纯电动模式2下速比分级优化

4.5.3 发动机单独驱动模式下速比分级优化

4.5.4 转速耦和模式下速比分级优化

4.5.5 转矩耦合模式下速比分级优化

4.6 仿真对比分析

4.7 本章小结

5 插电式混合动力系统构形优化设计

5.1 引言

5.2 基础构型方案

5.3 驱动模式建模

5.4 模式筛选与分类

5.5 模式组合与构型生成

5.6 控制策略制定和构型优选

5.6.1 控制策略

5.6.2 性能仿真

5.7 仿真结果与分析

5.8 本章小结

6 全文总结

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录

C. 作者在攻读学位期间参加的科研项目

D 学位论文数据集

致谢