复合蓄能器液压混合动力系统匹配方法及控制策略研究

摘要

发展节能与新能源汽车是降低石油资源消耗与改善生态环境的重要途径之一，相比于混合动力电动汽车，液压混合动力汽车具有体积小重量轻，布局紧凑等优势，无需单独设置管理系统，降低了整车开发成本。液压混合动力汽车的蓄能器容积直接影响了再生制动系统的能量回收率和制动响应。目前传统的并联式液压混合动力汽车采用单个高压蓄能器，为保证制动能量回收能力一般选取容积较大的蓄能器，但在制动强度较大的工况下，大蓄能器制动响应慢，反而降低了制动能量回收能力。本课题提出基于复合蓄能器的并联式液压混合动力系统新构型，该构型既体现了小蓄能器制动响应快的特点，又发挥了大蓄能器回收能量多的优势，兼顾制动特性和能量回收率。本文研究的主要内容有：　　提出并设计基于复合蓄能器的并联式液压混合动力系统新构型，该构型主要由大容积高压蓄能器、小容积高压蓄能器、低压蓄能器、液压泵/马达以及一些阀体组成，液压系统的动力通过转矩耦合器与发动机动力相连。提出基于遗传算法的复合蓄能器参数的匹配方法。以回收能量最大为优化目标，同时考虑蓄能器的成本，对复合蓄能器初始容积和初始压力进行多目标优化。　　提出基于复合蓄能器的并联式液压混合动力汽车整车控制策略。根据具体行驶工况，确定大小蓄能器的工作时机，从而提高整车的制动性能和燃油经济性。在NEDC工况下，采用动态规划算法，求取复合蓄能器液压混合动力汽车转矩分配以及能量管理的最优控制序列，获得逻辑门限值控制策略的控制规则和逻辑门限，得到复合蓄能器工作时机的切换规律。　　建立基于复合蓄能器的并联式液压混合动力汽车的整车数学模型及仿真模型。分别对比装有不同初始容积和不同初始压力蓄能器的液压混合动力汽车的制动能量回收率，得到蓄能器初始容积和初始压力对制动能量回收率的影响规律。进行定制动强度和特定循环工况的仿真，验证整车控制策略的合理性并探明基于复合蓄能器的并联式液压混合动力系统的节能机理。　　设计基于复合蓄能器的并联式液压混合动力系统的试验台架，其液压系统主要由液压泵/马达系统、液压阀组系统以及液压泵站组成，对试验台的电控系统硬件进行选型，开发 LabView 测控系统，在原有的凯迈动力传动试验台基础上搭建基于复合蓄能器的并联式液压混合动力系统试验台。　　提出液压混合动力汽车元件在环台架试验新方法，在电力车辆传动试验台上实现液压混合动力汽车多模式工作(纯液压驱动、混合动力驱动、发动机独立驱动、再生制动和复合制动等)，开展定制动强度和NEDC城市循环工况台架试验，试验与仿真结果对比表明：该方法能准确模拟整车试验工况；试验过程中液压混合动力工作模式、大小蓄能器压力、发动机油耗与仿真结果基本一致。验证整车控制策略的控制效果和基于复合蓄能器的并联式液压混合动力系统的节能机理。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景和意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 液压混合动力汽车国内外研究现状

1.2.1 液压混合动力汽车国外研究现状

1.2.2 液压混合动力汽车国内研究现状

1.3 本文主要研究内容

1.4 本文主要研究方法

第2章 复合蓄能器构型设计与参数匹配

2.1 构型设计

2.1.1 传统并联式液压混合动力系统构型分析

2.1.2 基于复合蓄能器的液压混合动力系统构型设计

2.2 参数匹配

2.2.1 初始条件

2.2.2 液压泵/马达匹配

2.2.3 蓄能器匹配

2.3 复合蓄能器参数优化

2.3.1 遗传算法

2.3.2 基于遗传算法的复合蓄能器参数优化

2.4 本章小结

第3章 复合蓄能器液压混合动力汽车控制策略

3.1 工作模式分析

3.2 控制策略设计

3.2.1 状态转移方程建立

3.2.2 动态规划算法

3.2.3 逻辑门限值控制策略提取

3.3 本章小结

第4章 复合蓄能器液压混合动力汽车建模与仿真分析

4.1 复合蓄能器液压混合动力汽车模型建立

4.1.1 数学模型建立

4.1.2 仿真模型建立

4.2 仿真结果分析

4.2.1 制动能量回收率仿真分析

4.2.2 制动性能仿真分析

4.2.3 循环工况仿真分析

4.3 本章小结

第5章 复合蓄能器液压混动系统试验台设计与搭建

5.1 液压系统设计

5.1.1 液压泵/马达系统

5.1.2 液压阀组系统

5.1.3 液压泵站

5.2 电控系统硬件选型设计

5.2.1 液压泵/马达控制系统设置

5.2.2 三位四通电磁阀控制系统设置

5.2.3 数据采集设备

5.3 试验台搭建

5.4 LabView测控系统开发

5.5 本章小结

第6章 复合蓄能器液压混动系统试验研究

6.1 液压混合动力汽车元件在环台架试验方法

6.1.1 试验原理

6.1.2 试验方法误差分析

6.2 试验方案

6.2.1 制动性能对比试验方案

6.2.2 循环工况试验方案

6.3 试验分析

6.3.1 制动性能对比试验

6.3.2 循环工况试验

6.4 本章小结

结论

参考文献

附表 公式符号释义

攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢