基于瞬时优化的混合动力汽车控制策略研究

【摘要】： 混合动力汽车在传统汽车驱动系统基础上增加一套电驱动系统,为提高燃油经济性和降低尾气排放提供了广阔的整车设计和控制空间,是当前新能源汽车技术中最具产业化前景的技术。本文以国家“863”电动汽车重大专项为依托,对混合动力汽车开发中的行驶工况、参数匹配与优化和控制策略设计与优化等关键技术环节,以及这些环节之间的相互影响与作用进行研究。 汽车混合动力化使汽车具有提高燃油经济性和降低尾气排放的潜力,但是其节能和降低排放潜力的发挥相对于传统汽车则更加依赖于目标行驶工况的选取,总成参数的匹配与优化,以及能量管理控制策略的设计与参数优化。混合动力汽车技术这3个环节的相互关系,以及如何对各技术环节对整车性能的影响进行独立客观地评价,是认识混合动力汽车节能机理的本质和发挥其节能和降低排放的重要途径,这是本文的主要研究方向,也是本文的主要创新点。 本文提出一个以基于瞬时等效油耗最低控制策略(ECMS, Instantaneous Equivalent Consumption Minimization Strategy)的瞬时优化控制策略为核心的系统研究方法,对混合动力汽车参数匹配方案的节能潜力和控制策略对参数匹配方案节能潜力的发挥程度进行研究,并根据获得的瞬时优化控制策略的控制规则建立新的实时控制策略。 首先,以瞬时优化控制策略为评价策略,获得参数匹配方案在目标行驶工况下的最高燃油经济性,将其作为该参数匹配方案在目标行驶工况下能够获得的节能潜力。然后,对相同的目标行驶工况和参数匹配方案采用逻辑门限控制策略,研究采用逻辑门限控制策略能够获得的最佳燃油经济性,将其作为控制策略对参数匹配方案节能潜力的发挥,即以参数匹配方案节能潜力发挥度对控制策略的控制效能进行评价。最后,根据获得的瞬时优化控制策略的控制规则开发一种新的能够应用于实车控制的实时控制策略,并对其控制效能进行验证。 本文的研究内容是混合动力汽车理论研究和方案设计的重要理论基础,对认识混合动力汽车技术的机理,发挥混合动力汽车的技术优势,将会具有重要的指导意义。 【关键词】：混合动力汽车 控制策略 瞬时优化 节能潜力
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 内容提要6-16
• 第1章 绪论16-28
• 1.1 混合动力技术发展背景及趋势16-17
• 1.2 混合动力汽车技术的关键内容和难点17-25
• 1.2.1 混合动力汽车结构型式类型17-19
• 1.2.2 行驶工况19-21
• 1.2.3 动力总成参数匹配21-22
• 1.2.4 混合动力汽车能量管理控制策略22-25
• 1.3 本文基本思路和主要研究内容25-28
• 第2章 混合动力汽车效率特性分析28-38
• 2.1 整车动力学模型28-30
• 2.2 各总成能量消耗分析模型30-32
• 2.2.1 发动机效率特性30
• 2.2.2 电机效率特性30-31
• 2.2.3 电池效率特性31
• 2.2.4 传动机构效率特性31-32
• 2.3 典型工作模式能量传递及效率分析32-37
• 2.3.1 发动机单独驱动工作模式33
• 2.3.2 电机单独驱动工作模式33-34
• 2.3.3 发动机单独驱动并发电工作模式34-35
• 2.3.4 联合驱动工作模式35-36
• 2.3.5 再生制动工作模式36-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第3章 瞬时优化控制策略研究38-64
• 3.1 瞬时优化控制策略38-39
• 3.2 整车瞬时燃油消耗量函数的建立39-58
• 3.2.1 电池电能瞬时等效油耗的定义39-40
• 3.2.2 电池电能瞬时等效油耗的研究现状40-44
• 3.2.3 电池电能瞬时等效油耗的计算44-52
• 3.2.4 电池SOC 维持策略52-55
• 3.2.5 再生制动回收能量的修正55-56
• 3.2.6 瞬时优化控制策略算法目标函数56-58
• 3.3 ECMS 的算法实现与验证58-62
• 3.3.1 ECMS 的算法实现58-60
• 3.3.2 ECMS 算法验证60-61
• 3.3.3 确定ECMS 算法控制参数的取值范围61-62
• 3.4 本章小结62-64
• 第4章 基于瞬时优化的节能潜力计算64-77
• 4.1 ADVISOR 与modeFRonTIER 联合仿真平台64-68
• 4.1.1 ADVISOR 和modeFRonTIER 简介64-65
• 4.1.2 modeFRonTIER 的DOE 方法和优化算法65-66
• 4.1.3 modeFRonTIER 与ADVISOR 的集成66-68
• 4.2 整车性能指标及总成特性68-71
• 4.2.1 动力总成结构、整车参数和设计指标68-69
• 4.2.2 所采用总成的效率特性69-71
• 4.3 节能潜力优化计算71-73
• 4.3.1 节能潜力优化计算问题表述71-72
• 4.3.2 节能潜力优化计算问题的modeFRonTIER 实现72-73
• 4.4 参数匹配方案节能潜力优化结果分析73-76
• 4.4.1 优化结果分析73-75
• 4.4.2 经济性分析75-76
• 4.5 本章小结76-77
• 第5章 基于瞬时优化的控制策略评价研究77-84
• 5.1 基于规则的逻辑门限控制策略77-78
• 5.1.1 逻辑门限控制策略的控制原理77-78
• 5.1.2 控制策略的控制参数78
• 5.2 控制参数优化78-83
• 5.2.1 控制参数优化问题表述78-79
• 5.2.2 控制参数优化问题的 modeFRonTIER 实现79-80
• 5.2.3 优化结果分析80-82
• 5.2.4 控制策略控制效能的客观评价82-83
• 5.3 本章小结83-84
• 第6章 基于瞬时优化的实时控制策略开发84-95
• 6.1 基于瞬时优化的实时控制策略的建立84-90
• 6.1.1 瞬时优化控制策略最优控制规则的获取84-88
• 6.1.2 依据SOC 对最优控制规则的修正88-90
• 6.2 所开发控制策略控制效能验证90-92
• 6.3 所开发控制策略实际应用问题研究92-94
• 6.4 本章小结94-95
• 第7章 混合动力汽车控制策略的试验验证研究95-106
• 7.1 控制策略台架验证试验95-96
• 7.1.1 试验目的与试验内容95
• 7.1.2 试验设备95-96
• 7.2 试验结果与分析96-105
• 7.3 本章小结105-106
• 第8章 全文总结与研究展望106-109
• 8.1 全文总结106-107
• 8.2 论文创新点107-108
• 8.3 研究展望108-109
• 参考文献109-115
• 攻读学位期间发表的论文及科研工作115-116
• 致谢116-117
• 摘要117-119
• ABSTRACT119-121

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