桥间分配四驱混合动力电动汽车能耗优化控制策略研究

【摘要】：混合动力汽车整车能量管理控制策略，是混合动力汽车核心技术之一，长期以来作为混合动力技术研究的热点而受到广泛重视。本文基于桥间分配型四轮驱动混合动力电动汽车(A4WDHEV)，以降低能耗、提高燃油经济性为目标，对等效油耗最小控制策略(ECMS)进行了深入研究，从优化计算和行驶工况识别等方面对其进行了改进。 首先，分析了A4WDHEV的结构特点和车辆工作模式转换控制；应用理论建模与实验建模相结合的方法，建立了动力总成关键部件和整车系统仿真模型；设计了基于动态规划(DP)优化算法的车辆能量管理控制策略(DPCS)，通过仿真分析了车辆燃油经济性提高的效果，确定了理论上的车辆燃油经济性极限，为等效燃油消耗最小策略提供了改进的依据。 其次，介绍了等效油耗最小能量管理策略的基本理论；系统分析了该策略中等效系数的理论意义，以及基于电池荷电状态水平的等效油耗修正方法；设计了应用于A4WDHEV的ECMS策略；应用模式搜索和并行计算加快优化计算速度；多工况下的仿真结果表明，运用等效油耗最小策略的A4WDHEV相对仅用发动机的原型纯发动机车辆平均燃油节省率可达20%以上。 再次，分析了等效系数和维持电池荷电状态(SOC)平衡的修正方法对等效油耗最小策略控制效果的影响。以动态规划计算出的桥间分配四驱混合动力汽车最佳控制结果为基础，提出利用DIRECT算法优化求解具体工况下最优等效系数的方法。为使等效油耗最小策略在保持SOC平衡的同时兼顾燃油经济性最优，研究了基于SOC的修正函数的优化方法。在此基础上，提出了一种全局优化型等效油耗最小策略(GECMS)。多工况下的仿真结果表明，GECMS比原有ECMS的燃油经济性平均提升了6.8%。 然后，针对GECMS工况适应性不强的问题，提出了一种行驶工况自调整的等效油耗最小策略。以实车采集的广州典型行驶工况数据为例设计学习向量量化(LVQ)神经网络工况识别器，该识别器经过训练后实时工况识别准确率接近100%。将工况识别器引入GECMS后提出一种实际行驶路况自调整全局优化型等效油耗最小策略(AGECMS)。开发了一套用于横向对比DPCS、ECMS、GECMS和AGECMS的A4WDHEV能耗优化控制策略评估仿真软件，运用该软件进行的多工况仿真结果表明，AGECMS的平均燃油经济性在GECMS基础上进一步提高了2.76%，对比原有ECMS提高了9.5%。 最后，结合具体A4WDHEV乘用车(原车)实际开发项目，对GECMS策略控制效果进行了硬件在环仿真试验研究。根据GECMS方法原理对原车整车控制器(HCU)核心应用软件模块进行了修改实现。完成了硬件在环平台的调试。运用该平台进行了GECMS和原车策略的仿真对比试验。试验结果表明，在优化效果受到了原车HCU软件架构限制的情况下，GECMS燃油经济性比原车提高了3.83%。 【关键词】：混合动力电动汽车 等效油耗最小策略 优化控制 桥间分配 四轮驱动
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 绪论13-31
• 1.1 引言13
• 1.2 混合动力电动汽车结构13-19
• 1.2.1 混合动力电动汽车结构分类及特点13-16
• 1.2.2 四轮驱动混合动力汽车研究现状及结构16-19
• 1.3 混合动力电动汽车能量管理控制策略基本问题19-21
• 1.4 混合动力电动汽车能量管理控制策略概述21-28
• 1.4.1 基于推理分析的能量管理控制策略21-24
• 1.4.2 基于数值优化计算的能量管理控制策略24-27
• 1.4.3 驾驶工况识别与能量管理控制策略27-28
• 1.5 本文研究目的与意义28-29
• 1.6 本文的主要研究内容29-31
• 第二章 桥间分配四驱混合动力汽车建模及节油潜力分析31-61
• 2.1 引言31
• 2.2 车辆结构原理及特点31-33
• 2.2.1 车辆结构及特点31-33
• 2.2.2 车辆结构对控制策略开发的影响33
• 2.3 车辆工作模式及转换控制33-36
• 2.4 动力部件与车辆系统仿真建模36-47
• 2.4.1 发动机模型37-40
• 2.4.2 电机系统模型40-43
• 2.4.3 动力电池模型43-46
• 2.4.4 整车性能仿真模型46-47
• 2.5 车辆节油潜力分析47-59
• 2.5.1 A4WDHEV 能量管理控制策略一般方程48
• 2.5.2 动态规划优化算法48-50
• 2.5.3 基于动态规划的 A4WDHEV 能量管理优化控制策略50-54
• 2.5.4 仿真实验与结果分析54-59
• 2.6 本章小结59-61
• 第三章 A4WDHEV 等效油耗最小能量管理策略研究61-81
• 3.1 引言61
• 3.2 等效油耗最小策略基本原理61-70
• 3.2.1 等效油耗最小方法原理61-64
• 3.2.2 油电等效系数64-68
• 3.2.3 基于 SOC 水平的等效油耗修正68-70
• 3.2.4 换挡策略优化70
• 3.3 等效油耗最小策略数值计算方法70-76
• 3.3.1 ECMS 优化算法及仿真流程70-72
• 3.3.2 A4WDHEV 车辆的 ECMS 实现72-75
• 3.3.3 计算效率75-76
• 3.4 仿真实验及结果分析76-80
• 3.5 本章小结80-81
• 第四章 基于全局优化改进的等效油耗最小策略研究81-106
• 4.1 引言81
• 4.2 等效系数和 SOC 修正对 ECMS 的影响81-86
• 4.2.1 等效系数作用机理及影响81-85
• 4.2.2 基于 SOC 的修正影响85-86
• 4.3 DP 全局优化策略与 ECMS 的联系86-88
• 4.3.1 行驶工况的联系86-87
• 4.3.2 优化可行域的联系87-88
• 4.4 基于 DP 的等效系数优化88-94
• 4.4.1 优化的目标函数88-89
• 4.4.2 DIRECT 优化求解89-91
• 4.4.3 等效系数优化结果及分析91-94
• 4.5 基于 DP 的 SOC 修正方法优化94-99
• 4.5.1 SOC 修正方法优化方法95-96
• 4.5.2 SOC 修正优化实施办法及流程96-98
• 4.5.3 修正函数优化结果98-99
• 4.6 改进的最小等效油耗策略仿真结果及分析99-104
• 4.7 本章小结104-106
• 第五章 基于工况识别的自调整能量管理策略研究106-127
• 5.1 引言106
• 5.2 行驶工况与能量管理控制策略106-107
• 5.3 行驶工况识别107-116
• 5.3.1 工况识别原理与流程107-108
• 5.3.2 代表工况108-110
• 5.3.3 工况特征参数分析和选择110-114
• 5.3.4 识别模型的建模与训练114-116
• 5.4 基于工况识别的 AGECMS116-126
• 5.4.1 方法原理116-117
• 5.4.2 A4WDHEV 能量管理控制策略优化与仿真软件设计117-118
• 5.4.3 仿真试验及结果分析118-126
• 5.5 本章小结126-127
• 第六章 GECMS 策略硬件在环仿真试验研究127-144
• 6.1 引言127
• 6.2 GECMS 策略 HCU 软件实现127-131
• 6.2.1 HCU 应用软件修改127-129
• 6.2.2 HCU 软件代码自动生成129-130
• 6.2.3 调试标定环境130-131
• 6.3 硬件在环仿真平台开发131-135
• 6.3.1 硬件在环测试系统的主要功能131-132
• 6.3.2 硬件在环平台系统132-134
• 6.3.3 车辆模型134
• 6.3.4 上位机监控调试134-135
• 6.4 GECMS 策略硬件在环试验及分析135-143
• 6.4.1 GECMS 策略硬件在环测试135-140
• 6.4.2 GECMS 与原车策略 HIL 试验对比分析140-143
• 6.5 本章小结143-144
• 结论144-147
• 参考文献147-160
• 攻读博士学位期间取得的研究成果160-161
• 致谢161-162
• 附件162

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