轻度混合动力系统能量管理控制策略研究

发布时间：2020-08-31 10:57

　　 随着汽车保有量的逐年增长,传统动力汽车带来的能源紧缺和环境污染问题变得日益严峻,面对为此出台的车辆油耗排放法规以及纯电动汽车存在的局限性,同时具备传统动力汽车和纯电动汽车优点的混合动力汽车应运而生。而轻度混合动力汽车(Mild Hybrid Electric Vehicle,简称MHEV)由于其对车辆原有动力系统改动小、成本低、生产周期短、便于量产等优点而备受关注。本文以某款搭载涡轮增压发动机的传统动力汽车为研究对象,为其开发轻度混合动力系统,针对能量管理控制策略及考虑涡轮增压发动机响应的策略优化问题展开研究,并搭建了整车仿真分析平台和台架试验平台,对所设计的控制策略加以验证,具体研究内容如下:首先,针对目标车型对轻度混合动力系统构型进行设计,对动力系统关键部件进行选型和参数匹配,包括选取起动/发电一体化电机类型及确定其峰值转矩、峰值功率、最高工作转速等电机参数;选取动力电池类型及确定动力电池组额定电压、容量、单体电池串并联个数等动力电池组参数。第二,使用GT-SUITE软件和Matlab/Simulink软件联合搭建轻度混合动力系统前向仿真分析平台,建立包括发动机、电机、动力电池组、传动系、驾驶员、整车纵向动力学等模型,为后续的仿真研究奠定基础。第三,选取基于最小等效燃油消耗量(Equivalent Consumption Minimization Strategy,简称ECMS)的瞬时优化方法制定能量管理控制策略。在制定控制策略过程中,根据电能流动方向的不同,分别建立电能未来补充模型和电能未来消耗模型,通过定义等效因子、动力电池组荷电状态(State of Charge,简称SOC)补偿、再生制动修正以及相应的推导,确定动力系统等效燃油消耗率为目标函数,根据约束条件进行寻优计算得到发动机和电机的能量分配关系。将该控制策略编写入整车模型并与原传统动力汽车整车模型、未采用该控制策略(仅有自动怠速起停和再生制动功能)的MHEV整车模型进行对比仿真分析,仿真结果证明了该控制策略的节油有效性。最后,考虑涡轮增压发动机响应对整车动力性和燃油经济性的影响,在原有能量管理控制策略的基础上,进行电机动力补偿策略设计。在制定补偿策略过程中,根据发动机和电机总需求输出动力和总实际输出动力的差值、电机动力补偿极限以及动力电池组SOC,并通过对电机设置允许可补偿系数和SOC补偿系数来确定电机动力补偿量。在不同电机允许可补偿系数下,对整车动力性进行仿真分析,仿真结果表明,该补偿策略可以有效提升整车动力,且不同电机允许可补偿系数的动力提升效果不同;针对整车燃油经济性,通过搭建轻度混合动力系统性能试验台架进行试验验证分析,试验结果表明,该补偿策略能够降低整车油耗,且不同电机允许可补偿系数的节油效果不同。本研究对于轻度混合动力系统能量管理控制策略的开发及优化具有一定的参考应用价值,对轻度混合动力汽车的推广起到积极的作用。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U469.7
【部分图文】：

图 1.7 本田第二代 Insight 车型图 1.9 吉利博瑞 GE图 1.8 本田第五代 IMA 混合动力系统图 1.10 吉利博瑞 GE 动力系统

图 1.7 本田第二代 Insight 车型图 1.9 吉利博瑞 GE图 1.8 本田第五代 IMA 混合动力系统图 1.10 吉利博瑞 GE 动力系统

吉利博瑞GE

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本文编号：2808705