并联型重载混合动力汽车建模与能量管理策略研究

发布时间：2020-07-07 23:48

【摘要】：为了解决日益严峻的能源紧缺和环境污染问题,兼具了内燃机汽车和纯电动汽车优势的混合动力汽车逐渐成为人们关注的焦点。在开发混合动力汽车的过程中,如何准确建立汽车的数学模型并设计合理的能量管理策略是至关重要的。本文以提升汽车燃油经济性为设计目标,以装备新型动力耦合机构的重载混合动力汽车为研究对象,开展了对系统建模以及能量管理策略的研究,论文的主要内容有:首先,在MATLAB/Simulink平台中建立了混合动力汽车模型。以搭载了新型动力耦合装置的混合动力汽车为对象,在分析了其结构组成及工作特性的基础上,主要采用基于实验数据的建模方法,利用各部件的万有特性曲线和工作特性曲线对汽车动力系统建立仿真模型,包括整车模型、发动机模型、电机模型、电池模型、自动变速箱模型和驾驶员模型等。其次,设计了基于逻辑门限值的能量管理策略。以实现车辆燃油消耗最小为目标,选取发动机转矩及限制曲线、电池荷电状态及其上下限和车辆需求转矩作为逻辑门限值参数。通过对发动机和电池最优工作区间的划分以及对混合动力汽车工作模式的判断,分析了不同工作模式的能量流动方向和能量分配规则,并在Stateflow中搭建基于逻辑门限值的控制器模型。结合前面建立的汽车各部件模型和所设计的控制器模型对混合动力汽车进行仿真实验,仿真结果验证了本文基于新型混合动力传动结构所设计的能量管理策略的有效性。再次,设计了基于动态规划算法的能量管理策略。将混合动力汽车两种动力源之间能量分配的多阶段决策问题转化为在一定约束条件下燃油消耗量最小的多个单阶段决策问题,并使用动态规划算法进行求解。基于动态规划算法分析了寻找最优转矩分配策略的过程,基于车辆燃油消耗量函数和电池荷电状态惩罚函数建立了系统的目标函数。在约束条件下借助动态规划算法进行求解,得到了在特定工况下车辆的最佳理论燃油经济性和系统能量分配的最优控制律。最后,设计了基于模糊逻辑算法的能量管理策略,使用双模糊控制器对系统的能量进行合理分配。根据模糊控制器的原理及混合动力汽车的能量分配问题,确定了分别以车辆需求转矩和电池荷电状态、油门开度及其变化率作为双模糊控制器的输入变量,通过对模糊控制器输出进行参数修正得到发动机的输出转矩系数。根据逻辑门限值和动态规划能量管理策略及其仿真结果建立规则库,然后使用Fuzzy工具箱建立模糊控制器并对混合动力汽车进行仿真。通过对本文设计的三种不同的能量管策略仿真结果的对比分析,说明了本文所设计的基于模糊逻辑算法的能量管理策略有效的降低了混合动力汽车的油耗,同时在仿真过程中很好的保证了电池核电状态的稳定。
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.7
【图文】：

混合动力汽车,串联型

的最佳选择[11]。混合动力汽车的分类混合动力汽车是指具有两种或两种以上动力源的汽车，大部分混合动力汽车发动机作为主动力源，由电机供应剩余动力，通过降低发动机燃油消耗、限作区间和回收制动能量的思想，达到节能减排的目标[12]。对于不同结构的混车，其动力特性和驾驶性能有很大差别，为了有针对性的进行混合动力汽车开根据汽车动力总成结构不同，可以将现有混合动力汽车分为串联型、并联型[13-14]。1.2.1 串联型混合动力汽车在串联型混合动力汽车中，发动机、发电机和电机是用串联方式进行连接，图 1-2 所示[15]。

混合动力汽车,并联型

机所产生的电能可以提供给电机使用或者通过电能控制器传输给电与车辆传动轴之间无机械连接，可以使控制发动机变得简单化，保证保持在稳定、高效状态，达到降低燃油消耗的目的。然而，由于各动传输时，中间过程过多，最终会导致较大的能量损失[16]。.2 并联型混合动力汽车并联型混合动力汽车中，发动机和电机通过行星齿轮排和离合器实现车辆驱动轴进行连接，其结构简图如图 1-3 所示[17]。并联型混合动力动机和电机额定功率一般较小，通过发动机和电机的并联来确保车辆要用来提供辅助动力，从而保证发动机能够长期在低能耗区间运行。率较小时，可由电机单独提供动力，或发动机工作在高效率区间，多池充电。当车辆需求转矩较大时，可以根据车速、电池荷电状态（State C ）对发动机和电机进行动力分配，由发动机和电机共同驱动车辆行

混合动力汽车,混联,能量管理策略

图 1-4 混联型混合动力汽车串联型混合动力汽车传输环节多，能量损失较大，同时能量利用率力汽车结构复杂，对三种动力源进行能量分配的难度较大，且开发选用并联型混合动力汽车作为研究对象，对其展开建模及能量管理合动力汽车能量管理策略的研究现状适应汽车在不同工况下的需求，人们设计出了多种结构的混合动力论混合动力汽车的结构如何，都务必要有一套合理的能量管理策略与适的算法规则对混合动力汽车的各能量源进行动力分配，实现降低升动力性能的目标。针对不同行驶工况和不同结构的混合动力汽车实可行的能量管理策略是当前研究混合动力汽车的关键技术之一[24.1 基于逻辑门限值的能量管理策略

【参考文献】