双电机构型电动汽车的能量管理策略研究

发布时间：2020-09-28 07:51

　　随着能源短缺与环境污染问题的日益加重,纯电动汽车凭借其零油耗、零污染、零排放等优点引起人们广泛的关注。由于传统单电机构型纯电动汽车在低负荷工况下,电机工作效率低,引起整车能耗增加。而且对于匹配机械式自动变速器的驱动电机,在换挡过程在存在动力中断问题。本文提出了两种节能潜力大、可以避免换挡动力中断问题的电动汽车双电机构型驱动系统。本文从下述几个方面开展了研究工作:(1)传动系统变速器参数优化。通过给定的整车参数、电池及驱动电机的相关参数,在满足整车的动力性要求的同时尽可能提高整车的经济性,基于Matlab/Simulink平台搭建车辆模型,使用动态规划算法对变速器的挡位数与速比进行离线优化,确定变速器的最佳参数。(2)提出了两种电动汽车双电机构型驱动系统,并制定了基于规则的控制策略。传统单电机构型驱动系统在低负荷工况下存在能量消耗高的问题,通过分析后提出两种电动汽车双电机构型驱动系统。分析典型循环工况的特点及整车动力性要求,对驱动电机参数进行了匹配,并结合驱动电机的性能参数与效率特点,制订了基于规则的能量管理策略,即确定了变速器的换挡控制策略与扭矩分配控制策略,最后在多种循环工况下对能耗进行仿真计算,分析了双电机构型驱动系统的节能机理。(3)使用动态规划算法对双电机构型驱动系统的控制策略进行离线优化,进一步降低整车的能量消耗。以电池荷电状态(SOC:State of Charge)为状态变量,以双电机扭矩分配比例和变速器挡位为控制变量,以实现系统消耗电量最小为目标,基于Matlab/Simulink平台搭建了动态规划算法优化模型,对基于规则的能量管理策略进行了离线优化,在不同循环工况下使用优化后的控制策略进行能耗仿真计算,结果表明优化后的控制策略经济性得到进一步提升。(4)验证了基于规则能量管理策略的可靠性。基于Matlab/Simulink软件平台搭建了整车模型与控制策略模型,并基于dSPACE搭建了硬件在环实验台(HIL:Hardware-in-the-loop),通过在线实时仿真验证了优化后基于规则控制策略的可靠性。
【学位单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U469.72
【文章目录】：
摘要
Abstract
物理量名称及符号表
第1章绪论
    1.1 论文研究背景
        1.1.1 国外电动汽车发展现状
        1.1.2 国内电动汽车发展现状
    1.2 电动汽车驱动系统研究现状
        1.2.1 传统电动汽车驱动系统
        1.2.2 新型双电机构型电动汽车国内外研究现状
    1.3 多动力源驱动系统能量管理策略研究现状
    1.4 本文主要内容
第2章电动汽车变速器参数设计与优化
    2.1 纯电动汽车动力传动系统结构
    2.2 纯电动车仿真模型建立
        2.2.1 整车模型
        2.2.2 电池模型
        2.2.3 电机模型
    2.3 AMT传动比范围确定
        2.3.1 约束条件的设计
        2.3.2 最大速比的范围确定
        2.3.3 最小速比的范围确定
    2.4 动态规划算法优化
    2.5 仿真及结果分析
    2.6 小结
第3章双电机构型驱动系统控制策略研究
    3.1 双电机构型结构设计
        3.1.1 双电机构型Ⅰ结构设计
        3.1.2 双电机构型Ⅱ结构设计
    3.2 双电机构型参数设计
        3.2.1 双电机构型Ⅰ参数设计
        3.2.2 双电机构型Ⅱ参数设计
    3.3 基于规则的整车控制策略设计
        3.3.1 双电机构型Ⅰ基于规则的控制策略
        3.3.2 双电机构型Ⅱ基于规则的控制策略
    3.4 仿真及结果分析
        3.4.1 整车模型与控制策略搭建
        3.4.2 经济性仿真结果分析
    3.5 小结
第4章动态规划算法优化基于规则的控制策略
    4.1 基于规则的能量管理策略动态规划问题分析
        4.1.1 离散化处理
        4.1.2 系统状态函数确定
        4.1.3 代价函数确定
        4.1.4 边界约束
        4.1.5 动态规划算法求解
    4.2 动态规划算法优化基于规则的控制策略
        4.2.1 转矩分配比例优化
        4.2.2 变速器换挡控制策略的优化
    4.3 仿真及结果分析
        4.3.1 双电机构型Ⅰ仿真结果分析
        4.3.2 双电机构型Ⅱ仿真结果分析
    4.4 小结
第5章 dSPACE硬件在环实验台及仿真
    5.1 dSPACE硬件在环方案设计
    5.2 dSPACE硬件在环实验台设计
        5.2.0 实验平台搭建
        5.2.1 dSPACE整车模型建立
        5.2.2 VCU控制策略模型建立
    5.3 硬件在环仿真及结果
        5.3.1 循环工况仿真试验
        5.3.2 经济性仿真试验
    5.4 小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术成果
致谢

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