双行星混联式客车的能量管理与模式切换协调控制研究

发布时间：2020-10-23 06:20

　　 随着我国工业制造技术的不断提高,混合动力公路客车已逐渐向市场投放运营并得到积极反馈。其具有的大容量、低油耗、良好平顺性及高动力性等优势可满足客车市场的用户需求,是打造绿色出行过程中极为重要的一环。本论文结合某企业合作项目,以某款双行星混联式公路客车为研究对象,开展能量管理与模式切换协调控制的相关研究工作。首先,针对双行星混联式客车的构型设计,本文提出了一套综合考虑多因素的参数匹配方法,根据最高车速、加速时间和最大爬坡度性能等动力性需求,和典型行驶工况中再生制动的能量需求,以发动机最优控制策略为匹配原则,分别对带离合器的双行星混联式构型的发动机、电动机、电池组等动力部件进行参数匹配,以整车传动系统综合平均效率最优为原则,采用参数遍历的方法(也即穷举法)对行星排特征参数、主减速比、轮胎滚动半径等参数进行选择,并利用仿真平台Cruise搭建整车模型、Matlab/Simulink搭建发动机最优控制策略模型进行联合仿真,验证构型的动力性和燃油经济性。其次,为进一步弥补基于发动机最优控制策略的参数匹配仅能实现发动机效率最优的不足,本文考虑传动效率对系统综合效率的影响,利用遗传算法,对影响动力系统不同工况下整体效率的分离因子进行寻优,找到能够使动力系统效率到达较高水平的分离因子最优值,对各部件进行有效控制,提出一种基于遗传算法的瞬时最优能量管理策略,并在仿真平台中与发动机最优能量管理策略控制效果进行对比分析。最后,为探究公路客车模式切换过程中冲击度产生的机理,本文针对带湿式离合器的双行星混联客车的动力系统进行动力学分析,建立整车动力学模型,分析湿式离合器接合过程中的传递转矩,对纯电动模式向混合动力模式的切换、以及混合动力模式向发动机直驱模式的切换,分别制定不同的模式切换协调控制策略。当系统由纯电动模式切换至混合动力模式时,采用动力源轨迹优化协调控制方法,限制双电机转矩变化速率;当系统由混合动力模式切换至发动机直驱模式时,应用模型预测控制(MPC)原理研究锁止离合器接合过程的模型预测控制问题,根据模式切换前后的系统动力学方程,建立系统预测状态方程,求解多目标开环优化问题,并利用Cruise和Matlab/Simulink联合仿真平台对提出的协调控制策略进行验证。各项仿真结果表明,对双行星混联式客车动力系统的参数匹配结果在满足动力性指标的基础上,能够在法规要求的C-WTVC工况下实现20.5%的综合油耗节油率;基于遗传算法的瞬时最优能量管理策略相较于发动机最优控制策略在C-WTVC工况下的综合油耗减小了0.39L/100km,综合油耗降低了2.2%;根据典型模式切换过程制定的两种协调控制策略能够有效保证动力系统输出转矩的平稳变化,系统冲击度分别被控制在5m/s~3和10m/s~3以内,提高了车辆的行驶平顺性。综上所述,本文提出的双行星混联式客车构型的参数匹配、能量管理策略、以及模式切换协调控制的制定,为实车的开发与市场投放奠定了良好基础,并且对于当前研究现状也具有一定的学术参考价值。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U469.1
【部分图文】：

而且已有大量实车产品投放入市场。如图1.1 所示，近十年来我国新能源汽车的销量呈现出快速增长的趋势，到 2020 年，我国新能源汽车的总销量将预计达到 210 万辆[3]。可以预见，新能源汽车的销量在未来将进一步扩大市场占有率。图 1.1 我国新能源汽车预计销量(万辆) 图 1.2 16年新能源汽车销量构成根据进一步统计，在2016年我国销售的52万辆新能源汽车中，新能源轿车占比最大（67%），是新能源汽车产销的主力军。然而新能源客车也不容忽视，占2016年新能源汽车销量的23%，如图1.2所示。在所销售的12万辆新能源客车中

图 1.1 我国新能源汽车预计销量(万辆) 图 1.2 16年新能源汽车销量构成根据进一步统计，在2016年我国销售的52万辆新能源汽车中，新能源轿车占比最大（67%），是新能源汽车产销的主力军。然而新能源客车也不容忽视，占201年新能源汽车销量的23%，如图1.2所示。在所销售的12万辆新能源客车中，混合

当前应用在市场上的混合动力客车构型主要为并联式与混联式。其中，并联式多采用单轴并联构型和双轴并联构型，如图1.3所示；混联式多采用开关混联构型和行星混联构型，如图1.4所示。单轴并联构型与双轴并联构型的最大区别在于发动机与电动机之间的连接布置方式不同；开关混联构型中串并联模式的切换主要通过离合器的接合分离来实现，而在行星混联构型中，串联分支与并联分支始终处于工作状态，通过行星排实现功率分流与无极变速的功能[14-17]。
【参考文献】

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本文编号：2852660