低温条件下Plug-in柴电混合动力汽车综合优化控制策略研究

发布时间：2017-09-22 03:06

  本文关键词：低温条件下Plug-in柴电混合动力汽车综合优化控制策略研究

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【摘要】：随着环境污染的加剧,能源危机突显,为寻求汽车燃油消耗与排放之间最优的成本效益平衡,汽车行业面临着巨大的挑战。插电式混合动力汽车(Plug-in Hybrid Electric Vehicles,PHEV)依靠较高的电池储能和外接充电装置可以有效地减少整车燃油消耗,降低整车有害气体的排放,已成为国家实现车辆节能减排的重要技术手段之一。作为插电式混合动力汽车的关键技术之一,整车能量管理策略优化分配发动机和电机之间的功率或转矩,从而实现油耗与排放的综合优化控制。在寒冷环境下,环境温度不仅影响电池寿命和充放电能力,而且也严重影响着柴油机后处理系统转化效率,即选择性催化还原催化器(selective catalytic reduction,SCR)对氮氧化物的吸收与转化。因此考虑温度对整车性能的影响,研究低温环境下Plug-in柴电混合动力汽车综合优化控制具有重要的意义。本文以某Plug-in柴电混合动力汽车为研究对象,考虑低温因素以降低整车油耗和NOx排放量为研究目标,设计与研究了Plug-in柴电混合动力汽车综合优化控制策略,本文主要研究内容如下:(1)通过台架试验数据和数值计算方法,在Matlab/Simulink软件下搭建了Plug-in柴电混合动力汽车动力系统主要部件模型,包括发动机模型、电机模型、电池模型、SCR动力学模型、模糊控制驾驶员模型以及整车动力学模型,以此为整车能量管理策略的设计与验证提供了仿真平台。(2)根据PHEV的工作模式,即电量消耗(Charge Depletion,CD)和电量保持模式(Charge Sustaining,CS),建立了基于规则的逻辑门限值控制策略,制定了各个模式之间的转换规则,并通过仿真验证了所建立的CD-CS规则控制策略的正确性。(3)依据庞特里亚金极小值原理(Pontryagin’s minimum principle,PMP),建立电池荷电状态(state of charge,SOC)、电池温度和SCR催化器温度三状态变量的最短时间优化控制策略和以降低油耗与NOx排放量为优化目标的包含发动机优化起停的Plug-in柴电混合动力汽车油耗与排放最优控制策略。针对建立的优化控制策略进行仿真分析,其结果表明,在低温条件下基于最短时间与最少燃料优化方法的Plug-in柴电混合动力汽车油耗与排放最优控制策略可以有效地降低油耗与排放。(4)基于dSPACE实时仿真系统建立了Plug-in柴电混合动力系统台架快速控制原型试验,并利用Control Desk建立可视化的监控界面,实现了在试验过程中数据的测试与控制,完成了Plug-in柴电混合动力传动系统的纯电机驱动、联合驱动和行车充电等试验。试验结果表明,所建立的整车能量管理策略是行之有效的。
【关键词】：Plug-in柴电混合动力汽车 能量管理策略 选择性催化还原催化器 庞特里亚金极小值原理
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 前言10-12
• 1.1.1 日趋严格的排放法规10-11
• 1.1.2 新能源汽车分类及特点11-12
• 1.2 插电式混合动力汽车技术12-15
• 1.3 插电式混合动力汽车能量管理策略研究现状15-17
• 1.3.1 插电式混合动力汽车燃油经济性控制策略研究现状15-16
• 1.3.2 插电式混合动力汽车排放控制研究现状16-17
• 1.3.3 插电式混合动力汽车电池温度控制研究现状17
• 1.4 本文研究意义、来源及主要内容17-20
• 1.4.1 本文研究意义及来源17-18
• 1.4.2 本文研究的主要内容18-20
• 第二章 Plug-in柴电混合动力汽车动力系统建模20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 整车系统结构及性能参数20-21
• 2.3 主要部件模型21-28
• 2.3.1 发动机模型21-23
• 2.3.2 电机模型23-24
• 2.3.3 电池模型24-26
• 2.3.4 选择性催化还原后处理模型26-28
• 2.4 驾驶员模型28-29
• 2.5 整车动力学模型29-30
• 2.6 本章小结30-32
• 第三章 基于规则控制策略研究32-39
• 3.1 引言32-33
• 3.2 PHEV整车逻辑门限值控制策略的设计33-36
• 3.2.1 电量消耗模式控制策略33-34
• 3.2.2 电量保持模式控制策略34-36
• 3.3 基于CD-CS规则控制策略的实现36-37
• 3.4 基于CD-CS规则控制策略的仿真与分析37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第四章 低温条件下Plug-in柴电混合动力汽车综合优化控制39-60
• 4.1 引言39
• 4.2 庞特里亚金极小值原理理论基础39-42
• 4.3 低温条件下Plug-in柴电混合动力汽车最短时间优化控制策略42-49
• 4.3.1 基于PMP的最短时间优化控制策略42-45
• 4.3.2 仿真结果与分析45-49
• 4.4 低温条件下Plug-in柴电混合动力汽车油耗与排放最优控制策略49-59
• 4.4.1 基于PMP的Plug-in柴电混合动力汽车油耗与排放最优控制策略49-51
• 4.4.2 仿真结果与分析51-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第五章 Plug-in柴电混合动力系统台架快速控制原型仿真试验60-67
• 5.1 引言60-61
• 5.2 基于dSPACE的柴电混合动力系统台架仿真试验61-66
• 5.2.1 快速控制原型(RCP)试验台结构原理61-62
• 5.2.2 试验模型搭建62
• 5.2.3 测控软件开发62-63
• 5.2.4 试验结果分析63-66
• 5.3 本章小结66-67
• 第六章 结论与展望67-69
• 6.1 论文工作总结67-68
• 6.2 工作展望68-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-75
• 攻读学位期间取得的研究成果75

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本文编号：898402