基于復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計方法的增程型電動汽車優(yōu)化與分析.pdf

1、電動汽車由眾多與能量相關(guān)的子系統(tǒng)與部件所組成，其電驅(qū)動系統(tǒng)擁有各種形式的動力總成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可供選擇，從而導(dǎo)致在電動汽車的各個子系統(tǒng)與部件之間的能量流動路徑與流動方向異常復(fù)雜。因此，對于電動車輛及其相關(guān)子系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計與優(yōu)化充滿挑戰(zhàn)。本文基于模型與優(yōu)化的復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計方法論，對增程型電動汽車進(jìn)行系統(tǒng)層級、子系統(tǒng)層級和零部件層級的優(yōu)化設(shè)計研究，以實現(xiàn)電動汽車最優(yōu)化的能量效率和車輛性能。
　　搭建基于能量流的電動汽車整車仿真模型。采用Will

2、ans line方法參數(shù)化發(fā)動機、發(fā)電機和驅(qū)動電機的仿真模塊，以便能夠與優(yōu)化算法結(jié)合從而獲得車輛系統(tǒng)所需的最佳能量特性?；贜issan Leaf的實驗測試數(shù)據(jù)和AVL Cruise的仿真結(jié)果，分別從整車層面和子系統(tǒng)/零部件層面對所建立的整車能量流仿真模型進(jìn)行準(zhǔn)確性驗證。結(jié)果顯示所建立的整車能量流仿真模型具有很好的仿真精度，可以用來下一步進(jìn)行電動汽車的性能預(yù)測與優(yōu)化研究。
　　純電行駛里程是增程型電動汽車的關(guān)鍵性設(shè)計指標(biāo)。越長的純

3、電行駛里程需要裝載更多的動力電池，從而導(dǎo)致整車質(zhì)量的增加，因此會惡化車輛性能和能量效率。為了比較三種不同的典型純電行駛里程對于增程型電動汽車的設(shè)計影響，采用多島遺傳算法分別對電量消耗工作模式和電量維持工作模式下的車輛能量效率進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。另外，基于人群出行統(tǒng)計概率分布，采用NSGA-II優(yōu)化算法對增程型電動汽車的能量相關(guān)保有成本和能量相關(guān)全生命周期溫室氣體排放進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化。研究結(jié)果表明，驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)子長度和動力電池數(shù)目這兩個設(shè)計變量與

4、純電行駛里程成正比例變化關(guān)系，最大變化幅度甚至達(dá)到230％。車體質(zhì)量較小時，多目標(biāo)優(yōu)化的trade-off關(guān)系愈發(fā)明顯，Pareto最優(yōu)解集對應(yīng)的純電行駛里程范圍也更偏向短距離。
　　本文研究了不同種類的純電驅(qū)動動力總成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對車輛能量效率、保有成本和全生命周期溫室氣體排放的影響。建立優(yōu)化方案，對整車能量流仿真模型和動力電池老化模型等模塊進(jìn)行整合。引入多個典型標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)工況模擬車輛行駛，最小化車輛單位里程的電能消耗，并根據(jù)中國電動

5、汽車市場和公共電網(wǎng)狀況，計算出車輛的保有成本和全生命周期溫室氣體排放?；谲圀w質(zhì)量、電網(wǎng)碳排放強度和純電行駛里程對動力總成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行敏感性分析。結(jié)果顯示輪轂帶減速器式動力總成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)擁有最高的能量效率，而急加/減速或者頻繁起停的循環(huán)工況都將增加車輛的保有成本和全生命周期溫室氣體排放。
　　為了改善增程型電動汽車的油耗與排放，所搭載的增程器需要運行于有限個固定工作點之上。本文基于Kriging無偏估計方法建立了增程器系統(tǒng)的發(fā)電功率

6、與燃油消耗預(yù)測仿真模型，并對模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行了實驗驗證。經(jīng)過仿真分析，確定了滿足5個發(fā)電功率需求的最佳油耗工況點。通過增程器系統(tǒng)的臺架實驗和整車實驗，分別對單個發(fā)電功率運行點和整車的燃油消耗進(jìn)行了測試。研究結(jié)果表明，單個發(fā)電功率運行點油耗最大降幅達(dá)到了15.96%，而在兩種不同的車輛控制模式下整車能耗分別降低了4.62%和3.50%。
　　本文采用目標(biāo)層解分析算法，基于整車環(huán)境下對發(fā)動機進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計與電控參數(shù)匹配。在所建立的2