串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車控制策略及其應(yīng)用技術(shù)研究.pdf

1、能源危機(jī)和環(huán)境污染是21世紀(jì)汽車工業(yè)面臨的兩大挑戰(zhàn),混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HEV)有效地結(jié)合了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車和純電動(dòng)汽車的優(yōu)勢(shì),成為當(dāng)前清潔節(jié)能汽車的重要發(fā)展方向。本論文以北京工業(yè)大學(xué)羽毛球運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館用清潔節(jié)能汽車研究項(xiàng)目為背景,對(duì)串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(SHEV)的控制策略及其應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了研究,包括以下四部分內(nèi)容： 首先從混合比的角度對(duì)SHEV進(jìn)行了分析研究,在不同混合比下對(duì)SHEV的百公里油耗、動(dòng)力性能、蓄電池組工作效率以及行駛

2、性能進(jìn)行了仿真分析,將SHEV混合比劃分為3個(gè)區(qū)間：綜合性能較差的低混合比區(qū),性能較好并且設(shè)計(jì)靈活度較大的中混合比區(qū)和容易成為電量耗盡型的高混合比區(qū),一般SHEV產(chǎn)品均設(shè)計(jì)在中、高混合比區(qū)(一般高于0.5)以獲得較好的綜合性能。根據(jù)以上分析結(jié)論確定了下文主要研究的兩種車型：高混合比的電量耗盡型的輔助混合動(dòng)力汽車(AHEV)和中、高混合比的電量維持型的串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(SHEV)。 其次對(duì)北京工業(yè)大學(xué)輔助混合動(dòng)力II型車BJUT

3、-AHEV的幾個(gè)重要技術(shù)問題進(jìn)行了研究,包括：(1)對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)主要部件參數(shù)進(jìn)行了匹配計(jì)算,確定了驅(qū)動(dòng)電機(jī)、蓄電池組以及發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)組的功率參數(shù)；(2)在分析BJUT-AHEV工作模式的基礎(chǔ)上選擇了串聯(lián)式的開關(guān)式控制策略,并對(duì)控制策略進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)：(3)綜合應(yīng)用測(cè)量開路電壓和安時(shí)積分法來估計(jì)水平鉛布蓄電池組SOC,并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蓄電池組電壓和內(nèi)阻來作為SOC的約束條件。對(duì)BJUT-AHEV進(jìn)行的臺(tái)架、道路實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,開發(fā)的輔助動(dòng)力控制系

4、統(tǒng)運(yùn)行正常,可以有效地補(bǔ)充蓄電池組電能從而有效地延長(zhǎng)車輛的行駛里程。 對(duì)北京工業(yè)大學(xué)串聯(lián)式混合動(dòng)力III型車BJUT-SHEV系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化問題進(jìn)行了研究,建立了HEV系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化的非線性數(shù)學(xué)模型,針對(duì)基本遺傳算法(SGA)收斂效率低的缺陷,提出并開發(fā)了一種混合自適應(yīng)遺傳算法(HAGA)作為求解該優(yōu)化問題的優(yōu)化算法。運(yùn)用HAGA算法對(duì)BJUT-SHEV的部件功率參數(shù)和控制策略參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,獲得了較為滿意的收斂效果。根據(jù)優(yōu)化結(jié)果確

5、定了BJUT-SHEV發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)組的功率參數(shù)。 最后,針對(duì)BJUT-SHEV要求隨時(shí)可以提供較長(zhǎng)純電動(dòng)行駛里程的特點(diǎn),為將蓄電池組SOC始終維持在較高水平,設(shè)計(jì)了一種基于模糊邏輯的控制策略。該控制策略根據(jù)蓄電池組SOC、SOC和期望值的偏差以及車輛需求功率和當(dāng)前輸出功率的偏差實(shí)時(shí)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率,以實(shí)現(xiàn)將蓄電池組SOC維持在較高水平,同時(shí)兼顧發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗和排放。對(duì)模糊控制策略進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,模糊控制策略能較

6、好的實(shí)現(xiàn)恒SOC控制,并且針對(duì)不同工況具有較強(qiáng)的魯棒性。本文在以下幾方面開展了創(chuàng)新性的工作： (1)用混合比分析的方法對(duì)SHEV中蓄電池組和發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)組之間的功率關(guān)系進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。根據(jù)混合比分析結(jié)果將SHEV混合比劃分為3個(gè)區(qū)間,并建議SHEV應(yīng)設(shè)計(jì)在中、高混合比區(qū)間以獲得較好的綜合性能。 (2)針對(duì)HEV系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化問題,提出并開發(fā)了HAGA算法作為求解該問題的優(yōu)化算法。該算法主要在兩方面進(jìn)行了改進(jìn)：(1)

7、改進(jìn)了SGA的編碼方式和3個(gè)遺傳算子；(2)融合序列二次規(guī)劃算法(SQP)作為一個(gè)局部搜索算子。數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,HAGA算法既具有較好的全局收斂性能,又具有較快的收斂速度。對(duì)BJUT-SHEV部件功率參數(shù)及控制策略參數(shù)優(yōu)化的結(jié)果表明,HAGA算法對(duì)HEV系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化問題是行之有效的。 (3)針對(duì)BJUT-SHEV作為運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館用車的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種基于模糊邏輯的控制策略以實(shí)現(xiàn)對(duì)功率流的實(shí)時(shí)分配。仿真結(jié)果表明,該模糊邏輯控制策略可