插電式混合動力城市公交大客車關鍵技術研究.pdf

1、插電式混合動力電動汽車依靠電池獨立驅(qū)動可連續(xù)行駛20~80km,超出該續(xù)駛里程采用發(fā)動機與電混合驅(qū)動行駛,并可使用220V工頻電源對動力電池組直接充電。此外,中國典型城市公交循環(huán)工況是啟停與加減速頻繁,行駛速度低,續(xù)駛里程短,發(fā)動機怠速時間長燃油效率低,排放污染大。由此,普遍認為在目前電池性能瓶頸下,由于插電式混合動力城市公交大客車兼顧混合動力與純電動兩類電動汽車的優(yōu)點,適用于在城市公交工況下運行,是從傳統(tǒng)燃油城市公交到純電動城市公交過

2、渡的最優(yōu)方案之一。然而,插電式混合動力城市公交大客車在動力總成選型與匹配集成、整車能量管理控制、制動能量回收以及整車設計與制造等方面還存在諸多亟待解決的關鍵技術問題,導致目前在國內(nèi)外城市公交大客車市場上還鮮有實車運行。
　　本課題圍繞插電式混合動力城市公交大客車動力總成選型與匹配設計、整車控制策略、電池管理系統(tǒng)以及制動能量回收等關鍵技術開展算法與應用創(chuàng)新研究,具體地:
　　1)針對動力總成匹配計算與選型,基于中國典型城市公交

3、循環(huán)工況需求,提出了一種基于NSGA-II改進多目標遺傳算法的傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計、參數(shù)匹配優(yōu)化及選型方案。首先確定傳動系統(tǒng)為并聯(lián)式結(jié)構(gòu)設計,并對傳動系統(tǒng)參數(shù)進行匹配研究。進而基于NSGA-II改進多目標遺傳算法對變速器各檔位傳動比進行最優(yōu)化設計。最終給出傳動系統(tǒng)部件的具體型號和參數(shù)。結(jié)果表明該方案在滿足動力性需求的同時,顯著提高了整車經(jīng)濟性指標。
　　2)針對整車能量管理控制,提出了一種基于規(guī)則的整車控制算法,結(jié)果表明該策略能保證整

4、車動力性并改善燃油經(jīng)濟性。首先建立了基于CAN總線的整車分布式控制系統(tǒng);然后設計了一套工況切換控制邏輯,以及一組純電動機啟動、純發(fā)動機啟動、純電動運行、純發(fā)動機運行、充電運行,電動機和發(fā)動機聯(lián)合驅(qū)動運行以及再生制動等工況的控制算法;進一步建立了發(fā)動機外特性、電動機/發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩、功率與效率特性,以及電池充放電與荷電狀態(tài)預測等仿真計算模型,建立了動力總成傳動系統(tǒng)建模;最后基于開發(fā)的燃油經(jīng)濟性仿真程序完成了動力性與燃油經(jīng)濟性能評價。

5、　　3)針對電池管理系統(tǒng),提出了一個基于V流程的電池管理系統(tǒng)中荷電狀態(tài)(SOC)估計模塊的快速開發(fā)方法。首先,基于Matlab/Simulink軟件平臺,完成電池建模與基于擴展卡爾曼濾波方法的SOC估計算法開發(fā),通過離線仿真完成功能驗證。進而,通過Matlab實時工作間(RTW)代碼自動生成工具將算法的Simulink模塊轉(zhuǎn)化為目標代碼,基于前期開發(fā)完成的MPC555嵌入式平臺,完成快速原型開發(fā)。最后,對通過快速原型測試的算法代碼進行實

6、車搭載并在線標定,完成動力電池SOC估算功能模塊的實際測試。結(jié)果表明,基于擴展卡爾曼濾波算法的SOC估計方法能夠改善SOC估計精度,基于V流程的快速開發(fā)方法能夠顯著提高開發(fā)效率。
　　4)針對制動能量回收,提出一種回收能量最大化的復合制動控制策略,建立摩擦制動子系統(tǒng)與再生制動子系統(tǒng)的仿真模型,兼顧ECER13制動法規(guī)、電動機、鋰離子電池與傳動系統(tǒng)特性約束,開展典型制動工況下復合制動系統(tǒng)制動力分配控制策略仿真實驗研究。結(jié)果表明,各典