串聯(lián)式混合動力電動汽車控制策略及其應用技術研究.pdf

1、能源危機和環(huán)境污染是21世紀汽車工業(yè)面臨的兩大挑戰(zhàn),混合動力電動汽車(HEV)有效地結合了傳統(tǒng)內燃機汽車和純電動汽車的優(yōu)勢,成為當前清潔節(jié)能汽車的重要發(fā)展方向。本論文以北京工業(yè)大學羽毛球運動場館用清潔節(jié)能汽車研究項目為背景,對串聯(lián)式混合動力電動汽車(SHEV)的控制策略及其應用技術進行了研究,包括以下四部分內容： 首先從混合比的角度對SHEV進行了分析研究,在不同混合比下對SHEV的百公里油耗、動力性能、蓄電池組工作效率以及行駛

2、性能進行了仿真分析,將SHEV混合比劃分為3個區(qū)間：綜合性能較差的低混合比區(qū),性能較好并且設計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產品均設計在中、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力汽車(AHEV)和中、高混合比的電量維持型的串聯(lián)式混合動力汽車(SHEV)。 其次對北京工業(yè)大學輔助混合動力II型車BJUT

3、-AHEV的幾個重要技術問題進行了研究,包括：(1)對動力系統(tǒng)主要部件參數(shù)進行了匹配計算,確定了驅動電機、蓄電池組以及發(fā)動機/發(fā)電機組的功率參數(shù)；(2)在分析BJUT-AHEV工作模式的基礎上選擇了串聯(lián)式的開關式控制策略,并對控制策略進行了仿真實驗：(3)綜合應用測量開路電壓和安時積分法來估計水平鉛布蓄電池組SOC,并實時監(jiān)測蓄電池組電壓和內阻來作為SOC的約束條件。對BJUT-AHEV進行的臺架、道路實驗結果表明,開發(fā)的輔助動力控制系

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

5、定了BJUT-SHEV發(fā)動機/發(fā)電機組的功率參數(shù)。 最后,針對BJUT-SHEV要求隨時可以提供較長純電動行駛里程的特點,為將蓄電池組SOC始終維持在較高水平,設計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前輸出功率的偏差實時調整發(fā)動機輸出功率,以實現(xiàn)將蓄電池組SOC維持在較高水平,同時兼顧發(fā)動機燃油消耗和排放。對模糊控制策略進行了仿真實驗,實驗結果表明,模糊控制策略能較

6、好的實現(xiàn)恒SOC控制,并且針對不同工況具有較強的魯棒性。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SHEV中蓄電池組和發(fā)動機/發(fā)電機組之間的功率關系進行了較為系統(tǒng)的研究。根據(jù)混合比分析結果將SHEV混合比劃分為3個區(qū)間,并建議SHEV應設計在中、高混合比區(qū)間以獲得較好的綜合性能。 (2)針對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行了改進：(1)

7、改進了SGA的編碼方式和3個遺傳算子；(2)融合序列二次規(guī)劃算法(SQP)作為一個局部搜索算子。數(shù)值實驗結果表明,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BJUT-SHEV部件功率參數(shù)及控制策略參數(shù)優(yōu)化的結果表明,HAGA算法對HEV系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化問題是行之有效的。 (3)針對BJUT-SHEV作為運動場館用車的特點,設計了一種基于模糊邏輯的控制策略以實現(xiàn)對功率流的實時分配。仿真結果表明,該模糊邏輯控制策略可