基于駕駛意圖與工況識別的插電式混合動力汽車能量管理策略研究

【摘要】：插電式混合動力電動汽車(PHEV)是兼具純電動汽車和混合動力汽車優(yōu)點的新能源汽車，既可以通過外部電網(wǎng)對儲能裝置進行充電，降低了車輛對燃油的依賴性和使用成本，又可以保證汽車的續(xù)駛里程，因此得到了汽車企業(yè)、科研機構(gòu)及各國政府的普遍關(guān)注。PHEV在節(jié)能方面潛力的發(fā)揮很大程度上取決于能量管理策略的制定，但目前已有的能量管理策略都未能考慮或較好地適應(yīng)行駛工況和駕駛意圖的變化。因此研究基于駕駛意圖與工況識別的插電式混合動力汽車能量管理策略，對于進一步提高整車能耗經(jīng)濟性水平具有重要的現(xiàn)實意義。 本文以某單電機插電式混合動力汽車為研究對象，以提高能耗經(jīng)濟性為研究目標(biāo)，開展了基于駕駛意圖與工況識別的插電式混合動力汽車能量管理策略研究，具體研究內(nèi)容如下： (1)研究了ISG電機峰值功率、發(fā)動機最大功率與整車動力性能的關(guān)系，分析了動力電池組容量與純電動續(xù)駛里程的關(guān)系；以動力性為約束條件，整車能耗成本最小為目標(biāo)函數(shù)，對主減速器速比進行優(yōu)化；在此基礎(chǔ)上完成了動力傳動系統(tǒng)的參數(shù)匹配。最后搭建了整車仿真模型，進行了動力性和經(jīng)濟性的仿真分析，驗證了動力傳動系統(tǒng)匹配的合理性，為整車能量管理策略的制定奠定了基礎(chǔ)。 (2)為了充分利用從電網(wǎng)得到的低成本能量，以發(fā)動機的燃油成本與電網(wǎng)的電能成本之和最小為目標(biāo)，采用遺傳算法優(yōu)化得到電量消耗(CD)模式與電量維持(CS)模式切換的電池荷電狀態(tài)(SOC)目標(biāo)值、CS模式下電池SOC波動的上限值與下限值；利用瞬時優(yōu)化算法計算得到不同工作模式下的CVT速比、發(fā)動機轉(zhuǎn)矩和ISG電機轉(zhuǎn)矩MAP圖，在此基礎(chǔ)上提出了邏輯門限與瞬時優(yōu)化算法相結(jié)合的實時優(yōu)化能量管理策略，并仿真評價了該能量管理策略的節(jié)能效果。為了解決實時優(yōu)化能量管理策略不能獲得能耗經(jīng)濟性全局最優(yōu)的問題，采用極小值原理求解整車能耗成本最小的目標(biāo)函數(shù)極值，得到了混合模式下的最優(yōu)能量管理策略，分析了行駛里程、電池初始SOC及能量價格比對能耗經(jīng)濟性的影響。 (3)為了解決基于極小值原理的全局優(yōu)化能量管理參數(shù)對循環(huán)工況的依賴性問題，提出了基于工況識別的能量管理策略；選取代表市區(qū)擁堵、城市城郊、高速公路等六種循環(huán)路況作為標(biāo)準工況，采用復(fù)合等分法將標(biāo)準工況分割成工況塊并計算特征參數(shù)，應(yīng)用極限學(xué)習(xí)機完成了循環(huán)工況識別，并利用極小值原理進行離線優(yōu)化獲得若干標(biāo)準工況對應(yīng)的優(yōu)化參數(shù)庫，結(jié)合工況識別結(jié)果，實時更新控制策略參數(shù)，實現(xiàn)了基于工況識別的PHEV能耗優(yōu)化控制。 (4)PHEV冷起動時，在獲得第一個工況塊信息之前的行駛數(shù)據(jù)是未知的；若基于工況識別的全局優(yōu)化能量管理策略的控制參數(shù)選用不當(dāng)，會導(dǎo)致PHEV的能耗經(jīng)濟性大大下降?？紤]到駕駛意圖影響整車的行駛數(shù)據(jù)，采用模糊控制器識別駕駛意圖，結(jié)合實時優(yōu)化能量管理策略，構(gòu)建控制策略參數(shù)庫，實現(xiàn)了基于駕駛意圖識別PHEV能耗優(yōu)化控制。最后為充分挖掘PHEV的節(jié)能潛力，通過對基于工況識別的全局優(yōu)化能量管理策略和基于駕駛意圖的實時優(yōu)化能量管理策略的節(jié)能效果的對比分析，確定了以基于駕駛意圖的控制參數(shù)庫作為全局優(yōu)化能量管理策略的初始化參數(shù)，進而提出了基于駕駛意圖與工況識別的綜合能量管理策略。 (5)搭建了插電式混合動力傳動系統(tǒng)的試驗臺，利用Matlab/Simulink仿真平臺和D2P實時控制工具，開發(fā)了臺架測控軟件和整車控制程序，采用ATI-VISION平臺建立了數(shù)據(jù)采集和標(biāo)定控制系統(tǒng)，完成了臺架試驗和實車道路試驗，試驗結(jié)果驗證了所建立的PHEV仿真模型的正確性，部分驗證了所提出能量管理策略的有效性。 【關(guān)鍵詞】：插電式混合動力汽車 能量管理策略 駕駛意圖 工況識別 能耗經(jīng)濟性
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U469.7
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 1 緒論12-26
• 1.1 研究背景12-14
• 1.2 國內(nèi)外插電式混合動力汽車的發(fā)展現(xiàn)狀14-19
• 1.3 插電式混合動力汽車能量管理策略研究現(xiàn)狀19-22
• 1.3.1 基于規(guī)則的能量管理策略研究現(xiàn)狀19-20
• 1.3.2 瞬時優(yōu)化能量管理策略研究現(xiàn)狀20-21
• 1.3.3 全局優(yōu)化能量管理策略研究現(xiàn)狀21-22
• 1.4 插電式混合動力汽車能量管理策略存在的問題22-23
• 1.5 本文研究思路和主要研究內(nèi)容23-26
• 2 插電式混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)參數(shù)匹配及建模26-54
• 2.1 引言26
• 2.2 插電式混合動力系統(tǒng)分析26-27
• 2.3 PHEV 動力傳動系統(tǒng)參數(shù)匹配與建模27-50
• 2.3.1 整車動力性指標(biāo)27-28
• 2.3.2 整車動力學(xué)模型28
• 2.3.3 ISG 電機特性參數(shù)設(shè)計及數(shù)值建模28-35
• 2.3.4 發(fā)動機特性參數(shù)設(shè)計及數(shù)值建模35-39
• 2.3.5 動力電池組特性參數(shù)設(shè)計及數(shù)值建模39-45
• 2.3.6 CVT 速比設(shè)計及建模45-46
• 2.3.7 主減速器速比設(shè)計46-48
• 2.3.8 駕駛員模型48-50
• 2.4 整車動力傳動系統(tǒng)匹配仿真分析50-52
• 2.4.1 整車動力性仿真分析50-51
• 2.4.2 城市循環(huán)工況仿真分析51-52
• 2.5 本章小結(jié)52-54
• 3 插電式混合動力汽車能耗優(yōu)化控制策略54-76
• 3.1 引言54
• 3.2 工作模式分析54
• 3.3 能量經(jīng)濟性目標(biāo)函數(shù)54-55
• 3.4 邏輯門限與瞬時優(yōu)化相結(jié)合的實時優(yōu)化能量管理策略55-67
• 3.4.1 實時優(yōu)化能量管理策略制定56-58
• 3.4.2 需求扭矩的瞬時優(yōu)化58-59
• 3.4.3 CVT 速比的瞬時優(yōu)化59-63
• 3.4.4 實時優(yōu)化能量管理策略的仿真分析63-64
• 3.4.5 能量價格比對能耗經(jīng)濟性的影響64-67
• 3.5 基于極小值原理的全局優(yōu)化能量管理策略67-74
• 3.5.1 Hamilton 函數(shù)的建立與求解67-69
• 3.5.2 基于極小值原理的能耗經(jīng)濟性優(yōu)化及分析69-70
• 3.5.3 能耗經(jīng)濟性的影響因素分析70-73
• 3.5.4 全局優(yōu)化能量管理策略的控制原理73-74
• 3.6 本章小結(jié)74-76
• 4 基于工況識別的全局優(yōu)化能量管理策略76-96
• 4.1 引言76
• 4.2 基于工況識別的全局優(yōu)化能量管理策略控制原理76-77
• 4.3 基于極限學(xué)習(xí)機的工況識別77-90
• 4.3.1 標(biāo)準工況分析77-78
• 4.3.2 工況特征參數(shù)分析78-83
• 4.3.3 基于極限學(xué)習(xí)機的工況識別83-87
• 4.3.4 工況識別結(jié)果分析87-90
• 4.4 基于工況識別的全局優(yōu)化能量管理策略仿真及結(jié)果分析90-94
• 4.5 本章小結(jié)94-96
• 5 基于駕駛意圖與工況識別的能量管理策略96-116
• 5.1 引言96
• 5.2 基于駕駛意圖的實時優(yōu)化能量管理策略96-109
• 5.2.1 基于駕駛意圖的實時優(yōu)化能量管理策略的基本思路96-97
• 5.2.2 基于模糊控制器的駕駛意圖識別97-105
• 5.2.3 駕駛員需求扭矩計算105-106
• 5.2.4 工作模式劃分及扭矩分配106-107
• 5.2.5 基于駕駛意圖的實時優(yōu)化能量管理策略仿真及結(jié)果分析107-109
• 5.3 基于駕駛意圖識別與工況識別的綜合能量管理策略109-114
• 5.3.1 純電動行駛里程預(yù)估109-110
• 5.3.2 基于駕駛意圖識別與工況識別的能量管理策略比較分析110-111
• 5.3.3 綜合能量管理策略的控制思路111-114
• 5.4 本章小結(jié)114-116
• 6 插電式混合動力汽車能量管理策略試驗研究116-138
• 6.1 引言116
• 6.2 插電式混合動力系統(tǒng)臺架試驗116-125
• 6.2.1 PHEV 臺架試驗系統(tǒng)構(gòu)成116-118
• 6.2.2 PHEV 臺架試驗系統(tǒng)軟件開發(fā)118-119
• 6.2.3 臺架試驗及結(jié)果分析119-125
• 6.3 插電式混合動力汽車道路試驗125-136
• 6.3.1 整車控制系統(tǒng)功能分析126
• 6.3.2 整車控制軟件開發(fā)126-128
• 6.3.3 整車道路試驗及結(jié)果分析128-136
• 6.4 本章小結(jié)136-138
• 7 全文總結(jié)138-142
• 7.1 論文主要研究工作及結(jié)論138-140
• 7.2 論文主要創(chuàng)新點及后續(xù)研究工作的展望140-142
• 7.2.1 論文的主要創(chuàng)新點140
• 7.2.2 繼續(xù)研究的方向140-142
• 致謝142-144
• 參考文獻144-154
• 附錄154
• A 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄154
• B 作者在攻讀學(xué)位期間參加的科研項目154

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