串聯(lián)型液壓混合動(dòng)力汽車的能量管理策略研究.pdf

1、近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，公路運(yùn)輸規(guī)模和運(yùn)輸汽車數(shù)量都在不斷增加，運(yùn)輸汽車的燃油消耗量也相應(yīng)地大幅增長，因此提高運(yùn)輸汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的需求越來越強(qiáng)烈，這極大地促進(jìn)了與運(yùn)輸汽車相關(guān)的新能源汽車的研究和發(fā)展。在這些研究中，采用液壓混合動(dòng)力技術(shù)來提高運(yùn)輸汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性非常具有吸引力。其一，運(yùn)輸汽車一般質(zhì)量較大，需要的驅(qū)動(dòng)功率也較高；其二，液壓系統(tǒng)的一些優(yōu)秀性能，比如液壓泵/馬達(dá)具有很高的功率密度和效率，液壓儲(chǔ)能器能夠在其整個(gè)工作范圍內(nèi)進(jìn)行快充和

2、快放等，使其非常適合應(yīng)用于運(yùn)輸汽車的混合動(dòng)力系統(tǒng)中。因此，液壓混合動(dòng)力技術(shù)被視為能有效降低運(yùn)輸汽車耗油量的最可行的技術(shù)。然而，液壓儲(chǔ)能器的能量密度低也給這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用帶來一些挑戰(zhàn)。正是液壓混合動(dòng)力技術(shù)所面臨的這些機(jī)遇和挑戰(zhàn)使其成為目前混合動(dòng)力汽車研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。
　　液壓混合動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式大致可分為串聯(lián)型和并聯(lián)型。其中串聯(lián)型液壓混合動(dòng)力系統(tǒng)能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車傳動(dòng)系統(tǒng)解耦，進(jìn)而可以大幅提高發(fā)動(dòng)機(jī)的操作柔性和使用性能。再者，串

3、聯(lián)型液壓混合動(dòng)力系統(tǒng)具有更好的提高運(yùn)輸汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的潛力?；谝陨峡紤]，本文以串聯(lián)型液壓混合動(dòng)力系統(tǒng)作為研究對(duì)象，并針對(duì)當(dāng)前該研究中存在的需要解決的問題，主要從以下幾個(gè)方面展開研究：
　　（1）高精度的發(fā)動(dòng)機(jī)仿真模型。目前混合動(dòng)力系統(tǒng)研究中采用的發(fā)動(dòng)機(jī)模型普遍將油耗與發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)視為靜態(tài)映射，這種方法難以準(zhǔn)確估計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)處于瞬態(tài)時(shí)的油耗。本文所建立的發(fā)動(dòng)機(jī)仿真模型描述了發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣動(dòng)態(tài)和輸出力矩動(dòng)態(tài)，并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元的工

4、作方式來修正瞬時(shí)油耗。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該模型能夠精確估計(jì)各種情況下的發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)油耗，并能夠準(zhǔn)確描述發(fā)動(dòng)機(jī)的工作動(dòng)態(tài)。
　　（2）分層遞階的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在串聯(lián)型液壓混合動(dòng)力系統(tǒng)中的應(yīng)用。本文所建立了分層遞階的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包含兩個(gè)層級(jí)，共三個(gè)子控制器。頂層的子控制器即為整個(gè)混合動(dòng)力系統(tǒng)的能量管理策略。底層控制器包含兩個(gè)子控制器，一個(gè)用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)和與發(fā)動(dòng)機(jī)相連的液壓泵，另一個(gè)用于控制汽車驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和機(jī)械制動(dòng)器。這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)中的全

5、部被控對(duì)象和需要特殊考慮的各種特殊情況都能被有效控制和管理。
　?。?）基于模型預(yù)測控制的能量管理策略在串聯(lián)型液壓混合動(dòng)力系統(tǒng)中的應(yīng)用以及和其它策略效果的對(duì)比。目前混合動(dòng)力系統(tǒng)能量管理策略種類繁多，根據(jù)其發(fā)展順序和特點(diǎn)，大致可分為三類，即基于規(guī)則的、基于離線優(yōu)化的（包括確定型動(dòng)態(tài)規(guī)劃法、隨機(jī)動(dòng)態(tài)規(guī)劃法等）和基于在線優(yōu)化的（即模型預(yù)測控制方法）。其中基于模型預(yù)測控制的能量管理策略提出較晚，而且目前該策略在液壓混合動(dòng)力系統(tǒng)中的應(yīng)用尚未

6、見諸于文獻(xiàn)。本文設(shè)計(jì)并應(yīng)用了這三種類型中各自最具代表性的能量管理策略，即基于液壓儲(chǔ)能器荷能狀態(tài)調(diào)節(jié)的規(guī)則式能量管理策略（Rule Based，RB），基于隨機(jī)動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法的離線優(yōu)化式能量管理策略（Stochastic Dynamic Programming，SDP）和基于模型預(yù)測控制的在線優(yōu)化式能量管理策略（Model Predictive Control，MPC），并分別研究其特點(diǎn)和應(yīng)用效果。結(jié)果表明無論從提高燃油經(jīng)濟(jì)性還是從改善汽車