一種混聯(lián)式混合動(dòng)力客車(chē)能量管理及模式切換協(xié)調(diào)控制研究.pdf

1、混合動(dòng)力客車(chē)整車(chē)能量管理策略及行駛模式切換協(xié)調(diào)控制是提高混合動(dòng)力客車(chē)能量轉(zhuǎn)換效率及車(chē)輛駕駛性能的關(guān)鍵。因此，針對(duì)混合動(dòng)力客車(chē)在實(shí)際循環(huán)工況中多個(gè)動(dòng)力源的能量分配和效率優(yōu)化及行駛模式切換動(dòng)態(tài)過(guò)程中多個(gè)動(dòng)力源的協(xié)調(diào)控制的研究對(duì)于實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力客車(chē)的高效、平穩(wěn)運(yùn)行具有重要意義。
　　 本文針對(duì)一種動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和零部件參數(shù)確定的混聯(lián)式混合動(dòng)力客車(chē)，在整車(chē)能量管理策略及動(dòng)力系統(tǒng)模式切換協(xié)調(diào)控制方面，以提高混合動(dòng)力客車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性和保證車(chē)輛的

2、駕駛性能為目標(biāo)，進(jìn)行了整車(chē)動(dòng)力學(xué)建模、純電動(dòng)至并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式切換過(guò)程中的駕駛性能分析、整車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)及實(shí)車(chē)道路試驗(yàn)等方面的研究。
　　 根據(jù)混合動(dòng)力客車(chē)整車(chē)能量管理策略有效性驗(yàn)證及模式切換動(dòng)態(tài)過(guò)程中駕駛性能分析的需求，針對(duì)混合動(dòng)力客車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和能量流動(dòng)方向，以Matlab/Simulink為平臺(tái)，建立了適用于混合動(dòng)力客車(chē)整車(chē)能量管理策略及模式切換協(xié)調(diào)控制研究的混合動(dòng)力客車(chē)整車(chē)動(dòng)力學(xué)模型。模型基于理論建模和

3、試驗(yàn)建模相結(jié)合的方法，充分反映了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和電控自動(dòng)離合器的動(dòng)態(tài)性能，能較好地描述混合動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)整車(chē)控制器設(shè)定值的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。
　　 對(duì)于混合動(dòng)力客車(chē)多個(gè)動(dòng)力源的能量分配和效率優(yōu)化問(wèn)題，基于迭代動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法和Elman動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)了混合動(dòng)力客車(chē)的實(shí)時(shí)次優(yōu)能量管理策略。由于城市公交客車(chē)通常在固定的線路上運(yùn)行，其道路循環(huán)工況相對(duì)確定。本文首先以最小燃油消耗為目標(biāo)，采用迭代動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法求解了混合動(dòng)力客車(chē)在給定循環(huán)工況下的最優(yōu)控

4、制律;然后通過(guò)構(gòu)建Elman動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將采用迭代動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法計(jì)算出的最優(yōu)控制律從一組隨時(shí)間變化的序列轉(zhuǎn)化為一組隨狀態(tài)變化的序列，從而將迭代動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法的優(yōu)化結(jié)果應(yīng)用于混合動(dòng)力客車(chē)的實(shí)時(shí)控制;最后基于ETASPT-LABCAR硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，建立了混合動(dòng)力客車(chē)整車(chē)控制器硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)次優(yōu)能量管理策略進(jìn)行了硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)研究，驗(yàn)證了控制策略具有實(shí)時(shí)控制功能且能顯著提高混合動(dòng)力客車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性。設(shè)計(jì)方法不僅極大地提高

5、了混合動(dòng)力客車(chē)能量管理策略優(yōu)化的計(jì)算效率，也為混合動(dòng)力客車(chē)能量管理策略的優(yōu)化提供了新的途徑。
　　 對(duì)于混合動(dòng)力客車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)在行駛模式切換過(guò)程中的協(xié)調(diào)控制問(wèn)題，提出了基于自適應(yīng)模糊滑模方法的混合動(dòng)力客車(chē)模式切換協(xié)調(diào)控制方法，在滿足駕駛員動(dòng)力需求的前提下，以減小模式切換過(guò)程中的動(dòng)力系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和車(chē)輛縱向沖擊為目標(biāo)，設(shè)計(jì)了混合動(dòng)力客車(chē)純電動(dòng)至并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式切換協(xié)調(diào)控制策略。本文首先分析了混合動(dòng)力客車(chē)在純電動(dòng)模式切換至并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式

6、過(guò)程中的駕駛性能，并在此基礎(chǔ)上提出了混合動(dòng)力客車(chē)從純電動(dòng)模式切換至并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式過(guò)程的協(xié)調(diào)控制原理及控制系統(tǒng)方案。然后采用自適應(yīng)模糊滑模方法，針對(duì)離合器在結(jié)合過(guò)程中的不同運(yùn)行狀態(tài)，且在限制發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)變化率的基礎(chǔ)上分段設(shè)計(jì)了混合動(dòng)力客車(chē)純電動(dòng)至并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式切換協(xié)調(diào)控制策略，并通過(guò)Lyapunov直接方法設(shè)計(jì)了自適應(yīng)律并分析了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)方法將發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩與其目標(biāo)轉(zhuǎn)矩的偏差和系統(tǒng)參數(shù)不確定性引起的偏差歸入統(tǒng)一的干擾項(xiàng)，因此設(shè)計(jì)

7、的模式切換協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在保證控制精度的同時(shí)避免了系統(tǒng)參數(shù)的在線辨識(shí);同時(shí)干擾項(xiàng)采用自適應(yīng)模糊系統(tǒng)進(jìn)行估計(jì)用于修正固定邊界層滑?？刂破鞯目刂茀?shù)，因此設(shè)計(jì)的模式切換協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在消除控制量顫振的同時(shí)減少了系統(tǒng)的控制誤差。相關(guān)仿真結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的模式切換協(xié)調(diào)控制策略實(shí)現(xiàn)了混合動(dòng)力客車(chē)純電動(dòng)模式至并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式的平穩(wěn)切換且顯著改善了離合器的工作狀況。
　　 針對(duì)混合動(dòng)力客車(chē)實(shí)車(chē)道路試驗(yàn)，設(shè)計(jì)了基于CAN總線的車(chē)載道路試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，并進(jìn)行