基于混合系統(tǒng)理論的混合動(dòng)力客車控制策略和參數(shù)優(yōu)化研究.pdf

1、環(huán)境污染和石油資源匱乏是汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的兩大難題。混合動(dòng)力汽車采用內(nèi)燃機(jī)和電池作為動(dòng)力源，是當(dāng)前電動(dòng)汽車中最具產(chǎn)業(yè)化前景的車型。混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化匹配和控制策略的研究，是混合動(dòng)力汽車的核心技術(shù)之一。
　　 本文以安徽省“十一五”、“節(jié)能與新能源汽車”重大科技專項(xiàng)課題為依托，以6110 型串聯(lián)式混合動(dòng)力城市客車(Series Hybrid Electric Bus，SHEB)為研究對(duì)象，在分析城市公交客車運(yùn)行工況

2、特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，完成了6110 型SHEB的總體設(shè)計(jì)。采用前向仿真和后向仿真相結(jié)合的仿真方法，結(jié)合后輪驅(qū)動(dòng)的SHEB的特點(diǎn)，建立了SHEB 整車和主要部件仿真模型(包括發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組模型、驅(qū)動(dòng)電機(jī)模型、動(dòng)力電池組模型、綜合式的多能源控制策略模型、定比例的制動(dòng)力分配模型和整車模型等)。并結(jié)合樣車試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了仿真模型的驗(yàn)證，結(jié)果表明模型符合實(shí)際情況，從而為城市混合動(dòng)力客車整車控制策略仿真研究和動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配優(yōu)化打下基礎(chǔ)。
　　

3、在分析SHEB能量流動(dòng)模式的基礎(chǔ)上，首次引入混合系統(tǒng)理論，利用混合輸入輸出有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)模型，建立了6110 型SHEB 動(dòng)力控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，并確定了SHEB的運(yùn)行模式切換條件和切換圖。
　　 在分析SHEB多能源控制策略設(shè)計(jì)目標(biāo)和遵循原則的基礎(chǔ)上，基于混合系統(tǒng)理論提出了集恒溫器式和功率跟隨式兩種控制模式優(yōu)點(diǎn)的模式變換式多能源驅(qū)動(dòng)控制策略以及電機(jī)再生制動(dòng)力、摩擦制動(dòng)力和整車前后輪制動(dòng)力協(xié)調(diào)控制的再生制動(dòng)控制策略。
　　

4、 采用Simulink/Stateflow的混合建模方法，建立了模式變換式多能源驅(qū)動(dòng)控制策略和制動(dòng)力協(xié)調(diào)控制的再生制動(dòng)控制策略仿真模型，以及相應(yīng)的SHEB 整車仿真模型，并基于中國(guó)典型城市公交循環(huán)工況分別進(jìn)行了模式變換式、恒溫器式和功率跟隨式的三種控制策略仿真分析比較，結(jié)果表明：在保證6110 型SHEB 動(dòng)力性的前提下，采用模式變換式控制策略時(shí)燃油經(jīng)濟(jì)性較好，整車等效燃料消耗量為23.9 L/100km，比綜合式控制策略的樣車減少4.

5、8％，比同類型的傳統(tǒng)燃油城市客車減少17.3％。同時(shí)，分別進(jìn)行了制動(dòng)力協(xié)調(diào)控制和定比例制動(dòng)力分配的再生制動(dòng)控制策略仿真分析比較，結(jié)果表明：制動(dòng)力協(xié)調(diào)控制的再生制動(dòng)控制策略的制動(dòng)能量回收率提高11.5％，等效燃料消耗量減少3.2％。
　　 在6110 型SHEB 動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)初步匹配的基礎(chǔ)上，根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，提出了混合動(dòng)力系統(tǒng)部件參數(shù)和控制參數(shù)相結(jié)合的綜合參數(shù)正交優(yōu)化方法。經(jīng)多方案優(yōu)化得出一組較理想的參數(shù)匹配方案：H=43.

6、3％（發(fā)動(dòng)機(jī)功率為85kw）、C=75Ah、ig=2.73、控制策略為模式變換式多能源控制策略；并對(duì)優(yōu)化后的6110 型SHEB的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了仿真分析，結(jié)果表明：優(yōu)化后的動(dòng)力系統(tǒng)能夠滿足整車動(dòng)力性要求，且與優(yōu)化前的樣車道路試驗(yàn)結(jié)果相比，燃油經(jīng)濟(jì)性提高8.4％。
　　 基于模塊化的設(shè)計(jì)思想，構(gòu)建了SHEB 動(dòng)力總成試驗(yàn)臺(tái)架及測(cè)試系統(tǒng)，制定了混合動(dòng)力城市客車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性道路試驗(yàn)方法和試驗(yàn)規(guī)范，完成了6110 型SH