基于DP动态规划的ISG型行星耦合混合动力汽车模糊控制能量管理策略研究

【摘要】：随着人类社会的发展，对可持续的节能、环保需求逐渐提高，清洁能源汽车得到快速发展，而其中的混合动力汽车由于具有良好的性价比，在产品开发中得到了广泛的关注。混合动力汽车传动系统中有多个动力源，整车性能的提升有赖于对动力源中能量流的有效管理。因此能量管理策略是混合动力汽车研究的核心问题之一，优秀的能量管理策略能有效提升混合动力汽车的燃油经济性。 鉴于模糊逻辑在工业上已广泛应用，而当前模糊逻辑能量管理策略的设计方法主要依赖人工经验，耗时而又无法得到理想的结果，无法在实车中应用，为推进模糊逻辑能量管理策略的实用化，故而提出一种新的能量管理策略设计方法：运用动态规划算法，以提升混合动力系统的燃油经济性并维持电池SOC平衡为目标设计模糊逻辑能量管理策略。为此，主要进行以下研究： ①根据混合动力系统的结构特点与相关数据，以Matlab/Simulink软件为建模仿真工具，分别搭建了发动机、电池、ISG电机、行星排和变速器等主要部件的数学模型，构成混合动力汽车整车仿真模型。 ②分析了混合动力系统的各种工作模式以及相应工作模式下的能量流动路径；在驱动工况下以需求功率和电池SOC为门限参数、制动工况下以制动强度和电池SOC为门限参数设置门限值，建立了基于规则的逻辑门限能量管理策略，结合整车仿真模型进行了仿真，其结果用于评价其后设计的模糊逻辑能量管理策略。 ③引入了全局最优能量管理策略的核心算法之一的动态规划算法，运用动态规划算法，对ISG速度多段耦合混合动力系统在选定的目标循环工况下进行了性能全局优化，其仿真结果即为混合动力系统的理论最佳燃油经济性。 ④熟悉了模糊控制器的设计原理，在确定模糊控制器的输入输出变量之后，通过分析动态规划算法的仿真结果，设计输入输出变量的隶属度函数，拟定模糊控制规则，设计相应的模糊控制器。通过对比三种能量管理策略的仿真结果，验证所设计的模糊能量管理策略的合理性。 通过以上研究工作，为能量管理策略的设计找到一种较好的方法，对提升混合动力汽车的性能、推进模糊逻辑能量管理策略实用化具有积极的意义。 【关键词】：混合动力汽车 动态规划 模糊控制 燃油经济性
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 混合动力汽车能量管理策略开发背景与意义9-10
• 1.2 混合动力汽车概述10-12
• 1.3 混合动力汽车能量管理策略概述12-18
• 1.3.1 基于规则的能量管理策略13-14
• 1.3.2 瞬时优化能量管理策略14-15
• 1.3.3 全局优化能量管理策略15-16
• 1.3.4 智能型能量管理策略16-18
• 1.4 课题来源与研究内容18-19
• 1.4.1 课题来源18
• 1.4.2 主要研究内容18-19
• 2 混合动力系统数学建模19-33
• 2.1 混合动力系统的结构简介19-20
• 2.2 混合动力系统动力源数学建模20-27
• 2.2.1 发动机模型20-23
• 2.2.2 蓄电池模型23-26
• 2.2.3 电机模型26-27
• 2.3 混合动力系统传动系建模27-29
• 2.3.1 行星齿轮机构模型27-28
• 2.3.2 变速器模型28-29
• 2.3.3 主减速器模型29
• 2.4 整车纵向动力学模型29-31
• 2.4.1 车辆行驶动力学模型29-30
• 2.4.2 车轮模型30-31
• 2.5 本章小结31-33
• 3 基于规则的逻辑门限能量管理策略33-49
• 3.1 引言33
• 3.2 混合动力系统的工作模式分析33-40
• 3.2.1 怠速停车33
• 3.2.2 制动工况33-35
• 3.2.3 驱动工况35-40
• 3.3 基于规则的逻辑门限能量管理策略40-42
• 3.3.1 能量管理策略概述40-41
• 3.3.2 制动模式下的能量管理策略41
• 3.3.3 驱动模式下的能量管理策略41-42
• 3.4 能量管理策略仿真结果分析42-48
• 3.4.1 标准循环工况介绍42-44
• 3.4.2 瞬态循环工况 UDDS 下的仿真结果44-46
• 3.4.3 模态循环工况 NEDC 下的仿真结果46-48
• 3.5 本章小结48-49
• 4 全局优化能量管理策略49-57
• 4.1 引言49
• 4.2 动态规划算法的概述49-53
• 4.2.1 混合动力系统动态规划全局最优的问题描述49-50
• 4.2.2 约束条件50-51
• 4.2.3 附加代价函数51-52
• 4.2.4 目标函数建立52-53
• 4.3 动态规划算法仿真结果53-55
• 4.3.1 瞬态道路循环工况 UDDS 下的仿真分析53-54
• 4.3.2 模态道路循环工况 NEDC 下的仿真分析54-55
• 4.4 本章小结55-57
• 5 混合动力系统的模糊逻辑能量管理策略设计57-75
• 5.1 引言57
• 5.2 模糊逻辑基础57-62
• 5.2.1 模糊控制器简介57-59
• 5.2.2 模糊控制器的设计基础59-62
• 5.3 模糊控制器的设计62-68
• 5.3.1 模糊逻辑能量管理策略设计目标62-63
• 5.3.2 模糊控制参数的选择63-64
• 5.3.3 输入输出隶属度函数设计64-67
• 5.3.4 控制规则库设计67-68
• 5.4 模糊控制策略的仿真分析68-71
• 5.4.1 瞬态道路循环工况 UDDS 下的仿真分析68-69
• 5.4.2 模态道路循环工况 NEDC 下的仿真分析69-71
• 5.5 三种能量管理策略仿真结果对比分析71-73
• 5.5.1 瞬态道路循环工况 UDDS 下的仿真结果对比71-72
• 5.5.2 模态道路循环工况 NEDC 下的仿真结果对比72-73
• 5.6 本章小结73-75
• 6 总结与展望75-77
• 6.1 全文总结75-76
• 6.2 展望76-77
• 致谢77-79
• 参考文献79-85
• 附录85
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录85
• B. 作者在攻读学位期间参加的科研项目目录85

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