基于系统瞬时最优的功率分流式混合动力汽车控制算法开发

【摘要】：能源危机和环境污染已然成为了当今时代的众多主题之一，因此人们也在不断寻找能源新的解决方案；汽车作为人类重要的交通工具，已经伴随人类度过了百年的时光，同时也给环境和能源积压了很大压力。电动汽车很有可能成为汽车发展的最终方向，但是由于电池技术、电机技术的限制，电动汽车在性能和价位上始终还是不能和传统汽车相比拟。而混合动力汽车作为传统汽车向电动汽车过度的中间形式，目前仍然具有十分重要的研究价值。控制算法是混合动力汽车的核心部分，本文主要针对功率分流式构型做算法优化研究。 由于功率分流式混合动力汽车能够实现发动机和车轮之间的转速和转矩双解耦，因此目前研究的最多的算法是基于发动机最优曲线控制算法；虽然此算法能够保证发动机这一单一动力源瞬时的效率处于最优，而对于由发动机、电机、行星齿轮传动系组成的系统而言，瞬时效率并不一定最高。对于任何整车瞬时状态，必然存在一个系统最高效的点，此时燃油经济性最好。本文引入最佳分离因子这一状态变量来寻找系统瞬时最优点，并且开发基于系统瞬时最优的控制算法。据此，本文主要做了以下几个部分的研究内容： 1，选择一款功率分流式混合汽车仿真模型，基于机电一体化开发软件AMESim搭建整车仿真物理模型。模型主要包括发动机、电机MG1、电机MG2、行星传动系、汽车动力学等模块。 2，在SIMUlink软件之上开发出基于发动机最优曲线整车能量管理算法，利用simulink-AMESim联合仿真平台进行联合仿真。算法主要包括整车模式切换、不同模式下的各个动力源扭矩管理，能量回收策略等等。 3，依据分离因子理论，结合汽车参数，开发最佳分离因子的确定方法，依据此方法开发出寻找最佳分离因子的算法。并离线计算得到整车不同状态下的最佳分离因子数表，以此即可作为系统瞬时最优控制算法的控制依据。 4，开发基于系统瞬时最优控制策略，对基于发动机最优曲线控制算法进行优化；此算法基于最佳分离因子数表开发。然后做SIMUlink-AMESim联合仿真，得到仿真结果。对比基于发动机最优曲线控制算法和基于瞬时系统最优控制算法的仿真结果，验证基于瞬时最优控制算法在性能上的提到效果。 【关键词】：功率分流式混合动力汽车 最佳分离因子 发动机最优曲线 能量管理 算法优化
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 混联式（功率分流）混合动力汽车12
• 1.2 功率分流式混合汽车控制算法国内研究现状12-15
• 1.2.1 非行星排式混联式混合动力汽车控制算法国内研究状况12-14
• 1.2.2 行星排式混联式混合动力汽车控制算法国内研究状况14-15
• 1.3 功率分流式混合汽车控制算法国外研究现状15-17
• 1.4 本论文研究的意义17-18
• 1.5 论文的主要内容及工作18-20
• 1.5.1 研究目标18
• 1.5.2 研究内容18-20
• 第2章 基于 AMESIM 软件整车物理模型的搭建20-36
• 2.1 第三代普锐斯 EVT 构型动力学分析20-23
• 2.2 建模需要的一些基本参数23-28
• 2.3 整车模型的搭建28-34
• 2.3.1 基于 AMESim 搭建的单自由度汽车动力学模型28-29
• 2.3.2 基于 AMESim 搭建的传动系模型29-30
• 2.3.3 基于 AMESim 搭建的各个动力源模型30-33
• 2.3.4 基于 AMESim 搭建的整车模型33-34
• 2.4 本章总结34-36
• 第3章 基于发动机最优曲线的整车控制策略开发36-54
• 3.1 整车工作模式分析36-42
• 3.1.1 发动机最大输出功率和车速关系36-38
• 3.1.2 电机 MG1 稳态特性38-39
• 3.1.3 电机 MG2 驱动和制动特性39-40
• 3.1.4 发动机起停控制40-41
• 3.1.5 整车工作模式门限41-42
• 3.2 基于发动机最优曲线控制算法开发42-48
• 3.2.1 整车控制流程43-46
• 3.2.2 发动机转速控制46-47
• 3.2.3 发动机负荷率控制47-48
• 3.3 基于 SIMUlink 算法实现及联合仿真验证48-53
• 3.4 本章总结53-54
• 第4章 最佳分离因子确定方法和系统瞬时最优控制策略开发54-86
• 4.1 分离因子的引入54-57
• 4.2. 分离因子的意义57-60
• 4.2.1 基本意义57-58
• 4.2.2 分离因子在控制上的作用58-60
• 4.3. 分离因子范围的确定60-63
• 4.3.1 发动机转速范围和分离因子的关系61-62
• 4.3.2 电机 MG1 转速范围和分离因子的关系62-63
• 4.4. 最佳分离因子确定方法63-70
• 4.4.1 最佳分离因子寻找依据63-65
• 4.4.2 电系统平均效率最佳分离因子确定方法65
• 4.4.3 根据汽车状态寻找分离因子的取值范围65-66
• 4.4.4 对分离因子取值范围进行离散化66
• 4.4.5 计算不同分离因子 ( k)下的发动机工作状态66-67
• 4.4.6 求取发动机经济性值 be k 和整车燃油消耗 FC（ k ）67
• 4.4.7 寻找此时的最佳分离因子 opt67-70
• 4.5 考虑电机瞬时效率最佳分离因子确定方法70-79
• 4.5.1 确定某一分离因子 ( k)下的三动力源工作转速70-71
• 4.5.2 确定某一发动机转速 e( k)下的输出扭矩范围并离散71-72
• 4.5.3 确定电机 MG1 的输出扭矩和功率序列72-73
• 4.5.4 在 Pg ( k , r )下确定电机 MG2 功率和扭矩范围并离散73-76
• 4.5.5 在 Pg ( k , r )下寻找电机 MG2 的合适工作状态76
• 4.5.6 满足整车需求功率 P 的三动力源工作点76-77
• 4.5.7 确定最佳分离因子77-79
• 4.6 基于离线计算结果开发最优控制策略79-84
• 4.6.1 离线寻找最佳分离因子79-84
• 4.6.2 系统最优控制策略开发84
• 4.7 本章总结84-86
• 第5章 仿真验证86-93
• 5.1 基于 SIMUlink 的系统瞬时最优控制算法开发86-87
• 5.2 离线仿真验证及结果分析87-91
• 5.3 本章总结91-93
• 第6章 全文总结及展望93-96
• 6.1 全文总结93-94
• 6.2 研究展望94-96
• 参考文献96-101
• 作者简介及研究成果101-102
• 致谢102

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