串联式液压混合动力汽车能量管理控制研究

【摘要】：随着环境负载和能源问题的日益严重,人们越来越注意到节能减排的重要性和迫切性。随着生产发展和人们生活的改善,城市和农村的汽车拥有量急剧上升,这给本来由工业污染带来的压力更是雪上加霜。因此,发展和更新节能减排技术成为当前各大研究机构和公司的研究热点之一。本文以串联式液压混合动力汽车作为研究对象,主要围绕串联式液压混合动力汽车系统的建模、参数匹配和优化、能量管理控制等方面进行研究,为串联式液压混合动力汽车设计了恒温器控制、恒温器和功率跟随控制、添加控制因子的恒温器控制、模糊逻辑控制、模糊逻辑和恒温器结合的控制等五种控制器,并通过仿真实验,主要从燃油经济性和发动机工作状态等方面,对比分析了五种控制器下的串联式液压混合动力汽车的性能。本文的主要工作内容如下:(1)建立系统的仿真模型。建立了串联式液压混合动力汽车纵向动力学模型和主要元器件的数学模型,具体包括发动机、离合器、减速器、液压泵/马达、液压蓄能器、液压安全阀等元器件;并运用理论建模和实验建模相结合的方法,分别在Matlab/Simulink和AMESim环境下建立了串联式液压混合动力汽车的整车模型。其中,Matlab/Simulink模型主要用来求解泵/马达排量的优化问题,AMESim环境下的整车模型在添加控制器后,用于各种控制器下串联式液压混合动力汽车性能的仿真实验。(2)参数匹配和参数优化。根据设计要求,利用串联式液压混合动力的参数匹配理论和经验公式,初步确定出串联式液压混合动力汽车的主要元件的参数。以整车的燃油经济性(即发动机的燃油消耗)为优化目标,利用粒子群优化算法,对发动机负载泵、二次元件泵/马达的排量等参数进行了参数优化。(3)控制器设计。按照分层递阶的控制结构,设计了串联式液压混合动力汽车的控制器。上层控制器为能量管理控制器,底层控制器的设计包括发动机转速控制器、发动机负载泵的转矩控制器、二次元件泵/马达的转速控制器。底层控制器采用修正的PI控制器或修正的P控制器,通过修正来改善控制器输出的响应和减小控制误差。(4)能量管理控制研究。根据串联式液压混合动力汽车的特性,即能量密度小、功率密度大,本文设计了恒温器型能量管理控制和模糊逻辑能量管理控制等两种控制器,针对能量密度小而造成的发动机转速调节的幅度和频率过大问题,经研究和改进,得到了恒温器和功率跟随结合的能量管理控制器、添加控制因子的恒温器型能量管理控制器、模糊逻辑和恒温器型结合的能量管理控制器等改进型控制器。(5)仿真实验和分析。本文针对在AMESim环境下的串联式液压混合动力汽车的控制仿真模型,分别采用恒温器控制、恒温器和功率跟随控制、添加控制因子的恒温器控制、模糊逻辑控制、模糊逻辑和恒温器结合的控制等五种能量管理控制策略作串联式液压混合动力汽车的控制器,在高速循环工况和城市循环工况下进行对比仿真实验,并与传统型汽车进行燃油消耗的比较,结果表明,这五种控制器都能够提高串联式液压混合动力汽车的燃油经济性,对于能量密度小而造成的发动机转速调节的幅度和频率过大问题,改进型的控制器会相应得到改善;其中的模糊逻辑-恒温器型能量管理控制器能够同时在改善燃油经济性和发动机的工作状态两方面都达到较理想的控制效果。 【关键词】：串联式液压混合动力 能量管理控制 恒温器控制 模糊逻辑 Modelica编程
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 国内外液压混合动力发展概况12-15
• 1.2.1 国外液压混合动力发展概况12-14
• 1.2.2 国内液压混合动力发展概况14-15
• 1.3 液压混合动力汽车的构型15-18
• 1.4 串联式液压混合动力能量管理控制18-19
• 1.5 本文主要研究内容19-21
• 第2章 串联式液压混合动力汽车系统建模21-33
• 2.1 串联式液压混合动力汽车的组成及工作原理21-22
• 2.2 汽车纵向动力学建模22-23
• 2.3 液压混合动力汽车主要元件模型23-27
• 2.3.1 发动机模型23-24
• 2.3.2 泵/马达的数学模型24-25
• 2.3.3 液压蓄能器建模25-26
• 2.3.4 减速器26
• 2.3.5 离合器建模26-27
• 2.3.6 液压安全阀建模27
• 2.4 整车控制模型27-31
• 2.4.1 上层控制器28
• 2.4.2 底层控制器28-31
• 2.5 本章小结31-33
• 第3章 串联式液压混合动力汽车的参数设计33-45
• 3.1 串联式液压混合动力汽车的原始参数、参数计算方法及步骤33-34
• 3.2 串联式液压混合动力汽车主要元件参数匹配34-39
• 3.2.1 发动机参数匹配34-35
• 3.2.2 发动机负载泵参数匹配35-36
• 3.2.3 二次元件泵/马达参数匹配36
• 3.2.4 变速箱传动比的确定36-37
• 3.2.5 高压蓄能器37-39
• 3.3 控制器参数确定39-40
• 3.3.1 上层控制器参数确定39
• 3.3.2 底层控制器参数确定39-40
• 3.4 串联式液压混合动力汽车系统的参数优化40-44
• 3.4.1 粒子群算法简介41-42
• 3.4.2 粒子群优化算法在MATLAB环境下的实现42-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 串联式液压混合动力汽车的能量管理控制策略45-59
• 4.1 串联式液压混合动力汽车节能原理和控制系统工作原理45-46
• 4.2 基于规则的串联式液压混合动力汽车能量管理控制46-51
• 4.2.1 恒温器型控制策略47-48
• 4.2.2 功率跟随型和恒温器型结合的控制策略48-49
• 4.2.3 添加控制因子的恒温器型控制策略49-51
• 4.3 串联式液压混合动力汽车的能量管理模糊控制51-58
• 4.3.1 串联式液压混合动力汽车能量管理模糊控制器的设计51-57
• 4.3.2 模糊逻辑和恒温器结合的能量管理控制57-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 串联式液压混合动力汽车的仿真分析59-81
• 5.1 建立整车仿真模型59-60
• 5.2 仿真设置60-61
• 5.3 仿真结果及分析61-76
• 5.3.1 恒温器型能量管理控制仿真61-65
• 5.3.2 恒温器-功率跟随型能量管理控制仿真65-68
• 5.3.3 添加控制因子的恒温器型能量管理控制仿真68-71
• 5.3.4 模糊逻辑控制能量管理控制仿真71-73
• 5.3.5 模糊逻辑恒温器控制能量管理控制仿真73-76
• 5.4 五种控制器下的串联式液压混合动力汽车的性能比较76-78
• 5.4.1 燃油经济性77
• 5.4.2 其他方面的性能77-78
• 5.5 本章小结78-81
• 第6章总结与展望81-85
• 6.1 全文总结81-82
• 6.2 前景展望82-85
• 致谢85-87
• 参考文献87-89

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