中度混合动力汽车燃油经济性最优控制研究

论文摘要

相对于传统内燃机汽车而言,混合动力电动汽车的优势在于增加了动力系统部件的种类和组合方式,并根据车辆的运行工况对各部件的运行区域进行了优化匹配,使内燃机和电机能够在高效运行区工作,以保证车辆低能耗性、低排放性和良好的动力性。在混合动力汽车基本结构及其参数确定后,如何控制发动机、电机和蓄电池协调地工作是保证混合动力电动汽车性能的技术关键。基于车载全球定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)的混合动力汽车预测控制是降低汽车油耗,充分有效地回收再生制动能量和延长电池使用寿命的有效方法。本文首先介绍了导航系统的组成及工作原理,根据GPS/GIS所提供的汽车未来一段预测路线上的道路交通信息,如指定路段的平均车速,路面层高和路面车速限制等,以及汽车当前和过去运行状态模型,初步建立混合动力汽车在未来预测路线上的运行状态数学模型。本文以某中度混合动力汽车为研究对象,在发动机、电机和NiMH蓄电池的试验数据基础上,建立了混合动力系统各动力总成的数值模型,包括发动机油耗数值模型、电动机/发电机效率模型、蓄电池荷电状态计算模型和整车动力学模型;对混合动力汽车放电模式和充电模式进行了分析,获得了发动机转矩和电动机/发电机转矩、发动机转速和电动机/发电机转速之间的关系;根据发动机的负荷特性将非线性的发动机油耗数值模型简化为近似的准静态线性模型。把汽车未来路线的预测区域离散化成N个阶段,以混合动力汽车在循环工况燃油消耗量最小为优化控制目标函数,电机转矩为优化控制变量,运用动态规划逆序算法,建立了中度混合动力汽车燃油经济性优化控制数学模型,得到了混合动力汽车转矩分配的最优控制方法,并就如何减少动态规划法的计算量进行了重点研究。文中给出了某中度混合动力汽车的最优控制计算实例结果,结果表明利用动态规划算法的全局优化控制策略能够达到显著降低油耗的目的。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 混合动力汽车概述
• 1.1.1 混合动力汽车研究背景
• 1.1.2 混合动力汽车国内、外研究现状
• 1.1.3 混合动力汽车的类型
• 1.2 混合动力汽车控制策略的研究现状
• 1.3 本文研究的目的和研究内容
• 1.3.1 本文的来源及研究目的
• 1.3.2 本文研究的主要内容
• 2 汽车未来运行状态模型的建立
• 2.1 引言
• 2.2 导航系统的组成及工作原理
• 2.2.1 全球定位系统及地理信息系统概述
• 2.2.2 导航系统工作原理
• 2.3 汽车未来运行状态模型的建立
• 2.4 本章小结
• 3 中度混合动力系统模型的建立及简化
• 3.1 引言
• 3.2 中度混合动力系统建模
• 3.2.1 中度混合动力系统基本结构
• 3.2.2 发动机模型
• 3.2.3 电机模型
• 3.2.4 蓄电池模型
• 3.2.5 整车动力学模型
• 3.3 中度混合动力汽车工作模式分析
• 3.3.1 蓄电池充电模式
• 3.3.2 蓄电池放电模式
• 3.4 发动机数值模型的简化
• 3.5 本章小结
• 4 中度混合动力汽车燃油经济性最优控制
• 4.1 引言
• 4.2 动态规划
• 4.2.1 动态规划基本原理
• 4.2.2 动态规划的优缺点
• 4.3 中度混合动力汽车燃油经济性最优控制
• 4.3.1 建立动态规划方程
• 4.3.2 动态规划逆序解法
• 4.3.3 避免“维数灾”
• 4.4 中度混合动力汽车燃油经济性优化控制计算结果及分析
• 4.5 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录:
• A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目