合肥市纯电动公交车工况及能量控制策略研究

论文摘要

内燃机汽车的大规模使用带来了不可再生能源的过度消耗、环境的巨大污染和交通拥堵,解决的方法是研制开发新能源汽车和提倡使用绿色公共交通。我国相关部委已出台政策鼓励优先发展新能源公共交通事业,各个企业也掀起了研制纯电动公交车的热潮并且取得了良好的成果。目前纯电动公交车能量存储系统控制策略存在两个问题：一是控制策略的制定是建立在标准工况基础上的,国内外研究表明,纯电动公交车实际行驶工况和国家标准工况有较大差异,因此有必要建立一套适合纯电动公交车的工况。二是传统的逻辑门限控制策略存在动作频繁、稳定性差的状况,为改善控制效果需要对传统的逻辑门限控制策略进行优化或建立新的控制策略。为解决这两个问题,本文依托国家863资助项目“合肥市环境和工况差异与新能源汽车适配技术研究”展开以下研究：1、合肥市纯电动公交工况研究。依据合肥市纯电动汽车示范工程采集到的数据,经过统计分析后得出车辆运行规律,运用主成分和聚类分析法提炼出三个典型工况模块,合成了合肥市纯电动公交工况（HF-PEB-DC）循环。循环符合纯电动公交车实际运行情况,对中等规模城市具有参考价值,同时也为工况的自识别和控制策略的制定奠定了基础。2、工况自识别系统研究。建立工况之后,采用模糊控制原理设计了工况自识别系统,以行驶阶段的驻车时间比例、平均速度和加速度作为模糊控制器的输入,合肥市纯电动公交工况典型模块参数为输出。给出了系统的模糊控制策略,制定了各个语言变量的赋值表和模糊状态表,用Simulink搭建了仿真模型,仿真结果显示原来随机的、不确定的工况已转化为符合典型工况模块特征的工况,说明设计的工况自识别系统是可行的。识别后的工况参数作为能量存储系统新的逻辑门限控制策略的门限值。3、混合能量存储系统控制策略研究。常见的控制策略有传统的逻辑门限、模糊逻辑和动态规划法,在比较它们的优劣之后,本文提出以平均速度约束加超级电容器荷电状态（SOC）约束为门限的新的逻辑门限控制策略,这种控制策略具有多个优点。然而它也存在优化的空间,本文提出了一种基于古典变分法求解车辆能量存储系统能量损耗率最低的最优控制思路,为混合能量储存系统的后期优化提供了一个研究的方向。4、Simulink仿真表明,新的逻辑门限控制策略是合理的,混合能量存储系统能合理的分配功率,蓄电池组提供的功率大幅下降,峰值功率由超级电容器提供,再生制动能量也大部分由超级电容器吸收,系统达到了设计目标,能够改善纯电动公交车的性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 新能源客车国内外研究现状
• 1.3 纯电动公交车能量存储系统控制策略概述
• 1.3.1 电池管理系统
• 1.3.2 混合能量存储系统控制策略
• 1.4 我国标准工况
• 1.5 纯电动公交车工况及能量控制策略存在的问题
• 1.6 课题来源及本文的主要研究内容
• 1.7 本章小结
• 第二章 合肥市纯电动公交工况研究
• 2.1 引言
• 2.2 工况研究现状
• 2.2.1 国际工况研究现状
• 2.2.2 我国公交工况研究现状
• 2.3 合肥市纯电动公交工况研究
• 2.3.1 前期调查
• 2.3.2 试验方案拟定及准备
• 2.3.3 试验数据采集及处理
• 2.3.4 典型工况模块提炼及工况合成
• 2.4 本章小结
• 第三章 纯电动公交工况自识别系统的开发与仿真
• 3.1 引言
• 3.2 工况自识别研究的意义
• 3.3 工况自识别研究现状
• 3.4 模糊控制基础
• 3.5 工况自识别系统开发
• 3.5.1 控制策略
• 3.5.2 模糊器语言变量赋值
• 3.5.3 模糊状态表
• 3.5.4 模糊控制总算法
• 3.6 仿真实现
• 3.7 本章小结
• 第四章 能量存储系统控制策略
• 4.1 引言
• 4.2 能量存储系统的形式
• 4.2.1 单一能量存储系统
• 4.2.2 混合能量存储系统
• 4.3 纯电动公交车能量存储系统的确定
• 4.3.1 混合能量存储系统关键部件的选择
• 4.3.2 混合能量存储系统试验验证
• 4.4 混合能量存储系统控制策略
• 4.4.1 混合能量存储系统控制策略的常见形式
• 4.4.2 平均速度约束和超级电容器SOC约束控制策略
• 4.4.3 能量存储系统最优控制探讨
• 4.5 本章小结
• 第五章 能量存储系统的建模与仿真
• 5.1 引言
• 5.2 蓄电池建模
• 5.3 超级电容器建模
• 5.4 DC/DC变换器建模
• 5.5 控制策略仿真模型
• 5.6 混合能量存储系统模型
• 5.7 仿真结果分析
• 5.7.1 仿真准备
• 5.7.2 仿真结果分析
• 5.8 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 论文的创新点
• 6.3 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士期间发表论文目录