基于CVT的插电式混合动力汽车能量管理策略研究

【摘要】：融合了传统内燃机汽车和纯电动汽车优点的插电式混合动力汽车，既可以高效地降低燃油消耗、减少汽车尾气污染，又可以使用外接电网充电，实现更长的纯电动续驶里程，是国际上新能源汽车研发的热点。而合理设计动力系统参数，更好地分配传动系统的能量流，控制车辆的工作模式，以达到更好的整车经济性，是插电式混合动力汽车开发的核心技术。为此，本文主要从插电式混合动力汽车的参数匹配和能量管理策略制定两个方面进行了分析研究。具体内容从以下几个方面展开： 对插电式混合动力汽车典型动力总成的结构特点和性能进行综合分析的基础上，提出了新型并联式动力总成结构，并对其工作模式进行详细分析。应用理论计算法和循环工况综合分析法对动力传动系统关键部件的参数进行匹配研究。 基于MATLAB/Simulink平台搭建了动力传动系统的仿真模型：根据动力传动系统各关键部件的特性搭建相应部件的数学模型；基于车辆动力学原理建立车辆动力学仿真模型；应用PI算法建立基于车辆需求扭矩的驾驶员仿真模型。 在综合考虑等效燃油消耗率和发动机工作效率的前提下，对动力传动系统各种工作模式的动力分配以及CVT速比进行了优化分析。在此基础上建立了基于规则的能量管理策略，并结合动力传动系统仿真模型建立插电式混合动力汽车的前向仿真模型，对车辆的动力性和经济性进行了初步的仿真分析，验证了本文参数匹配结果和能量管理策略的可行性。 为进一步提高新型插电式混合动力汽车的整车经济性，考虑到整车能耗经济性的两个主要影响因素--车辆行驶工况和行驶里程，提出变参数能量管理策略。针对车辆行驶工况的影响，应用模糊欧几里德贴近度的方法，建立了基于典型循环工况的车辆行驶工况识别控制策略。而对于车辆行驶里程的影响，至少需要分析长途模式和短途模式下的能量管理策略才能满足插电式混合动力汽车经济性的需求。为此，本文应用模糊识别的方法，建立了以车辆行驶里程和车辆启动时的动力电池SOC为输入，行驶里程模式为输出的车辆里程模式预测方法。最终以基于规则的能量管理策略为基础提出基于车辆行驶工况识别和行驶里程模式预测的变参数能量管理策略。最后对整车能量管理策略进行了仿真分析，结果表明：和定参数的能量管理策略相比，变参数能量管理策略可以有效地降低整车等效百公里油耗5%以上。 【关键词】：插电式混合动力汽车 参数匹配 行驶工况识别 行驶里程模式预测 变参数能量管理策略
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 选题背景及意义9-10
• 1.2 插电式混合动力汽车发展概况10-11
• 1.3 插电式混合动力汽车参数匹配研究现状11-13
• 1.3.1 理论计算法12
• 1.3.2 循环工况综合分析法12-13
• 1.3.3 优化匹配设计法13
• 1.4 插电式混合动力汽车能量管理策略研究现状13-18
• 1.4.1 动力电池工作模式13-14
• 1.4.2 能量管理策略14-18
• 1.5 论文的主要研究内容18-19
• 2 动力总成结构分析及参数匹配19-33
• 2.1 引言19
• 2.2 动力总成方案分析19-23
• 2.2.1 典型动力总成方案19-21
• 2.2.2 新型并联式动力总成结构21
• 2.2.3 工作模式分析21-23
• 2.3 关键部件参数匹配23-33
• 2.3.1 动力性能需求初步分析23-25
• 2.3.2 行驶工况分析25-27
• 2.3.3 ISG 电机选型及参数匹配27-29
• 2.3.4 发动机参数匹配29
• 2.3.5 动力电池选型和参数匹配29-31
• 2.3.6 传动系速比参数匹配31-33
• 3 动力传动系统仿真建模33-47
• 3.1 引言33
• 3.2 动力传动系统关键部件仿真模型33-42
• 3.2.1 发动机模型33-36
• 3.2.2 ISG 电机模型36-37
• 3.2.3 CVT 仿真模型37-38
• 3.2.4 动力电池模型38-42
• 3.3 车辆动力学模型42-44
• 3.3.1 驱动工况动力学分析43-44
• 3.3.2 制动工况动力学模型44
• 3.4 驾驶员模型44-47
• 4 基于规则的能量管理策略47-69
• 4.1 引言47
• 4.2 动力传动系统能耗优化分析47-58
• 4.2.1 纯电动驱动模式下动力传动系统能耗优化分析48-50
• 4.2.2 发动机单独驱动模式下动力传动系统能耗优化分析50-51
• 4.2.3 混合驱动模式下动力传动系统能耗优化分析51-54
• 4.2.4 行车充电模式下动力传动系统能耗优化分析54-57
• 4.2.5 制动能量回收模式下动力传动系统能耗优化分析57-58
• 4.3 基于规则的能量管理策略58-62
• 4.3.1 驱动模式58-61
• 4.3.2 制动模式61-62
• 4.4 仿真验证62-69
• 4.4.1 动力性验证63-66
• 4.4.2 经济性验证66-69
• 5 基于行驶工况识别和行驶里程模式预测的能量管理策略69-85
• 5.1 引言69
• 5.2 能量管理策略关键控制参数优化分析69-76
• 5.2.1 粒子群优化算法69-70
• 5.2.2 能量管理策略关键控制参数优化分析70-73
• 5.2.3 能量管理策略控制参数的影响因素分析73-76
• 5.3 基于行驶工况识别和行驶里程模式预测的能量管理策略76-82
• 5.3.1 基于行驶工况识别的控制策略76-79
• 5.3.2 车辆行驶里程模式预测79-81
• 5.3.3 变参数能量管理策略81-82
• 5.4 能量管理策略对比仿真分析82-85
• 6 结论与展望85-87
• 6.1 全文总结85
• 6.2 工作展望85-87
• 致谢87-89
• 参考文献89-95
• 附录95
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文或专利目录95
• B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目目录95

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