一种新型增程式电动汽车动力系统及其控制策略优化研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bjbysj44
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近些年由于能源危机的压力,以及环境污染的影响,各国政府加大对新能源汽车研发的力度,并且制定一系列政策促进新能源汽车市场的发展。插电式混合动力汽车结合了纯电动汽车和传统燃油车的优点,增程式电动汽车作为插电式电动汽车的一种,成为当前极具市场前景和发展潜力的新能源车型。为克服增程式电动汽车高速工况效率较低,充分利用发动机和驱动电机,本文以一款新型增程式电动汽车为研究对象,对其动力系统进行参数匹配,提出发动机三工作点控制策略和前后轴独立驱动控制策略,根据工况的不同、动力电池SOC的高低、需求功率的大小,汽车可以在不同的工作模式当中自由切换;在仿真软件中对整车进行建模和仿真,并使用多目标遗传算法对整车性能进行优化,具体的研究内容包括:(1)详细介绍了一种新型增程式电动汽车动力系统的构型,该动力系统所设计的结构包括发动机,ISG(Integrated Starter Generator)电机,驱动电机,动力电池,电机控制器,外接插头,平行轴齿轮副,第一离合器,第二离合器,第一减速器,第二减速器;平行轴齿轮副包括:输入轴、第一输出轴和第二输出轴;因此通过离合器的分离和结合,该新型增程式电动汽车可以实现前后轴独立驱动,对其动力系统结构和整车性能要求进行分析后,为了满足整车动力性,对动力系统进行参数匹配和关键零部件的选型研究,得出驱动电机、动力电池、增程器、前后轴传动比、ISG电机的参数值,为整车能量管理策略和动力系统建模奠定基础。(2)研究了基于规则的能量管理策略的基本原则,提出发动机三工作点控制策略,在发动机燃油经济性最优工作区选取三个高效的工作点,且根据需求功率的大小选择低负荷工作点、高负荷工作点以及中等负荷工作点;对动力系统结构进行优化,通过增加平行轴齿轮副和离合器,发动机在高速工况下可经过机械连接,对后轴进行直接驱动;提出了基于确定规则的能量管理策略,基于需求功率和SOC的大小来决定发动机的启停,并基于所提出车速的四个阈值大小来决定发动机工作点;按照不同的工况需求和整车动力系统的状态可将工作模式分为纯电动驱动模式、发动机直驱模式、发动机与ISG电机增程模式、发动机后驱增程模式、驱动电机前驱发动机增程模式、发动机后驱行车充电模式、混合四驱模式;最后对不同工作模式的能量流进行分析。(3)在确定能量管理策略的基本原则之后,为了降低整车开发成本,加快研究进度,在matlab/Simulink仿真平台中建立了本文所提出的前后轴独立驱动的动力系统仿真模型,设计和实现控制策略的切换阈值判断和模式选择;建立了包括动力电池、发动机、主驱动电机、驾驶员驾驶、车辆动力学、能量管理、前后驱动桥以及ISG电机动力系统模型;基于NEDC工况对本文提出的控制策略进行了仿真研究,从而验证动力系统参数匹配的准确性,验证发动机三工作点的可行性,检验控制策略的合理性,为控制策略和动力系统参数的优化提供参考。仿真结果表明,仿真车速可以很好的跟随目标车速的的变化,说明动力系统的参数能够满足动力性需求,本文所提出的控制策略能够响应工况的变化。(4)基于多目标遗传算法对动力系统参数和能量管理策略进行优化,以车辆百公里综合能耗为目标函数,将汽车的电耗等效为油耗,在NEDC工况下,以车速的第一阈值、车速的第二阈值、车速的第三阈值、车速的第四阈值、发动机工作点一的发动机功率、发动机工作点二的发动机功率、发动机工作点三的发动机功率、第一减速器的减速比、第二减速器的减速比为优化变量,通过理论计算求出优化变量的范围,并将优化变量的范围作为约束条件,得到优化之后的油耗值及参数的最优组合,优化之前的百公里综合油耗为5.6279L/100KM,优化之后的百公里综合油耗为4.0236L/100KM,油耗水平和优化之前相比降低了28.51%;对发动机工作点、驱动电机工作点进行分析,可得其工作性能均得到提升,在高效区的工作点和优化之前进行对比,可得优化后在高效区的工作点较多,较优化之前提高了15.13%,对动力电池SOC的变化曲线进行分析,可得优化后的SOC下降曲线更缓慢,通过这些仿真结果验证了优化方法的可行性,进一步得出本文提出的前后轴独立驱动的增程式电动汽车具有良好的动力性和燃油经济性。
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