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38100字硕士毕业论文随机行驶条件下并联混合动力汽车控制策略分析

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:38100字
论点:汽车,混合动力,工况
论文概述:

简单介绍了汽车仿真软件ADVISOR的工作原理及工作流程,重点论述了并联混合动力汽车的动力系统模型,包括车辆模型、发动机模型、电机模型、控制策略模型及电池模型等,为以后章节的仿真

论文正文:

介绍

1.1混合动力电动汽车的研究背景
自从汽车于1885年诞生以来,世界汽车工业历经数百年的发展,发生了巨大的变化。与此同时,汽车也对世界的发展和社会的进步发挥了巨大的作用和深远的影响。汽车为人们提供了方便舒适的出行条件,带动了众多上下游产业的发展,在各国就业、扩大内需和促进经济发展方面发挥了重要作用[1]。然而,汽车工业的发展离不开地球上有限的资源,随着汽车工业的发展,能源消耗将会继续增加。与此同时,能源使用造成的环境污染越来越严重,给人类社会的生存和发展带来了严峻的挑战。认识到汽车对环境的重要影响,世界各国的法律法规对汽车的排放要求越来越高。另一方面,随着石油资源的短缺,市场上的成品油价格不断上涨。政府已开始征收燃油税以保护环境,这也促使成品油价格大幅上涨。石油成本将成为未来汽车的主要成本,燃油经济性将决定汽车消费者的最终选择。因此,在法律法规和市场的双重推动下,世界各地的汽车公司都在竞相开发和研究绿色环保汽车,都以新能源汽车为重点研究对象。纯电动汽车、混合电动汽车和燃料电池电动汽车是新能源汽车研发中成熟的三种汽车。电池是纯电动汽车的唯一能源。它的能量密度远低于燃油,纯电动汽车的行驶里程有限。这些都使得纯电动汽车的性价比更低,远远达不到市场上定量推广应用的标准。所有这些障碍使得纯电动汽车的市场前景暗淡。由于燃料电池的高能量转换效率,燃料电池电动汽车已经成为极具发展前景的新能源汽车。然而,燃料电池汽车需要投资巨大的基础设施,对燃料电池的可靠性和安全性要求很高,很难在短期内实现产业化。混合动力电动汽车以内燃机为主要动力单元,配有辅助电动驱动系统,可在排放控制区实现零排放驱动。其巡航里程和动力性能优于纯电动汽车,比燃油汽车油耗低、排放少、能量利用率高得多。混合动力电动汽车没有改变汽车的产业结构和能源系统,具有产业化速度快、成本低的优点,成为最具潜力的新能源汽车。

1.2混合动力电动汽车简介

1.2.1混合动力电动汽车的定义

1.2.2混合动力电动汽车的分类
与传统内燃机相比,混合动力电动汽车在动力传动系结构设计方面具有更大的灵活性。为了满足不同的使用要求,可以根据部件类型、性能和设计目的选择合理的混合动力电动汽车类型。根据能量合成的形式和动力系统的连接方式,混合动力汽车可分为以下四种类型:串联式混合动力汽车(SHEV)、并联式混合动力汽车、简称PHEV、分体式混合动力汽车(简称PSHEV)和复合式混合动力汽车(简称CHEV)。串联混合动力电动汽车由发动机、发电机和电动机串联组成。发动机直接驱动发电机发电,并将其传输到电池组或电机,电机产生电磁转矩来驱动车辆。与串联结构相比,并联混合动力汽车具有发动机和电机两个并联组成的驱动系统。他们可以分别独立驾驶汽车,也可以通过动力平衡一起工作。然而,发动机的实际工作性能受到驱动条件的很大影响,并且动力组件的控制更加复杂。混合动力电动汽车结合了串联结构和并联结构的特点。驱动系统可以串联模式或并联模式工作。由于驱动系统是机械连接的,对机械装置的要求更高。混合动力电动汽车驱动系统和混合动力电动汽车驱动系统的主要区别在于,混合动力电动汽车驱动系统中的电机允许功率流双向流动,这相当于一个完整的串联系统加上一个完整的并联系统。它的结构更复杂,控制系统也是最复杂的。

2并联混合动力系统结构模型

计算机仿真技术在现代工业设计中发挥着重要作用,也是混合动力电动汽车控制策略设计的有力工具。仿真不仅有助于深入了解混合动力系统的工作过程,详细分析影响控制策略性能的主要因素,而且可以快速验证控制策略,减少不必要的样车制造和实车测试,缩短开发周期,降低开发成本。在控制策略设计中,系统组件模型还可用于定量分析整车能耗,建立算法设计能耗模型。在整车方案设计中,整车仿真程序可以用来评价整车性能、验证方案设计、优化方案设计等。因此,混合动力系统建模有三个目的:控制策略仿真、能耗建模和整车优化设计[13]。本文只采用控制策略的仿真。

2.1车辆仿真简介
系统结构的选择、车辆能量管理策略的制定和系统参数的确定是混合动力电动汽车动力系设计中的三个关键因素。由于混合动力电动汽车系统结构较为复杂,既包括连续环节,也包括许多离散环节,因此对其进行静态和动态分析是基于仿真的。目前,混合动力汽车仿真建模方法主要包括反向仿真和正向仿真,也称为反向仿真和正向仿真。它们之间的区别在于,在模拟过程中,控制信号和能量流的传输路径是不同的[29]。

3行驶条件的马尔可夫随机模型……21
3.1驾驶条件介绍........21
3.1.1驾驶条件的概念........21
3.1.2驾驶条件对控制策略的影响........22
3.2马尔可夫预测........25 [/溴/]3.2.1马尔可夫链过程........25
3.2.2状态转移概率........25
3.2.3马尔可夫链特征........26
3.3马尔可夫预测模型的建立........27
3.4本章摘要........32
4并联混合动力汽车控制策略参数........33 [/BR/] 4.1电气辅助控制策略参数分析........33[/比尔/] 4.1.1控制策略参数分析........33 [/BR/] 4.1.2控制参数对车辆性能的影响........35 [/BR/] 4.2控制参数的模糊优化设计........37
4.3本章摘要........43
5模拟和结果分析........45
5.1模拟模型的建立........45
5.2参数设置........46
5.3模拟和结果分析........49
5.4概述........56

结论

本文针对并联混合动力汽车的能量控制策略问题进行了研究,完成的工作和得到的结论总结如下:
(1)首先给出了混合动力汽车的概念,即由两种或两种以上的储能器、能源或转换器作为驱动能源,其中至少有一种能提供电能的车辆,随后简单介绍了混合动力汽车的结构,包括串联、并联、混联、复合式,及目前混合动力汽车的发展现状;以并联混合动力汽车为对象,介绍了混合动力汽车的5个工作模式,包括电机单独驱动模式、发动机单独驱动、发动机驱动并发电、发动机与电机共同驱动及再生制动模式,基于此详细阐述了混合动力汽车的节油机理;着重分析了目前并联混合动力汽车的控制策略中存在的问题与难点,对现有的并联混合动力汽车的控制策略进行总结与归纳,提出对控制策略进行改进及优化的关键技术,包括对行驶工况和控制系统参数的改善。
(2)首先分析了计算机仿真技术在混合动力汽车控制策略设计中的作用,简单介绍了汽车仿真的两种建模方法,前向建模和后向建模,进而介绍了本文所选用的汽车仿真软件ADVISOR2002的工作原理及工作流程,然后基于ADVISOR2002重点构建了了并联混合动力汽车的动力系统模型,包括车辆模型、发动机模型、电机模型、控制策略模型及电池模型等,给出了它们在数字仿真分析中的建模流程。
(3)主要介绍了行驶工况的概念,列出4个应用比较广泛的行驶工况:美国行驶工况FTP、欧洲工况ECE+EUDC、高速循环工况HWFET及美国城市循环工况UDDS:根据混合动力汽车控制策略的特点详细分析了行驶工况对控制策略制定及汽车行驶性能的影响,指出基于标准行驶工况制定的控制策略与车辆实际行驶工况“随机性”之间存在一定的矛盾,缺少适应不同行驶工况的能力,并针对行驶工况的特点引进马尔可夫预测模型,对汽车的行驶工况进行预测,建立马尔可夫随机模型。
(4)首先介绍了电动辅助控制策略中的控制系统参数,详细分析了电动辅助控制策略的控制逻辑,得到控制策略参数对整车燃油经济性和动力性的影响和变化趋势,包括发动机最小转矩系数、关断转矩系数、电池